Android Framework原理

時間 2019-11-07

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App啓動過程

點擊桌面App圖標,Launcher進程採用Binder IPC向system_server進程發起startActivity請求
system_server進程接收到請求後,向zygote進程發送建立進程的請求
Zygote進程fork出新的子進程,即App進程
App進程,經過Binder IPC向sytem_server進程發起attachApplication請求
system_server進程在收到請求後，進行一系列準備工做後,再經過binder IPC向App進程發送scheduleLaunchActivity請求
App進程的binder線程（ApplicationThread）在收到請求後,經過handler向主線程發送LAUNCH_ACTIVITY消息
主線程在收到Message後，經過反射機制建立目標Activity,並回調Activity.onCreate()等方法
App便正式啓動，開始進入Activity生命週期，執行完onCreate/onStart/onResume方法，UI渲染結束後即可以看到App的主界面

Android開機流程

Android開機流程linux

BootLoader引導

當按開機鍵的時候，引導芯片開始從固化在ROM的預設代碼開始執行，而後加載引導程序到RAM
BootLoader，又稱爲引導程序。它是在操做系統運行以前運行的一段程序
BootLoader負責初始化軟件運行所須要的最小硬件環境，最後加載內核到內存android

啓動Kernel

這個入口的函數是start_kernel函數
start_kernel函數執行到最後調用了reset_init函數進行後續的初始化
start_kernel最終啓動用戶空間的init程序windows

啓動Android

當初始化內核以後，init進程負責解析init.rc配置文件, 就會啓動一個至關重要的祖先進程，也就是init進程，在Linux中全部的進程都是由init進程直接或間接fork出來的架構

* /system/bin/app_process_Zygote服務啓動的進程名
* --start-system-server 代表Zygote啓動完成後，須要啓動System_Server進程
* socket zygote stream 666在Zygote啓動時，建立一個權限爲666的socket。此socket用來請求zygote建立新進程
* socket的fd保存在名稱爲"ANDROID_SOCKET_zygote"的環境變量中

init進程負責建立系統中最關鍵的幾個核心daemon(守護)進程，尤爲是zygote和System_Server進程app

1. zygote進程 android啓動的第一個Dalvik 虛擬機，它將負責啓動Java世界的進程
2. zygote虛擬機啓動子進程system_server，同時也能夠看出zygote中定義了一個Socket,綁定666端口，用於接收ActivityManagerService啓動應用程序的請求
3. System_Server進程  Binder通訊的基礎，它還提供了property service（屬性服務），相似於windows系統的註冊表服務
4. 系統裏面重要的服務都是在這個進程裏面開啓的，例如AMS, WindowsManager, PackageManagerService等等都是由這個System_Server fork出來的
5. 在System_Server進程開啓的時候，就會初始化ActivityManagerService 。同時，會加載本地系統的服務庫，調用createSystemContext()建立系統上下文，建立ActivityThread及開啓各類服務等等
6. system_server中開啓了核心系統服務，並將系統服務添加到ServiceManager中，而後系統進入SystemReady狀態

啓動Home Activitysocket

在systemReady狀態，ActivityManagerService會與zygote的Socket通訊，請求啓動Home
zygote收到AMS的鏈接請求後，執行runSelectLoopMode處理請求
zygote處理請求會經過forkAndSpecialize啓動新的應用進程，並最終啓動Home

概況
1. 系統加電，執行bootloader。Bootloader負責初始化軟件運行的最小硬件環境，最後加載內核到內存
2. 內核加載到內存後，進入內核引導階段，在內核引導的最後，調用start_kernel進入內核啓動階段。start_kernel最終啓動用戶空間的init程序
3. init負責解析init.rc配置文件，開啓系統守護進程。2個最重要的守護進程是zygote進程和serverManager進程。zygote是android啓動的第一個Dalvik虛擬機，ServiceManager服務是Binder通訊的基礎
4. zygote虛擬機啓動子進程system_server，在system_server中啓動了核心系統服務，並將系統服務添加到ServiceManager中，而後系統進入SystemReady狀態
5. 在SystemReady狀態，ActivityManagerService與zygote中的socket通訊，經過zygote啓動home應用，進入系統界面

* 從步驟3開始, init啓動後，上層的實現
1. init啓動的核心Daemon服務包括Android的第一個Dalvik虛擬機Zygote
2. zygote定義一個socket,用於接受ActivityManangerService啓動應用的請求
3. zygote經過fork系統調用建立system_server進程
4. 在system_server進程中，將會啓動系統核心服務以及其餘服務
5. 系統服務啓動後會註冊到ServiceManager中，用於Binder通訊
6. ActivityManagerService進入systemReady狀態
7. 在systemReady狀態,ActivityManangerService會與zygote的Socket通訊，請求啓動Home
8. zygote收到AMS的鏈接請求後，執行runSelectLoopMode處理請求
9. zygote處理請求會經過forkAndSpecialize啓動新的應用進程，並最終啓動Home

Handler機制與底層實現原理

概念

Message - Message表明一個行爲what或者一串動做Runnable, 每個消息在加入消息隊列時,都有明確的目標Handler
ThreadLocal - 線程本地存儲區（Thread Local Storage，簡稱爲TLS），每一個線程都有本身的私有的本地存儲區域，不一樣線程之間彼此不能訪問對方的TLS區域。ThreadLocal的做用是提供線程內的局部變量TLS,這種變量在線程的生命週期內起做用,每個線程有他本身所屬的值(線程隔離)
MessageQueue (C層與Java層都有實現) - 以隊列的形式對外提供插入和刪除的工做, 其內部結構是以雙向鏈表的形式存儲消息的
Looper (C層與Java層都有實現) - Looper是循環的意思,它負責從消息隊列中循環的取出消息而後把消息交給Handler處理
Handler - 消息的真正處理者, 具有獲取消息、發送消息、處理消息、移除消息等功能

普通的線程是沒有looper的，若是須要looper對象，那麼必需要先調用Looper.prepare方法，並且一個線程只能有一個looper
Handler是如何完成跨線程通訊的ide

* Android中採用的是Linux中的管道通訊
* 關於管道，簡單來講，管道就是一個文件
* 在管道的兩端，分別是兩個打開文件文件描述符，這兩個打開文件描述符都是對應同一個文件，其中一個是用來讀的，別一個是用來寫的
* 消息隊列建立時，會調用JNI函數，初始化NativeMessageQueue對象。NativeMessageQueue則會初始化Looper對象
* Looper的做用就是，當Java層的消息隊列中沒有消息時，就使Android應用程序主線程進入等待狀態，而當Java層的消息隊列中來了新的消息後，就喚醒Android應用程序的主線程來處理這個消息

整個消息機制流程函數

Handler經過sendMessage()發送Message到MessageQueue隊列
Looper經過loop()，不斷提取出達到觸發條件的Message，並將Message交給target來處理
通過dispatchMessage()後，交回給Handler的handleMessage()來進行相應地處理
將Message加入MessageQueue時，處往管道寫入字符，能夠會喚醒loop線程；若是MessageQueue中沒有Message，並處於Idle狀態，則會執行IdelHandler接口中的方法，每每用於作一些清理性地工做

ContentProvider原理

Android繪製原理

Activity的window組成，Activity內部有個Window成員，它的實例爲PhoneWindow，PhoneWindow有個內部類是DecorView，這個DecorView就是存放佈局文件的，裏面有TitleActionBar和咱們setContentView傳入進去的layout佈局文件oop

Window類時一個抽象類，提供繪製窗口的API
PhoneWindow是繼承Window的一個具體的類，該類內部包含了一個DecorView對象，該DectorView對象是全部應用窗口(Activity界面)的根View
DecorView繼承FrameLayout，裏面id=content的就是咱們傳入的佈局視圖
ContentView必須是一個ViewGroup
ViewGroup 開始遞歸執行如下邏輯進行繪製

+ measure, 遞歸測量view的大小。有3種測量模式
    - MeasureSpec.EXACTLY表示肯定大小
    - MeasureSpec.AT_MOST表示最大大小
    - MeasureSpec.UNSPECIFIED不肯定
+ layout，遞歸佈局view的位置
+ draw，遞歸繪製view
    - ViewRootImpl中的代碼會建立一個Canvas對象，而後調用View的draw()方法來執行具體的繪製

AsyncTask源碼分析

Binder機制及底層實現

進程空間分配源碼分析

進程間，用戶空間的數據不可共享，因此用戶空間 = 不可共享空間
進程間，內核空間的數據可共享，因此內核空間 = 可共享空間
進程內用戶與內核進行交互稱爲系統調用

Binder跨進程通訊（IPC）的原理

先經過進程間的內核空間進行數據交互
再經過進程內的用戶空間&內核空間進行數據交互，從而實現進程間的用戶空間的數據交互
而Binder，就是充當鏈接兩個進程(內核空間)的通道

使用步驟:
註冊服務

* Server進程向Binder驅動發起服務註冊請求
* Binder驅動將註冊請求轉發給ServiceManager進程
* ServiceManager進程添加該服務
* 此時ServiceManager進程擁有該服務信息

獲取服務

* Client向Binder驅動發起獲取服務的請求，傳遞要獲取的服務名稱(service name)
* Binder驅動將該請求轉發給ServiceManager進程
* ServiceManager查找到Client須要的Server對應的服務信息
* 經過Binder驅動將上述服務信息返回給Client進程
* 此時client進程與server進程已經創建了鏈接

使用服務

* Client進程將參數數據發到Server進程
    1. client 進程將須要的傳送的數據放到client進程的共享內存;(當前線程被掛起)
    2. Binder驅動從client的共享內存中讀取數據，並根據ServiceManager進程裏面的Server信息找到對應的Server進程
    3. Binder驅動將數據copy到Server進程的共享內存裏，並通知Server進程解包
* Server進程根據Client進程要求，調用目標方法
    1. 接到Binder驅動通知後，Server進程從線程池中取出線程，進行數據解包和調用目標方法
    2. 將最終方法結果寫到本身的共享內存
* Server進程將目標方法的結果，返回給Client進程
    1. Binder驅動程序將Server進程的共享內存裏面的數據(方法執行結果) copy 到client進程的共享內存
    2. 通知client進程得到返回結果(此時client進程以前被掛起的線程被從新喚醒)

Client進程、Server進程 & Service Manager 進程之間的交互都必須經過Binder驅動（使用 open 和 ioctl文件操做函數），而非直接交互
Client進程、Server進程 & Service Manager進程屬於進程空間的用戶空間，不可進行進程間交互
Binder驅動屬於進程空間的內核空間，可進行進程間 & 進程內交互

Binder驅動 & Service Manager進程屬於 Android基礎架構（即系統已經實現好了）；而Client 進程和 Server 進程屬於Android應用層（須要開發者本身實現）

ActivityThread工做原理

Window 、WMS的工做原理

ThreadLocal原理，實現及如何保證Local屬性

每一個Thread維護一個ThreadLocalMap映射表，這個映射表的key是ThreadLocal實例自己，value是真正須要存儲的Object

Android線程有沒有上限

android自己就是linux系統因此查看命令和linux同樣

Android內存限制

dalvik.vm.heapstartsize 表示初始內存大小是8m
dalvik.vm.heapgrowthlimit 表示標準內存大小是96m 通常應用都是這麼大
dalvik.vm.heapsize 表示在manifest配置文件中application標籤下配置 android:largeHeap="true"時的內存大小

Android apk大小限制

apk安裝包大小理論上沒有限制。可是各個應用商店爲了有大小限制google play 要求小於50M , 擴展包能夠擴展到2g
壓測: 800M的apk是沒問題的只是安裝的時間比較長。1.6G的apk包則把手機弄死機

線程池有沒有上限

ThreadPoolExecutor構造函數的maximumPoolSize決定

AndroidToast原理分析

Art和Dalvik對比

ART 的機制與 Dalvik 不一樣。在Dalvik下，應用每次運行的時候，字節碼都須要經過即時編譯器（just in time ，JIT）轉換爲機器碼，這會拖慢應用的運行效率，而在ART 環境中，應用在第一次安裝的時候，字節碼就會預先編譯成機器碼，使其成爲真正的本地應用。這個過程叫作預編譯（AOT,Ahead-Of-Time）。這樣的話，應用的啓動(首次)和執行都會變得更加快速。

BlockCanaryEx原理

即整個應用的主線程，只有這一個looper，無論有多少handler，最後都會回到這裏

public static void loop() {
    ...

    for (;;) {
        ...

        // This must be in a local variable, in case a UI event sets the logger
        Printer logging = me.mLogging;
        if (logging != null) {
            logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
                    msg.callback + ": " + msg.what);
        }

        msg.target.dispatchMessage(msg);

        if (logging != null) {
            logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
        }

        ...
    }
}

設置Printer對象,判斷是否超過預期時間，notifyLog