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本文首发于微信公众号「刘望舒」
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。
<!--more-->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
1 private void startOtherServices() { 2 ... 3 mActivityManagerService.systemReady(new Runnable() { 4 @Override 5 public void run() { 6 Slog.i(TAG, "Making services ready"); 7 mSystemServiceManager.startBootPhase( 8 SystemService.PHASE_ACTIVITY_MANAGER_READY); 9 10... 11} 12... 13}
在startOtherServices函数中，会调用ActivityManagerService的systemReady函数： frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java
1public void systemReady(final Runnable goingCallback) { 2... 3synchronized (this) { 4 ... 5 mStackSupervisor.resumeFocusedStackTopActivityLocked(); 6 mUserController.sendUserSwitchBroadcastsLocked(-1, currentUserId); 7 } 8 }
systemReady函数中调用了ActivityStackSupervisor的resumeFocusedStackTopActivityLocked函数： frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityStackSupervisor.java
1boolean resumeFocusedStackTopActivityLocked( 2 ActivityStack targetStack, ActivityRecord target, ActivityOptions targetOptions) { 3 if (targetStack != null && isFocusedStack(targetStack)) { 4 return targetStack.resumeTopActivityUncheckedLocked(target, targetOptions);//1 5 } 6 final ActivityRecord r = mFocusedStack.topRunningActivityLocked(); 7 if (r == null || r.state != RESUMED) { 8 mFocusedStack.resumeTopActivityUncheckedLocked(null, null); 9 } 10 return false; 11 }
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
1 boolean resumeTopActivityUncheckedLocked(ActivityRecord prev, ActivityOptions options) { 2 if (mStackSupervisor.inResumeTopActivity) { 3 // Don't even start recursing. 4 return false; 5 } 6 boolean result = false; 7 try { 8 // Protect against recursion. 9 mStackSupervisor.inResumeTopActivity = true; 10 if (mService.mLockScreenShown == ActivityManagerService.LOCK_SCREEN_LEAVING) { 11 mService.mLockScreenShown = ActivityManagerService.LOCK_SCREEN_HIDDEN; 12 mService.updateSleepIfNeededLocked(); 13 } 14 result = resumeTopActivityInnerLocked(prev, options);//1 15 } finally { 16 mStackSupervisor.inResumeTopActivity = false; 17 } 18 return result; 19 }
注释1调用了resumeTopActivityInnerLocked函数：
1 private boolean resumeTopActivityInnerLocked(ActivityRecord prev, ActivityOptions options) { 2 ... 3 return isOnHomeDisplay() && 4 mStackSupervisor.resumeHomeStackTask(returnTaskType, prev, "prevFinished"); 5 ... 6}
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
1boolean resumeHomeStackTask(int homeStackTaskType, ActivityRecord prev, String reason) { 2 ... 3 if (r != null && !r.finishing) { 4 mService.setFocusedActivityLocked(r, myReason); 5 return resumeFocusedStackTopActivityLocked(mHomeStack, prev, null); 6 } 7 return mService.startHomeActivityLocked(mCurrentUser, myReason);//1 8}
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
1 boolean startHomeActivityLocked(int userId, String reason) { 2 if (mFactoryTest == FactoryTest.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL 3 && mTopAction == null) {//1 4 return false; 5 } 6 Intent intent = getHomeIntent();//2 7 ActivityInfo aInfo = resolveActivityInfo(intent, STOCK_PM_FLAGS, userId); 8 if (aInfo != null) { 9 intent.setComponent(new ComponentName(aInfo.applicationInfo.packageName, aInfo.name)); 10 aInfo = new ActivityInfo(aInfo); 11 aInfo.applicationInfo = getAppInfoForUser(aInfo.applicationInfo, userId); 12 ProcessRecord app = getProcessRecordLocked(aInfo.processName, 13 aInfo.applicationInfo.uid, true); 14 if (app == null || app.instrumentationClass == null) {//3 15 intent.setFlags(intent.getFlags() | Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK); 16 mActivityStarter.startHomeActivityLocked(intent, aInfo, reason);//4 17 } 18 } else { 19 Slog.wtf(TAG, "No home screen found for " + intent, new Throwable()); 20 } 21 22 return true; 23 }
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。
1Intent getHomeIntent() { 2 Intent intent = new Intent(mTopAction, mTopData != null ? Uri.parse(mTopData) : null); 3 intent.setComponent(mTopComponent); 4 intent.addFlags(Intent.FLAG_DEBUG_TRIAGED_MISSING); 5 if (mFactoryTest != FactoryTest.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL) { 6 intent.addCategory(Intent.CATEGORY_HOME); 7 } 8 return intent; 9}
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
1<manifest 2 xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" 3 package="com.android.launcher3"> 4 <uses-sdk android:targetSdkVersion="23" android:minSdkVersion="16"/> 5 ... 6 <application 7 ... 8 <activity 9 android:name="com.android.launcher3.Launcher" 10 android:launchMode="singleTask" 11 android:clearTaskOnLaunch="true" 12 android:stateNotNeeded="true" 13 android:theme="@style/Theme" 14 android:windowSoftInputMode="adjustPan" 15 android:screenOrientation="nosensor" 16 android:configChanges="keyboard|keyboardHidden|navigation" 17 android:resumeWhilePausing="true" 18 android:taskAffinity="" 19 android:enabled="true"> 20 <intent-filter> 21 <action android:name="android.intent.action.MAIN" /> 22 <category android:name="android.intent.category.HOME" /> 23 <category android:name="android.intent.category.DEFAULT" /> 24 <category android:name="android.intent.category.MONKEY"/> 25 </intent-filter> 26 </activity> 27... 28 </application> 29</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
1 @Override 2 protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { 3 ... 4 LauncherAppState app = LauncherAppState.getInstance();//1 5 mDeviceProfile = getResources().getConfiguration().orientation 6 == Configuration.ORIENTATION_LANDSCAPE ? 7 app.getInvariantDeviceProfile().landscapeProfile 8 : app.getInvariantDeviceProfile().portraitProfile; 9 10 mSharedPrefs = Utilities.getPrefs(this); 11 mIsSafeModeEnabled = getPackageManager().isSafeMode(); 12 mModel = app.setLauncher(this);//2 13 .... 14 if (!mRestoring) { 15 if (DISABLE_SYNCHRONOUS_BINDING_CURRENT_PAGE) { 16 mModel.startLoader(PagedView.INVALID_RESTORE_PAGE);//2 17 } else { 18 mModel.startLoader(mWorkspace.getRestorePage()); 19 } 20 } 21... 22 }
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
1 LauncherModel setLauncher(Launcher launcher) { 2 getLauncherProvider().setLauncherProviderChangeListener(launcher); 3 mModel.initialize(launcher);//1 4 mAccessibilityDelegate = ((launcher != null) && Utilities.ATLEAST_LOLLIPOP) ? 5 new LauncherAccessibilityDelegate(launcher) : null; 6 return mModel; 7 }
注释1处会调用LauncherModel的initialize函数：
1public void initialize(Callbacks callbacks) { 2 synchronized (mLock) { 3 unbindItemInfosAndClearQueuedBindRunnables(); 4 mCallbacks = new WeakReference<Callbacks>(callbacks); 5 } 6}
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
1... 2 @Thunk static final HandlerThread sWorkerThread = new HandlerThread("launcher-loader");//1 3 static { 4 sWorkerThread.start(); 5 } 6 @Thunk static final Handler sWorker = new Handler(sWorkerThread.getLooper());//2 7... 8 public void startLoader(int synchronousBindPage, int loadFlags) {s 9 InstallShortcutReceiver.enableInstallQueue(); 10 synchronized (mLock) { 11 synchronized (mDeferredBindRunnables) { 12 mDeferredBindRunnables.clear(); 13 } 14 if (mCallbacks != null && mCallbacks.get() != null) { 15 stopLoaderLocked(); 16 mLoaderTask = new LoaderTask(mApp.getContext(), loadFlags);//3 17 if (synchronousBindPage != PagedView.INVALID_RESTORE_PAGE 18 && mAllAppsLoaded && mWorkspaceLoaded && !mIsLoaderTaskRunning) { 19 mLoaderTask.runBindSynchronousPage(synchronousBindPage); 20 } else { 21 sWorkerThread.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY); 22 sWorker.post(mLoaderTask);//4 23 } 24 } 25 } 26 }
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
1 private class LoaderTask implements Runnable { 2 ... 3 public void run() { 4 synchronized (mLock) { 5 if (mStopped) { 6 return; 7 } 8 mIsLoaderTaskRunning = true; 9 } 10 keep_running: { 11 if (DEBUG_LOADERS) Log.d(TAG, "step 1: loading workspace"); 12 loadAndBindWorkspace();//1 13 if (mStopped) { 14 break keep_running; 15 } 16 waitForIdle(); 17 if (DEBUG_LOADERS) Log.d(TAG, "step 2: loading all apps"); 18 loadAndBindAllApps();//2 19 } 20 mContext = null; 21 synchronized (mLock) { 22 if (mLoaderTask == this) { 23 mLoaderTask = null; 24 } 25 mIsLoaderTaskRunning = false; 26 mHasLoaderCompletedOnce = true; 27 } 28 } 29 ... 30 }
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。
1private void loadAndBindAllApps() { 2 if (DEBUG_LOADERS) { 3 Log.d(TAG, "loadAndBindAllApps mAllAppsLoaded=" + mAllAppsLoaded); 4 } 5 if (!mAllAppsLoaded) { 6 loadAllApps();//1 7 synchronized (LoaderTask.this) { 8 if (mStopped) { 9 return; 10 } 11 } 12 updateIconCache(); 13 synchronized (LoaderTask.this) { 14 if (mStopped) { 15 return; 16 } 17 mAllAppsLoaded = true; 18 } 19 } else { 20 onlyBindAllApps(); 21 } 22}
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：
1 private void loadAllApps() { 2... 3 mHandler.post(new Runnable() { 4 public void run() { 5 final long bindTime = SystemClock.uptimeMillis(); 6 final Callbacks callbacks = tryGetCallbacks(oldCallbacks); 7 if (callbacks != null) { 8 callbacks.bindAllApplications(added);//1 9 if (DEBUG_LOADERS) { 10 Log.d(TAG, "bound " + added.size() + " apps in " 11 + (SystemClock.uptimeMillis() - bindTime) + "ms"); 12 } 13 } else { 14 Log.i(TAG, "not binding apps: no Launcher activity"); 15 } 16 } 17 }); 18 ... 19 }
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
1public void bindAllApplications(final ArrayList<AppInfo> apps) { 2 if (waitUntilResume(mBindAllApplicationsRunnable, true)) { 3 mTmpAppsList = apps; 4 return; 5 } 6 if (mAppsView != null) { 7 mAppsView.setApps(apps);//1 8 } 9 if (mLauncherCallbacks != null) { 10 mLauncherCallbacks.bindAllApplications(apps); 11 } 12}
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
1 public void setApps(List<AppInfo> apps) { 2 mApps.setApps(apps); 3 }
包含应用信息的列表apps已经传给了AllAppsContainerView，查看AllAppsContainerView的onFinishInflate函数：
1 @Override 2 protected void onFinishInflate() { 3 super.onFinishInflate(); 4... 5 // Load the all apps recycler view 6 mAppsRecyclerView = (AllAppsRecyclerView) findViewById(R.id.apps_list_view);//1 7 mAppsRecyclerView.setApps(mApps);//2 8 mAppsRecyclerView.setLayoutManager(mLayoutManager); 9 mAppsRecyclerView.setAdapter(mAdapter);//3 10 mAppsRecyclerView.setHasFixedSize(true); 11 mAppsRecyclerView.addOnScrollListener(mElevationController); 12 mAppsRecyclerView.setElevationController(mElevationController); 13... 14 }
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：
