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Android面试指南（九）

news 2025/9/13 18:52:35

目录

1、Android应用启动流程

1.1、Android系统启动流程

1.2、Launcher进程启动流程

1.3、ActivityThread

2、Activity的View树测绘流程

2.1、Activity生命周期方法查找

2.2、WindowManager查找

2.3、ViewRootImpl分析

3、页面刷新机制

4、手势分发来源

1、Android应用启动流程

1.1、Android系统启动流程

整体架构（自下而上）：

BootLoader--->Linux Kernel--->(HAL)--->C++ Framework--->Android Framework--->Apps

①、安卓系统启动流程分层如下：

  • Boot Loader层：主板通电后加载引导程序，执行内存检查与硬件初始化。
  • Linux Kernel层：加载相机、显示屏等硬件驱动，通过硬件抽象层（HAL）统一上层访问接口。
  • Init进程：创建首个用户进程，孵化adbd/logd守护进程，并派生Zygote进程。
  • Zygote进程：连接Native与Java世界，在该进程中会调用ZygoteInit.java类，在该类的入口方法中会创建SystemServer进程，后续所有App进程都是由Zygote进程孵化的。App进程创建完成之后，会由ZygoteInit反射调用ActivityThread入口类，从而使APP进程得以启动。
  • SystemServer进程：启动AMS、PMS等系统服务，最终通过systemReady通知AMS启动Launcher应用。

②、ZygoteInit的main方法

ZygoteInit.main方法核心功能包括：

  • 资源预加载：系统Class、资源文件及动态库，提升APP启动速度。
  • 启动SystemServer判断：根据参数决定是否启动系统服务进程。
  • 创建Socket服务：监听AMS的进程创建请求。

③、SystemServer进程

ZygoteInit的main方法中启动SystemServer进程后，其入口类SystemServer.java会创建以下系统服务：

  • 引导服务：AMS、PMS、PackageManagerService等。
  • 核心服务：BatteryService、GPUService等。
  • 其它服务：WindowManagerService、BluetoothService等。

服务类型

示例服务

功能描述

引导服务

ActivityManagerService

四大组件调度（安卓10后由ActivityTaskManagerService接管）

核心服务

BatteryService

电池状态管理

其他服务

WindowManagerService

窗口管理

最终通过systemReady通知AMS启动Launcher应用

1.2、Launcher进程启动流程

①、ActivityManagerService

  • ActivityManagerService通过systemReady方法启动应用，调用ActivityTaskManagerService.startHomeOnAllDisplays方法。

②、ActivityTaskManagerService

  • ActivityTaskManagerService将启动工作委托给RootActivityContainer，后者调用PackageManagerService查询Launcher应用。

③、RootActivityContainer

  • RootActivityContainer.startHomeOnDisplay方法构造Intent.CATEGORY_HOME意图，筛选符合Launcher标准的Activity。

④、ActivityStarter

  • ActivityStarter检查Activity注册状态、类文件存在性及权限，并根据LaunchMode和IntentFlag决定复用或新建Activity。

⑤、ActivityStack

  • ActivityStack.resumeTopActivityLocked暂停当前可见Activity（触发onPause），并判断目标进程是否已启动。

⑥、ActivityStackSupervisor

  • ActivityStackSupervisor.startSpecificActivityLocked进一步检查进程状态，未启动则进入进程创建分支。

补充了解：任务栈模型

类名

作用

关联关系

ActivityRecord

服务端Activity映射

存储在TaskRecord中

TaskRecord

任务栈

包含多个ActivityRecord

ActivityStack

任务栈管理者

管理多个TaskRecord

ActivityStackSupervisor

全局任务栈管理者

管理所有ActivityStack

⑦、ProcessList

  • ProcessList.startProcessLocked配置进程参数（如ABI类型和入口类entryPoint：android.app.ActivityThread），最终由ZygoteProcess处理。

⑧、ZygoteProcessor

  • ZygoteProcess通过Socket连接Zygote进程，传递参数后由ZygoteInit反射执行入口类，完成进程创建。

1.3、ActivityThread

（一）、整体介绍

ActivityThread是安卓应用进程的入口类，其入口方法遵循Java规范定义为public static void main，这是所有Java程序的统一约定。

ActivityThread的结构如下：

关键方法

功能描述

所属类

scheduleReceiver

创建BroadcastReceiver

ApplicationThread

scheduleCreateService

创建Service

ApplicationThread

scheduleBindService

绑定Service服务

ApplicationThread

bindApplication

创建Application对象并执行生命周期

ApplicationThread

scheduleInstallProvider

创建ContentProvider并执行生命周期

ApplicationThread

handleLaunchActivity

启动和创建Activity生命周期

ClientTransactionHandler

架构设计特点：安卓10将Activity生命周期调度方法重构至ClientTransactionHandler抽象类，实现单一职责原则，但实际调用仍通过ActivityThread完成。

（二）、ActivityThread的分析

1）、ActivityThread的main()方法

  • Looper.prepareMainLooper()：在主线程初始化消息循环驱动器
  • Looper.loop()：启动主线程消息循环，赋予消息分发能力
  • ActivityThread.attach()：传入参数system为false，标识当前为非系统应用进程

2）ActivityThread的attach()方法

  • ActivityManager.getService()：获取IActivityManager接口实例（实际对应ActivityManagerService对象）
  • attachApplication()：向ActivityManagerService注册应用进程，实现四大组件调度能力
  • BinderInternal.addGcWatcher()：内存监控机制，当内存占用达阈值时释放非活跃页面

ActivityManagerService的attachApplication方法

①、attachApplicationLocked()：核心功能包括：

  • 通过IApplicationThread.bindApplication()触发Application创建流程
  • 启动任务栈顶已注册但未运行的Activity（如Launcher的首个Activity）
  • ActivityThread的handleMessage方法

②、BIND_APPLICATION消息：通过主线程Handler将Application创建任务从子线程切换至主线程执行

  • ActivityThread的handleBindApplication方法

③、makeApplication()

  • 通过LoadedApk类加载APK运行时映射
  • 解析AndroidManifest中application节点定义的类名（未指定时默认使用android.app.Application）
  • mInstrumentation.newApplication()：通过AppComponentFactory实例化Application对象

④、attach()

attachBaseContext()：Application生命周期中首个被调用的方法（早于onCreate）

ActivityTaskManagerInternal.attachApplication()方法

  • ActivityTaskManagerInternal.attachApplication()：
    • 定位任务栈顶Activity（top变量）
    • 通过realStartActivityLocked()启动未关联进程的Activity
  • ClientTransaction机制：
    • LaunchActivityItem：执行Activity启动事务
    • ResumeActivityItem：当top==activity时触发onResume生命周期（状态机设计模式）
  • ClientTransaction的scheduleTransaction方法触发后，会执行LaunchActivityItem的execute方法，进而调用ClientTransactionHandler的handleLaunchActivity方法。
  • handleLaunchActivity方法在ActivityThread中实现，最终通过performLaunchActivity方法创建Activity实例并返回。
  • Activity实例创建过程：先获取ActivityInfo和ComponentName对象，再通过Instrumentation的newActivity方法实例化，最终调用Activity的attach方法和onCreate生命周期。
  • ResumeActivityItem的execute方法同步执行，触发ActivityThread的handleResumeActivity方法，调用performResumeActivity执行onResume生命周期，使界面可见。

ActivityThread还负责BroadcastReceiver、Service、ContentProvider等组件的创建，均通过AppComponentFactory反射实例化。

补充说明状态机设计模式：

安卓10在服务端对Activity生命周期的控制拆分为LaunchActivityItem、TopActivityItem、DestroyActivityItem和PauseActivityItem，这些Item均继承自ActivityLifecycleItem。

状态机设计模式的核心在于对象行为取决于其状态，例如Activity生命周期的调度由具体ActivityLifecycleItem执行，取决于目标生命周期状态。

3）、Activity创建流程总结

  • 应用进程创建入口为ActivityThread的main方法，主要完成两项任务：
    • 初始化Looper并启动主线程消息队列轮询
    • 调用attach方法向AMS注册进程，传递IApplicationThread对象实现跨进程调度
  • AMS通过attachApplication方法触发Application创建，依次执行attachBaseContext和onCreate方法。
  • ActivityTaskManagerService启动任务栈中的Activity，通过ActivityStartSupervisor的realStartActivityLocked方法组装生命周期调度事务：
    • 包含LaunchActivityItem和ResumeActivityItem
    • 通过ClientLifecycleManager的scheduleTransaction执行事务
  • Activity实例化流程：
    • 通过Instrumentation.newActivity反射创建实例
    • 依次调用attach、onCreate和onResume生命周期方法

2、Activity的View树测绘流程

2.1、Activity生命周期方法查找

Q：View的测绘流程入口在哪里？

根据Activity生命周期调用顺序进行分析：attach → onCreate → onStart → onResume

1）、Activity的attach方法

  • 核心操作：
    • 创建PhoneWindow实例（Window的唯一实现类）
    • 处理Fragment相关逻辑（通过FragmentController.dispatchTouch）
    • 接收并赋值方法入参参数
  • 局限：未发现与View测绘相关的关键代码

2）、Activity的onCreate方法

  • 主要流程：
    • 调用setContentView加载布局资源
    • 通过AppCompatDelegate实现布局加载的转发逻辑
  • 关键结论：该方法未直接触发View的测绘流程

3）、AppCompatActivity的setContentView方法

方法步骤

实现细节

关联对象

创建SubDecor

调用ensureSubDecor方法

ContentViewGroup

加载布局

解析传入的布局资源ID

DecorView

视图挂载

将解析后的View添加到contentParent

PhoneWindow

ensureSubDecor方法分析：

  • 逻辑判断：
    • 通过mSubDecorInstalled标志位判断是否已创建SubDecor
    • 未创建时调用createSubDecor方法进行初始化
  • 设计目的：确保DecorView层级结构的完整性

createSubDecor方法分析：

判断条件

执行分支

加载资源

窗口是否有标题

加载R.layout.abc_screen_toolbar

ActionBar

是否为浮动窗口

加载对话框样式布局

Dialog主题

常规Activity

加载R.layout.abc_screen_content

ContentFrameLayout

PhoneWindow的setContentView方法分析：

  • 核心流程：
    • DecorView校验：通过generateDecor创建基础容器
    • ContentParent生成：调用generateLayout根据主题创建内容容器
    • 视图添加：将用户布局添加到contentParent
  • 重要机制：
    • mContentParentExplicitlySet标志位：防止重复调用setContentView后请求窗口特性
    • 主题解析：通过generateLayout处理窗口样式属性

setContentView方法分析：

  • 遗留问题：仍未发现触发View测绘流程的入口代码
  • 分析方向：需继续追踪ActivityThread中的生命周期调用链

4）、Activity的onStart方法

  • 方法特点：实现逻辑简单，未包含View测绘相关代码
  • 调用时机：位于onCreate之后、onResume之前

4）、Activity的onResume方法

  • 关键发现：
    • View测绘触发点：实际位于ActivityThread.handleResumeActivity方法
    • 执行顺序：先执行performResumeActivity，再通过WindowManager添加DecorView
    • 可见性控制：添加View时设置为INVISIBLE，防止软键盘弹出导致页面闪烁
    • 窗口管理：通过WindowManagerImpl实现View的增删改查操作

2.2、WindowManager查找

  • 根据经验，internal相关的实现类通常位于service内部。当无法直接查看接口实现类时，实现类通常以Impl作为后缀命名，例如WindowManager的实现类为WindowManagerImpl。类似地，Context虽非接口但其实现类也遵循此规律，ContextImpl类实现了Context基类。
  • WindowManagerImpl类中对addView、updateView等方法进行了转发操作。转发的设计目的在于集中管理：单个应用可能包含多个页面，每个页面对应独立的WindowManager实例。通过WindowManagerGlobal对象统一处理所有页面的视图操作，这种设计模式实现了入口与出口的收拢，对外仅暴露方法定义。

WindowManagerGlobal的addView方法执行流程如下：

  • 参数校验：对传入的view和display对象进行非空校验
  • 类型校验：必须使用WindowManager.LayoutParams类型参数，否则抛出"IllegalArgumentException: params must be WindowManager.LayoutParams"异常
  • 重复添加校验：检查view是否已被添加，重复添加会触发"IllegalStateException: view has already been added to the window manager"异常
  • 核心实例化：方法内会初始化ViewRootImpl对象

2.3、ViewRootImpl分析

  • ViewRootImpl是视图树的顶层节点，负责关联传递的View并启动测量、布局及绘制流程。
  • ViewRootImpl会将传递的View添加到mViews列表中，并将对应的ViewRootImpl添加到mRoots列表中。
  • WindowManagerGlobal的addView方法中，若流程由setContentView触发，则View为DecorView；若直接调用WindowManager.addView，则View为普通View。

ViewRootImpl功能分类如下：

  • 通过WindowSession接口将当前窗口注册至WindowManagerService。
  • 作为页面视图树的顶层节点，是DecorView的父节点。
  • 利用Choreographer接收垂直同步信号，触发视图的测量、布局及绘制流程。
  • 通过InputEventReceiver接收屏幕输入事件并分发。
  • 利用Choreographer同步信号触发视图动画及重绘。

1）、构造方法

  • 关键字段解析：
    • IWindowSession：Binder接口，用于将窗口注册至WindowManagerService。
    • AttachInfo：记录当前View关联的窗口信息，用于判断View是否已附加至窗口。
    • Choreographer：接收硬件垂直同步信号（如60Hz设备每16.7ms一次），协调UI刷新、输入事件派发及动画更新。
  • 垂直同步信号作用：确保应用层在单帧时间（16.7ms）内完成输入事件处理、UI测量及动画刷新。

2）、setView方法

  • 核心操作：
    • requestLayout：在窗口注册前安排首次视图布局测绘。
    • WindowSession.addToDisplay：通过Binder接口注册窗口至WindowManagerService，并创建InputChannel监听屏幕输入事件。
    • View.assignParent：将当前ViewRootImpl设为View的父节点（非视图树节点，仅实现ViewParent接口）。

3）、requestLayout方法

①、checkThread()

  • 线程检查：默认禁止子线程更新UI，但若ViewRootImpl未创建（如Activity初始化阶段），子线程操作可能生效。
  • 子线程更新UI的限制：涉及requestLayout或postInvalidate的更新可能失效，因最终需通过ViewRootImpl的线程检查。
  • 在onCreate中子线程直接更新TextView文本可以生效，但涉及布局或重绘的操作可能失败。

②、scheduleTraversals()

  • 任务调度机制：
    • 同步过滤：通过mTraversalScheduled标记避免同一帧内重复触发测绘流程。
    • 消息屏障：发送屏障消息使异步消息（如UI测绘任务）优先执行，同步消息暂缓。
    • Choreographer回调：垂直同步信号到达时执行TraversalRunnable，触发performTraversals完成测量、布局及绘制。
  • 消息类型区别：
    • 同步消息：常规Handler消息。
    • 异步消息：标记为async的消息（如UI测绘任务），遇屏障时优先执行。
    • 屏障消息：临时阻塞同步消息，仅允许异步消息通过。

③、doTraversal()

  • 重置mTraversalScheduled标记位为false
  • 移除消息队列中的消息屏障，确保同步消息能够执行

④、performTraversals()

  • performTraversals方法作用：根据当前页面View树判断是否需要重新测绘、布局或绘制
    • 关键方法：
      • performMeasure：调用DecorView.measure进行大小测量
      • performLayout：调用DecorView.layout完成页面布局
      • performDraw：通过softwareDraw触发DecorView.draw实现绘制
  • 测量、布局、绘制的源头均来自ViewRootImpl的对应方法

⑤、总结

  • 流程起点：ActivityThread.handleResumeActivity触发WindowManager.addView
  • 核心步骤：
    • WindowManagerGlobal实例化ViewRootImpl并绑定DecorView
    • setView调用requestLayout，通过线程检查后注册垂直同步监听
  • 三大流程执行：
    • performTraversals依次调用measure、layout、draw
    • ViewGroup递归处理子视图的测量、布局和绘制

3、页面刷新机制

Choreographer类用于协调页面的动画、屏幕输入和绘制事件的执行顺序，还包括过滤同一帧内的重复请求（如多次调用requestLayout），避免不必要的重复计算。Choreographer通过接收垂直同步信号（VSync）的时间脉冲，安排下一帧的绘制工作。

1）、Choreographer的构造函数

  • FrameDisplayEventReceiver：向Native层注册监听并接收VSync信号回调的类，信号到达时触发onVsync方法。
  • CallbackQueues：数组结构，每个元素为CallbackQueue队列，对应不同事件类型（如CALLBACK_TRAVERSAL用于View树重绘、CALLBACK_ANIMATION用于动画更新、CALLBACK_INPUT用于输入事件派发）。

2）、CallbackQueue模型

CallbackQueue的数据结构为数组+单链表模型：

  • 每个队列存储CallbackRecord对象，通过addCallbackLocked方法将新请求封装为CallbackRecord并追加至队尾。
  • 优先级设计：不同事件类型（如输入、动画、重绘）通过独立队列管理，确保执行顺序可控。

3）、Choreographer的方法

Choreographer对外暴露两个API：

  • postFrameCallback：立即注册VSync信号监听。
  • postFrameCallbackDelayed：支持延迟注册，参数delayMillis控制延迟时间。两者最终均调用内部方法postCallbackDelayedInternal，默认事件类型为CALLBACK_ANIMATION。

①、postCallbackDelayedInternal方法：

  • 根据callbackType从CallbackQueues中获取对应队列。
  • 封装参数为CallbackRecord并插入队尾。
  • 根据delayMillis决定立即执行scheduleFrameLocked或通过Handler延迟调度。

②、scheduleFrameLocked方法：

  • 检查线程一致性：确保调用线程与创建Choreographer对象的线程相同。
  • 通过FrameDisplayEventReceiver.scheduleVsync订阅VSync信号。

③、scheduleVsyncLocked方法：

scheduleVsyncLocked方法向系统订阅VSync信号，信号到达时触发FrameDisplayEventReceiver.onVsync，最终通过Handler派发异步消息执行doFrame。

④、doFrame方法：

  • doFrame方法核心逻辑：
  • 掉帧检测：计算信号到达与执行的时差，若超过16.7ms（1帧时间）则判定为掉帧，超过30帧输出警告日志。
  • 事件派发：按优先级依次处理CALLBACK_INPUT（输入事件）、CALLBACK_ANIMATION（动画）、CALLBACK_TRAVERSAL（重绘）。

4、手势分发来源

手势接收位于Window.InputEventReceiver中，事件派发至Activity前需经过该组件处理。

1）、手势分发

  • 事件入口：onInputEvent方法接收InputEvent参数，该参数可能包含屏幕点击或键盘事件。
  • 事件封装：方法内部调用enqueueInputEvent，将事件封装为QueuedInputEvent对象并添加至队列尾部。
  • 事件派发：通过doProcessInputEvents方法从队列头部依次派发事件，调用deliverInputEvent处理。
  • 处理阶段：输入事件需经过多个预处理阶段：
    • ViewPostImeInput：处理屏幕点击事件。
    • ImeInputStage：处理键盘事件。
    • 责任链模式：各阶段按优先级依次处理事件（NativePreImeInputStage→ViewPreImeInputStage→ImeInputStage→EarlyPostImeInputStage→NativePostImeInputStage→SyntheticInputStage），未处理则传递至下一阶段。
  • 点击事件判定：若事件类型为InputDevice.SOURCE_CLASS_POINTER，则进入processPointerEvent方法，最终调用View.dispatchPointerEvent。
  • 事件转发路径：
    • View.dispatchTouchEvent转发至DecorView。
    • DecorView通过Window.Callback接口将事件传递至Activity.dispatchTouchEvent。
    • Activity将事件转发至PhoneWindow.superDispatchTouchEvent，最终交由ViewGroup.dispatchTouchEvent处理。

2）、手势分发流程总结

  • 事件监听注册：通过ViewRootImpl.WindowInputEventReceiver监听系统输入事件。
  • 预处理阶段：事件需经过责任链模式的多个阶段校验。
  • Activity介入：事件通过Window.Callback接口转发至Activity，便于开发者拦截或自定义手势逻辑。
  • 最终分发：PhoneWindow将事件传递至DecorView，最终由ViewGroup处理。

OK，今天的内容就到这里吧，下期再会！


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