Android系统启动流程(四)Launcher启动过程与系统启动流程

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前言

此前的文章我们学习了init进程、Zygote进程和SyetemServer进程的启动过程,这一篇文章我们就来学习Android系统启动流程的最后一步:Launcher的启动流程,并结合本系列的前三篇文章的内容来讲解Android系统启动流程。建议读这篇文章前要通读本系列的前三篇文章,否则你可能不会理解我在讲什么。

1.Launcher概述

Android系统启动的最后一步是启动一个Home应用程序,这个应用程序用来显示系统中已经安装的应用程序,这个Home应用程序就叫做Launcher。应用程序Launcher在启动过程中会请求PackageManagerService返回系统中已经安装的应用程序的信息,并将这些信息封装成一个快捷图标列表显示在系统屏幕上,这样用户可以通过点击这些快捷图标来启动相应的应用程序。

2.Launcher启动流程

SyetemServer进程在启动的过程中会启动PackageManagerService,PackageManagerService启动后会将系统中的应用程序安装完成。在此前已经启动的ActivityManagerService会将Launcher启动起来。
启动Launcher的入口为ActivityManagerService的systemReady函数,如下所示。
frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java

private void startOtherServices() {
...
mActivityManagerService.systemReady(new Runnable() {
@Override
public void run() {
Slog.i(TAG, "Making services ready");
mSystemServiceManager.startBootPhase(
SystemService.PHASE_ACTIVITY_MANAGER_READY);
...
}
...
}

在startOtherServices函数中,会调用ActivityManagerService的systemReady函数:
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java

public void systemReady(final Runnable goingCallback) {
...
synchronized (this) {
...
mStackSupervisor.resumeFocusedStackTopActivityLocked();
mUserController.sendUserSwitchBroadcastsLocked(-1, currentUserId);
}
}

systemReady函数中调用了ActivityStackSupervisor的resumeFocusedStackTopActivityLocked函数:
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityStackSupervisor.java

boolean resumeFocusedStackTopActivityLocked(
ActivityStack targetStack, ActivityRecord target, ActivityOptions targetOptions) {
if (targetStack != null && isFocusedStack(targetStack)) {
return targetStack.resumeTopActivityUncheckedLocked(target, targetOptions);//1
}
final ActivityRecord r = mFocusedStack.topRunningActivityLocked();
if (r == null || r.state != RESUMED) {
mFocusedStack.resumeTopActivityUncheckedLocked(null, null);
}
return false;
}

在注释1处会调用ActivityStack的resumeTopActivityUncheckedLocked函数,ActivityStack对象是用来描述Activity堆栈的,resumeTopActivityUncheckedLocked函数如下所示。
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityStack.java

boolean resumeTopActivityUncheckedLocked(ActivityRecord prev, ActivityOptions options) {
if (mStackSupervisor.inResumeTopActivity) {
// Don't even start recursing.
return false;
}
boolean result = false;
try {
// Protect against recursion.
mStackSupervisor.inResumeTopActivity = true;
if (mService.mLockScreenShown == ActivityManagerService.LOCK_SCREEN_LEAVING) {
mService.mLockScreenShown = ActivityManagerService.LOCK_SCREEN_HIDDEN;
mService.updateSleepIfNeededLocked();
}
result = resumeTopActivityInnerLocked(prev, options);//1
} finally {
mStackSupervisor.inResumeTopActivity = false;
}
return result;
}

注释1调用了resumeTopActivityInnerLocked函数:

private boolean resumeTopActivityInnerLocked(ActivityRecord prev, ActivityOptions options) {
...
return isOnHomeDisplay() &&
mStackSupervisor.resumeHomeStackTask(returnTaskType, prev, "prevFinished");
...
}

resumeTopActivityInnerLocked函数的代码很长,我们截取我们要分析的关键的一句:调用ActivityStackSupervisor的resumeHomeStackTask函数,代码如下所示。
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityStackSupervisor.java

boolean resumeHomeStackTask(int homeStackTaskType, ActivityRecord prev, String reason) {
...
if (r != null && !r.finishing) {
mService.setFocusedActivityLocked(r, myReason);
return resumeFocusedStackTopActivityLocked(mHomeStack, prev, null);
}
return mService.startHomeActivityLocked(mCurrentUser, myReason);//1
}

在注释1处调用了ActivityManagerService的startHomeActivityLocked函数,如下所示。
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java

boolean startHomeActivityLocked(int userId, String reason) {
if (mFactoryTest == FactoryTest.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL
&& mTopAction == null) {//1
return false;
}
Intent intent = getHomeIntent();//2
ActivityInfo aInfo = resolveActivityInfo(intent, STOCK_PM_FLAGS, userId);
if (aInfo != null) {
intent.setComponent(new ComponentName(aInfo.applicationInfo.packageName, aInfo.name));
aInfo = new ActivityInfo(aInfo);
aInfo.applicationInfo = getAppInfoForUser(aInfo.applicationInfo, userId);
ProcessRecord app = getProcessRecordLocked(aInfo.processName,
aInfo.applicationInfo.uid, true);
if (app == null || app.instrumentationClass == null) {//3
intent.setFlags(intent.getFlags() | Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK);
mActivityStarter.startHomeActivityLocked(intent, aInfo, reason);//4
}
} else {
Slog.wtf(TAG, "No home screen found for " + intent, new Throwable());
}
return true;
}

注释1处的mFactoryTest代表系统的运行模式,系统的运行模式分为三种,分别是非工厂模式、低级工厂模式和高级工厂模式,mTopAction则用来描述第一个被启动Activity组件的Action,它的值为Intent.ACTION_MAIN。因此注释1的代码意思就是mFactoryTest为FactoryTest.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL(低级工厂模式)并且mTopAction=null时,直接返回false。注释2处的getHomeIntent函数如下所示。

Intent getHomeIntent() {
Intent intent = new Intent(mTopAction, mTopData != null ? Uri.parse(mTopData) : null);
intent.setComponent(mTopComponent);
intent.addFlags(Intent.FLAG_DEBUG_TRIAGED_MISSING);
if (mFactoryTest != FactoryTest.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL) {
intent.addCategory(Intent.CATEGORY_HOME);
}
return intent;
}

getHomeIntent函数中创建了Intent,并将mTopAction和mTopData传入。mTopAction的值为Intent.ACTION_MAIN,并且如果系统运行模式不是低级工厂模式则将intent的Category设置为Intent.CATEGORY_HOME。我们再回到ActivityManagerService的startHomeActivityLocked函数,假设系统的运行模式不是低级工厂模式,在注释3处判断符合Action为Intent.ACTION_MAIN,Category为Intent.CATEGORY_HOME的应用程序是否已经启动,如果没启动则调用注释4的方法启动该应用程序。
这个被启动的应用程序就是Launcher,因为Launcher的Manifest文件中的intent-filter标签匹配了Action为Intent.ACTION_MAIN,Category为Intent.CATEGORY_HOME。Launcher的Manifest文件如下所示。
packages/apps/Launcher3/AndroidManifest.xml

<manifest
xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
package="com.android.launcher3">
<uses-sdk android:targetSdkVersion="23" android:minSdkVersion="16"/>
...
<application
...
<activity
android:name="com.android.launcher3.Launcher"
android:launchMode="singleTask"
android:clearTaskOnLaunch="true"
android:stateNotNeeded="true"
android:theme="@style/Theme"
android:windowSoftInputMode="adjustPan"
android:screenOrientation="nosensor"
android:configChanges="keyboard|keyboardHidden|navigation"
android:resumeWhilePausing="true"
android:taskAffinity=""
android:enabled="true">
<intent-filter>
<action android:name="android.intent.action.MAIN" />
<category android:name="android.intent.category.HOME" />
<category android:name="android.intent.category.DEFAULT" />
<category android:name="android.intent.category.MONKEY"/>
</intent-filter>
</activity>
...
</application>
</manifest>

这样,应用程序Launcher就会被启动起来,并执行它的onCreate函数。

3.Launcher中应用图标显示流程

Launcher的onCreate函数如下所示。
packages/apps/Launcher3/src/com/android/launcher3/Launcher.java

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
...
LauncherAppState app = LauncherAppState.getInstance();//1
mDeviceProfile = getResources().getConfiguration().orientation
== Configuration.ORIENTATION_LANDSCAPE ?
app.getInvariantDeviceProfile().landscapeProfile
: app.getInvariantDeviceProfile().portraitProfile;
mSharedPrefs = Utilities.getPrefs(this);
mIsSafeModeEnabled = getPackageManager().isSafeMode();
mModel = app.setLauncher(this);//2
....
if (!mRestoring) {
if (DISABLE_SYNCHRONOUS_BINDING_CURRENT_PAGE) {
mModel.startLoader(PagedView.INVALID_RESTORE_PAGE);//2
} else {
mModel.startLoader(mWorkspace.getRestorePage());
}
}
...
}

注释1处获取LauncherAppState的实例并在注释2处调用它的setLauncher函数并将Launcher对象传入,LauncherAppState的setLauncher函数如下所示。
packages/apps/Launcher3/src/com/android/launcher3/LauncherAppState.java

LauncherModel setLauncher(Launcher launcher) {
getLauncherProvider().setLauncherProviderChangeListener(launcher);
mModel.initialize(launcher);//1
mAccessibilityDelegate = ((launcher != null) && Utilities.ATLEAST_LOLLIPOP) ?
new LauncherAccessibilityDelegate(launcher) : null;
return mModel;
}

注释1处会调用LauncherModel的initialize函数:

public void initialize(Callbacks callbacks) {
synchronized (mLock) {
unbindItemInfosAndClearQueuedBindRunnables();
mCallbacks = new WeakReference<Callbacks>(callbacks);
}
}

在initialize函数中会将Callbacks,也就是传入的Launcher 封装成一个弱引用对象。因此我们得知mCallbacks变量指的就是封装成弱引用对象的Launcher,这个mCallbacks后文会用到它。
再回到Launcher的onCreate函数,在注释2处调用了LauncherModel的startLoader函数:
packages/apps/Launcher3/src/com/android/launcher3/LauncherModel.java

...
@Thunk static final HandlerThread sWorkerThread = new HandlerThread("launcher-loader");//1
static {
sWorkerThread.start();
}
@Thunk static final Handler sWorker = new Handler(sWorkerThread.getLooper());//2
...
public void startLoader(int synchronousBindPage, int loadFlags) {s
InstallShortcutReceiver.enableInstallQueue();
synchronized (mLock) {
synchronized (mDeferredBindRunnables) {
mDeferredBindRunnables.clear();
}
if (mCallbacks != null && mCallbacks.get() != null) {
stopLoaderLocked();
mLoaderTask = new LoaderTask(mApp.getContext(), loadFlags);//3
if (synchronousBindPage != PagedView.INVALID_RESTORE_PAGE
&& mAllAppsLoaded && mWorkspaceLoaded && !mIsLoaderTaskRunning) {
mLoaderTask.runBindSynchronousPage(synchronousBindPage);
} else {
sWorkerThread.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
sWorker.post(mLoaderTask);//4
}
}
}
}

注释1处创建了具有消息循环的线程HandlerThread对象。注释2处创建了Handler,并且传入HandlerThread的Looper。Hander的作用就是向HandlerThread发送消息。在注释3处创建LoaderTask,在注释4处将LoaderTask作为消息发送给HandlerThread 。
LoaderTask类实现了Runnable接口,当LoaderTask所描述的消息被处理时则会调用它的run函数,代码如下所示

private class LoaderTask implements Runnable {
...
public void run() {
synchronized (mLock) {
if (mStopped) {
return;
}
mIsLoaderTaskRunning = true;
}
keep_running: {
if (DEBUG_LOADERS) Log.d(TAG, "step 1: loading workspace");
loadAndBindWorkspace();//1
if (mStopped) {
break keep_running;
}
waitForIdle();
if (DEBUG_LOADERS) Log.d(TAG, "step 2: loading all apps");
loadAndBindAllApps();//2
}
mContext = null;
synchronized (mLock) {
if (mLoaderTask == this) {
mLoaderTask = null;
}
mIsLoaderTaskRunning = false;
mHasLoaderCompletedOnce = true;
}
}
...
}

Launcher是用工作区的形式来显示系统安装的应用程序的快捷图标,每一个工作区都是来描述一个抽象桌面的,它由n个屏幕组成,每个屏幕又分n个单元格,每个单元格用来显示一个应用程序的快捷图标。注释1处调用loadAndBindWorkspace函数用来加载工作区信息,注释2处的loadAndBindAllApps函数是用来加载系统已经安装的应用程序信息,loadAndBindAllApps函数代码如下所示。

private void loadAndBindAllApps() {
if (DEBUG_LOADERS) {
Log.d(TAG, "loadAndBindAllApps mAllAppsLoaded=" + mAllAppsLoaded);
}
if (!mAllAppsLoaded) {
loadAllApps();//1
synchronized (LoaderTask.this) {
if (mStopped) {
return;
}
}
updateIconCache();
synchronized (LoaderTask.this) {
if (mStopped) {
return;
}
mAllAppsLoaded = true;
}
} else {
onlyBindAllApps();
}
}

如果系统没有加载已经安装的应用程序信息,则会调用注释1处的loadAllApps函数:

private void loadAllApps() {
...
mHandler.post(new Runnable() {
public void run() {
final long bindTime = SystemClock.uptimeMillis();
final Callbacks callbacks = tryGetCallbacks(oldCallbacks);
if (callbacks != null) {
callbacks.bindAllApplications(added);//1
if (DEBUG_LOADERS) {
Log.d(TAG, "bound " + added.size() + " apps in "
+ (SystemClock.uptimeMillis() - bindTime) + "ms");
}
} else {
Log.i(TAG, "not binding apps: no Launcher activity");
}
}
});
...
}

在注释1处会调用callbacks的bindAllApplications函数,在前面我们得知这个callbacks实际是指向Launcher的,因此我们来查看Launcher的bindAllApplications函数,代码如下所示。
packages/apps/Launcher3/src/com/android/launcher3/Launcher.java

public void bindAllApplications(final ArrayList<AppInfo> apps) {
if (waitUntilResume(mBindAllApplicationsRunnable, true)) {
mTmpAppsList = apps;
return;
}
if (mAppsView != null) {
mAppsView.setApps(apps);//1
}
if (mLauncherCallbacks != null) {
mLauncherCallbacks.bindAllApplications(apps);
}
}

在注释1处会调用AllAppsContainerView的setApps函数,并将包含应用信息的列表apps传进去,AllAppsContainerView的setApps函数如下所示。
packages/apps/Launcher3/src/com/android/launcher3/allapps/AllAppsContainerView.java

public void setApps(List<AppInfo> apps) {
mApps.setApps(apps);
}

包含应用信息的列表apps已经传给了AllAppsContainerView,查看AllAppsContainerView的onFinishInflate函数:

@Override
protected void onFinishInflate() {
super.onFinishInflate();
...
// Load the all apps recycler view
mAppsRecyclerView = (AllAppsRecyclerView) findViewById(R.id.apps_list_view);//1
mAppsRecyclerView.setApps(mApps);//2
mAppsRecyclerView.setLayoutManager(mLayoutManager);
mAppsRecyclerView.setAdapter(mAdapter);//3
mAppsRecyclerView.setHasFixedSize(true);
mAppsRecyclerView.addOnScrollListener(mElevationController);
mAppsRecyclerView.setElevationController(mElevationController);
...
}

onFinishInflate函数在加载完xml文件时就会调用,在注释1处得到AllAppsRecyclerView用来显示App列表,并在注释2处将apps的信息列表传进去,并在注释3处为AllAppsRecyclerView设置Adapter。这样应用程序快捷图标的列表就会显示在屏幕上。
到这里Launcher启动流程就讲到这,接下来讲Android系统启动流程。

4.Android系统启动流程

那么结合本篇以及本系列的前三篇文章,我们就可以得出Android系统启动流程,如下所示。
1.启动电源以及系统启动
当电源按下时引导芯片代码开始从预定义的地方(固化在ROM)开始执行。加载引导程序Bootloader到RAM,然后执行。
2.引导程序BootLoader
引导程序BootLoader是在Android操作系统开始运行前的一个小程序,它的主要作用是把系统OS拉起来并运行。
3.Linux内核启动
内核启动时,设置缓存、被保护存储器、计划列表、加载驱动。当内核完成系统设置,它首先在系统文件中寻找init.rc文件,并启动init进程。
4.init进程启动
初始化和启动属性服务,并且启动Zygote进程。
5.Zygote进程启动
创建JavaVM并为JavaVM注册JNI,创建服务端Socket,启动SystemServer进程。
6.SystemServer进程启动
启动Binder线程池和SystemServiceManager,并且启动各种系统服务。
7.Launcher启动
被SystemServer进程启动的ActivityManagerService会启动Launcher,Launcher启动后会将已安装应用的快捷图标显示到界面上。

结合上面的流程,给出Android系统启动流程图:
这里写图片描述

刘望舒 wechat
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