深入理解Android中的startActivity过程

陆业聪

发布于 2024-07-23 18:19:58

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发布于 2024-07-23 18:19:58

Activity应该是我们在日常开发中最熟悉的一个组件了，当我们在应用程序中启动一个新的Activity时，实际上是进行了一系列复杂的操作。本文将尽量以简化的方式梳理Android中startActivity的关键脉络，帮助读者更好地理解Android的Activity管理机制。

一、startActivity的过程

1.1 发起startActivity请求

当应用程序调用startActivity方法时，会将请求传递给ActivityManagerService（AMS）。AMS是一个系统级服务，负责管理应用程序的生命周期、任务栈和进程。具体的调用过程为：首先，在应用程序中调用Context.startActivity(Intent)方法，传入一个Intent对象。然后，ContextImpl.startActivity()方法会将请求传递给Instrumentation.startActivity()。最后，Instrumentation.startActivity()方法会调用ActivityManagerNative.getDefault().startActivity()，将请求发送给AMS。

1.2 处理startActivity请求

AMS接收到startActivity请求后，会进行一系列的检查和准备工作，包括检查调用者的权限，解析Intent，查找目标Activity的ComponentName，确保目标Activity存在，并且可以访问，以及创建或更新任务栈，将目标Activity添加到合适的任务栈中。

1.3 创建目标Activity的进程

如果目标Activity所在的进程尚未启动，AMS会创建一个新的进程来承载目标Activity。AMS会与Zygote进程通信，请求创建一个新的进程。Zygote进程会fork出一个新的子进程，即App进程，并初始化基本的运行时环境，如创建Application对象、设置ClassLoader等。

新进程启动后，会调用其Application对象的onCreate()方法。接着，新进程会与AMS建立连接，创建一个ActivityThread对象，用于处理Activity的生命周期事件。

通过这种方式，Zygote进程确保了所有应用程序进程都是通过相同的基本环境创建的，有助于提高资源利用率和启动速度。

1.4 实例化目标Activity

在目标进程中，ActivityThread会负责实例化目标Activity。ActivityThread收到AMS的请求后，会调用performLaunchActivity()方法来创建目标Activity的实例。在performLaunchActivity()方法中，会首先调用Instrumentation.newActivity()方法来实例化目标Activity。接着，会调用目标Activity的onCreate()方法，执行Activity的初始化操作。

1.5 显示目标Activity

目标Activity实例化完成后，系统会将其添加到窗口管理器（WindowManager）中，使其可见。ActivityThread会调用handleResumeActivity()方法，准备显示目标Activity。在handleResumeActivity()方法中，会调用WindowManager.addView()方法，将目标Activity的视图添加到窗口管理器中。系统会执行视图的绘制流程，将目标Activity的内容显示到屏幕上。

1.6 处理Activity切换动画

在新的Activity呈现出来之后，系统会处理Activity之间的切换动画。这个过程由WindowManagerService（WMS）和ActivityOptions负责。WMS会获取到ActivityOptions中定义的切换动画，并进行播放，从而实现平滑的Activity切换效果。

1.7 处理返回结果

如果startActivity是使用startActivityForResult发起的，那么在新的Activity关闭后，原Activity的onActivityResult方法会被调用。在这个方法中，你可以获取到新Activity返回的数据。

1.8 处理异常

在startActivity的过程中，如果发生了异常（如Activity未找到、权限不足等），系统会抛出相应的异常。应用程序可以捕获这些异常，进行相应的错误处理。

二、startActivity的流程图

下图是来自Gityuan在《startActivity启动过程分析》(https://gityuan.com/2016/03/12/start-activity/)一文中总结的流程图：

上图涉及到多个进程之间的通信和协作，主要包括Launcher进程、system_server进程、Zygote进程和App进程。以下是这个过程的详细步骤：

Launcher进程发起startActivity请求：当用户点击桌面App图标时，Launcher进程会通过Binder IPC向system_server进程发起startActivity请求。
system_server进程处理请求：system_server进程接收到请求后，首先会检查权限、解析Intent、查找目标Activity等。然后，它会向Zygote进程发送创建进程的请求。
Zygote进程创建App进程：Zygote进程是Android系统的应用程序进程孵化器，负责创建新的应用程序进程。收到请求后，Zygote进程会fork出一个新的子进程，即App进程。
App进程发起attachApplication请求：新创建的App进程会通过Binder IPC向system_server进程发起attachApplication请求，通知system_server进程它已经创建成功并准备好运行。
system_server进程准备工作：system_server进程收到attachApplication请求后，会进行一系列准备工作，如创建任务栈、设置进程间通信通道等。准备工作完成后，system_server进程会通过Binder IPC向App进程发送scheduleLaunchActivity请求。
App进程接收scheduleLaunchActivity请求：App进程的Binder线程（ApplicationThread）在收到scheduleLaunchActivity请求后，会通过Handler向主线程发送LAUNCH_ACTIVITY消息。
主线程创建Activity：主线程收到LAUNCH_ACTIVITY消息后，会通过反射机制创建目标Activity实例，并回调Activity的生命周期方法，如onCreate()、onStart()、onResume()等，完成Activity的初始化和显示。

三、关于startActivity过程中各个角色的介绍

3.1 ApplicationThread

ApplicationThread负责在应用程序进程中处理与系统服务（如ActivityManagerService，AMS）之间的通信以及管理应用程序组件的生命周期。实际上，ApplicationThread是ActivityThread类的一个内部类，它继承自IApplicationThread.Stub，实现了Binder IPC通信接口。下面我们详细阐述Android中的ApplicationThread：

3.1.1 实现

ApplicationThread位于android.app包中的ActivityThread类内部。它继承自IApplicationThread.Stub，实现了一系列用于Binder IPC通信的接口方法。这些方法主要用于接收来自AMS的请求，如创建Activity、暂停Activity、绑定Service等。

3.1.2 机制作用

以下是ApplicationThread的主要机制作用：

3.1.2.1 生命周期管理

ApplicationThread负责处理来自AMS的关于应用程序组件生命周期的请求。当AMS需要创建、暂停、恢复或销毁一个Activity时，它会通过Binder IPC向应用程序进程发送相应的请求。ApplicationThread会接收到这些请求，并调用相应的方法来处理这些请求。这些方法会通过Handler向主线程发送消息，主线程收到消息后会执行相应的操作，如调用Activity的onCreate()、onPause()、onResume()或onDestroy()方法。

3.1.2.2 与AMS的通信

ApplicationThread与AMS之间的通信是通过Binder IPC实现的。AMS是一个系统级服务，负责管理应用程序的生命周期、任务栈和进程。当AMS需要与应用程序进程通信时，它会调用ApplicationThread的接口方法，如scheduleLaunchActivity()、schedulePauseActivity()、scheduleResumeActivity()等。这种通信机制确保了应用程序与系统服务之间的解耦和高效通信。

public final void scheduleLaunchActivity(/*参数省略*/){
 //……省略代码
 sendMessage(H.LAUNCH_ACTIVITY, r);
}

sendMessage内部使用了Hanlder，发送了一个H.LAUNCH_ACTIVITY类型的消息，然后调用handleLaunchActivity()->performLaunchActivity()方法。

3.1.2.3 处理其他请求

除了处理应用程序组件生命周期相关的请求外，ApplicationThread还负责处理其他来自AMS的请求，如绑定Service、接收广播、处理ContentProvider等。对于这些请求，ApplicationThread同样会实现相应的接口方法，并通过Handler向主线程发送消息来处理这些请求。

3.1.3 小结

ApplicationThread负责处理与系统服务（如AMS）之间的通信以及管理应用程序组件的生命周期。它作为ActivityThread类的内部类，实现了一系列用于Binder IPC通信的接口方法。

3.2 ActivityThread

ActivityThread是Android系统中一个核心组件，负责管理应用程序进程内的Activity生命周期、UI线程和消息循环。它在每个应用程序进程中都有一个实例，与ActivityManagerService（AMS）协同工作，确保应用程序组件能够正确地创建、运行和销毁。以下是ActivityThread的实现和机制作用的详细阐述：

3.2.1 实现

ActivityThread是一个Java类，位于android.app包中。它的主要成员变量包括：

Looper mLooper：用于处理消息循环的Looper对象。
Handler mH：用于处理UI线程消息的Handler对象。
Map<IBinder, ActivityClientRecord> mActivities：存储当前进程中所有活动的Activity的映射。
Map<IBinder, Service> mServices：存储当前进程中所有活动的Service的映射。

3.2.2 机制作用

以下是ActivityThread的主要机制作用：

3.2.2.1 生命周期管理

ActivityThread负责管理应用程序进程内的Activity生命周期。当AMS需要创建、暂停、恢复或销毁一个Activity时，它会通过Binder IPC向应用程序进程发送相应的请求。ActivityThread会接收到这些请求，并通过Handler向主线程发送相应的消息。主线程收到消息后，会执行相应的操作，如调用Activity的onCreate()、onPause()、onResume()或onDestroy()方法。

3.2.2.2 UI线程

ActivityThread负责管理应用程序的UI线程（主线程）。UI线程是应用程序中负责处理用户界面事件和操作的线程，如点击、滑动等。在ActivityThread中，有一个名为mH的Handler对象，用于处理UI线程的消息。当AMS或其他组件需要与UI线程通信时，可以通过向mH发送消息来实现。

[ActivityThread.java]
private void sendMessage(int what, Object obj) {
    sendMessage(what, obj, 0, 0, false);
}

private void sendMessage(int what, Object obj, int arg1, int arg2, boolean async) {
        if (DEBUG_MESSAGES) Slog.v(
            TAG, "SCHEDULE " + what + " " + mH.codeToString(what)
            + ": " + arg1 + " / " + obj);
        Message msg = Message.obtain();
        msg.what = what;
        msg.obj = obj;
        msg.arg1 = arg1;
        msg.arg2 = arg2;
        if (async) {
            msg.setAsynchronous(true);
        }
        mH.sendMessage(msg);
    }

3.2.2.3 消息循环

ActivityThread使用Looper对象来实现消息循环。消息循环是一种事件驱动的编程模型，用于处理来自AMS、用户界面和其他组件的事件。在ActivityThread的主线程中，会调用Looper.loop()方法来启动消息循环。这个方法会不断地从消息队列（MessageQueue）中获取消息，并分发给相应的Handler处理。这样，应用程序可以在一个线程中处理多个事件，而无需创建额外的线程。