四大组件之综述

Posted by Gityuan on May 19, 2017

本文基于Android 6.0的源代码,来分析四大组件的管理者AMS

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/
  - ActivityManagerService.java
  - ProcessRecord
  - ActivityStackSupervisor.java 
  - ActivityStack.java
  - ActiveServices
  - BroadcastQueue

一. 引言

Android系统内部非常复杂,经层层封装后,app只需要简单的几行代码便可完成任一组件的启动/结束、 生命周期的操作。然而每一次看似简单的操作,背后所有的复杂工作都是交由系统来完成。

组件启动后,首先需要依赖进程,那么就需要先创建进程,系统需要记录每个进程,这便产生了ProcessRecord。 Android中,对于进程的概念被弱化,通过抽象后的四大组件。让开发者几乎感受不到进程的存在。 当应用退出时,进程也并非马上退出,而是成为cache/empty进程,下次该应用再启动的时候,可以不用 再创建进程直接初始化组件即可,提高启动速度。先来说一说进程。

二. 进程管理

Android系统中用于描述进程的数据结构是ProcessRecord对象,AMS便是管理进程的核心模块。四大组件 (Activity,Service, BroadcastReceiver, ContentProvider)定义在AndroidManifest.xml文件, 每一项都可以用属性android:process指定所运行的进程。同一个app可以运行在通过一个进程,也可以运行在多个进程, 甚至多个app可以共享同一个进程。例如:AndroidManifest.xml中定义Service:

<service android:name =".GityuanService"  android:process =":remote" >  
    <intent-filter>  
       <action android:name ="com.action.gityuan" />  
    </intent-filter>  
</service>

GityuanService这个服务运行在remote进程。

2.1 进程关系图

以一幅图来展示AMS管理进程的相关成员变量以及ProcessRecord对象:

点击查看大图

process_record

2.2 进程与AMS的关联

这里只介绍AMS的进程相关的成员变量:

  1. mProcessNames:数据类型为ProcessMap,以进程名和userId为key来记录ProcessRecord;
    • 添加进程,addProcessNameLocked()
    • 删除进程,removeProcessNameLocked()
  2. mPidsSelfLocked: 数据类型为SparseArray,以进程pid为key来记录ProcessRecord;
    • startProcessLocked(),移除已存在进程,增加新创建进程pid信息;
    • removeProcessLocked,processStartTimedOutLocked,cleanUpApplicationRecordLocked移除进程;
  3. mLruProcesses:数据类型为ArrayList,以进程最近使用情况来排序记录ProcessRecord;
    • 其中第一个元素代表的便是最近最少使用的进程;
    • updateLruProcessLocked()更新进程队列位置;
  4. mRemovedProcesses:数据类型为ArrayList,记录所有需要强制移除的进程;
  5. mProcessesToGc:数据类型为ArrayList,记录系统进入idle状态需执行gc操作的进程;
  6. mPendingPssProcesses:数据类型为ArrayList,记录将要收集内存使用数据PSS的进程;
  7. mProcessesOnHold:数据类型为ArrayList,记录刚开机过程,系统还没与偶准备就绪的情况下, 所有需要启动的进程都放入到该队列;
  8. mPersistentStartingProcesses:数据类型ArrayList,正在启动的persistent进程;
  9. mHomeProcess: 记录包含home Activity所在的进程;
  10. mPreviousProcess:记录用户上一次刚访问的进程;其中mPreviousProcessVisibleTime记录上一个进程的用户访问时间;
  11. mProcessList: 数据类型ProcessList,用于进程管理,Adj常量定义位于该文件;

其中最为常见的是mProcessNames,mPidsSelfLocked,mLruProcesses这3个对象;

2.3 进程与组件的关联

系统AMS这边是由ProcessRecord对象记录进程,进程自身比较重要成员变量如下:

  1. processName:记录进程名,默认情况下进程名和该进程运行的第一个apk的包名是相同的,当然也可以自定义进程名;
  2. pid: 记录进程pid,该值在由进程创建时内核所分配的。
  3. thread:执行完attachApplicationLocked()方法,会把客户端进程ApplicationThread的binder服务的代理端传递到 AMS,并保持到ProcessRecord的成员变量thread;
    • ProcessRecord.makeActive,赋值;
    • ProcessRecord.makeInactive,清空;
  4. info:记录运行在该进程的第一个应用;
  5. pkgList: 记录运行在该进程中所有的包名,比如通过addPackage()添加;
  6. pkgDeps:记录该进程所依赖的包名,比如通过addPackageDependency()添加;
  7. lastActivityTime:每次updateLruProcessLocked()过程会更新该值;
  8. killedByAm:当值为true,意味着该进程是被AMS所杀,而非由于内存低而被LMK所杀;
  9. killed:当值为true,意味着该进程被杀,不论是AMS还是其他方式;
  10. waitingToKill:比如cleanUpRemovedTaskLocked()过程会赋值为”remove task”,当该进程处于后台且

任一组件都运行在某个进程,再来说说ProcessRecord对象中与组件的关联关系:

成员变量 说明 对应组件
activities 记录进程的ActivityRecord列表 Activity
services 记录进程的ActivityRecord列表 Service
executingServices 记录进程的正在执行的ActivityRecord列表 Service
connections 记录该进程bind的ConnectionRecord集合 Service
receivers 动态注册的广播接收者ReceiverList集合 Broadcast
curReceiver 当前正在处理的一个广播BroadcastRecord Broadcast
pubProviders 该进程发布的ContentProviderRecord的map表 ContentProvider
conProviders 该进程所请求的ContentProviderConnection列表 ContentProvider

说明:

  • connections:举例来说,进程A调用bindService()方法去bind远程进程B的Service。 此时会在进程A的ProcessRecord.connections添加一个ConnectionRecord.
  • pubProviders: 该进程所有对外发布的ContentProvider信息,这是是以ArrayMap形式保存,即 以provider的name为key,以ContentProviderRecord为value的键值对结构体。
  • conProviders: 当进程A调用query()的过程,会执行getContentProvider()方法去向进程B请求 provider的代理。此时会在进程A的ProcessRecord.conProviders添加一个ContentProviderConnection。

三. AMS的组件管理

组件启动,先填充完进程信息,接下来还需要完善组件本身的信息,各个组件在system_server的核心信息记录如下:

  • Service的信息记录在ActiveServices和AMS
  • Broadcast信息记录在BroadcastQueue和AMS
  • Activity信息记录在ActivityStack,ActivityStackSupervisor,以及AMS;
  • Provider信息记录在ProviderMap和AMS;

可见,AMS是整个四大组件最为核心的对象,所有组件都或多或少依赖该对象的数据结构信息。 关系图如下:点击查看大图

four_component

3.1 Activity

AMS对象

public final class ActivityManagerService extends ...{
    //当前聚焦的Activity
    ActivityRecord mFocusedActivity = null;
    //用于管理各个Activity栈
    final ActivityStackSupervisor mStackSupervisor;
}

ASS对象

public final class ActivityStackSupervisor implements DisplayListener {
    //桌面app所在栈
    ActivityStack mHomeStack;

    //当前可以接受Input事件,或许启动下一个Activity的栈
    ActivityStack mFocusedStack;

    //当该值等于mFocusedStack,代表当前栈顶的Activity已进入resumed状态;
    //当该值等于上一个旧栈时,代表正处理activity切换状态;
    private ActivityStack mLastFocusedStack;

    //在完成相应目标前,等待新的Activity成为可见的Activity列表
    final ArrayList<ActivityRecord> mWaitingVisibleActivities = new ArrayList<>();

    //等待找到下一个可见Activity的等待列表
    final ArrayList<IActivityManager.WaitResult> mWaitingActivityVisible = new ArrayList<>();

    //等待找到下一个已启动Activity的等待列表
    final ArrayList<IActivityManager.WaitResult> mWaitingActivityLaunched = new ArrayList<>();

    //等待上一个activity安置完成,则即将进入被stopped的Activity列表
    final ArrayList<ActivityRecord> mStoppingActivities = new ArrayList<>();

    //等待上一个activity安置完成,则即将进入被finished的Activity列表
    final ArrayList<ActivityRecord> mFinishingActivities = new ArrayList<>();

    //即将进入sleep状态的进程所对应的Activity列表
    final ArrayList<ActivityRecord> mGoingToSleepActivities = new ArrayList<>();
}

AS对象

final class ActivityStack{
    //记录该栈中所有的task
    private final ArrayList<TaskRecord> mTaskHistory = new ArrayList<>();

    //按LRU方式排序的Activity列表,队尾成员是最新活动的Activity
    final ArrayList<ActivityRecord> mLRUActivities = new ArrayList<>();

    //正在执行pausing过程的Activity
    ActivityRecord mPausingActivity = null;

    //已处于paused状态的Activity
    ActivityRecord mLastPausedActivity = null;

    //已处于Resumed状态的Activity
    ActivityRecord mResumedActivity = null;
}

3.2 Service

[-> ActiveServices.java]

public final class ActiveServices {
    //记录不同User下所有的Service信息
    final SparseArray<ServiceMap> mServiceMap = new SparseArray<>();

    //bind service的连接信息,以IServiceConnection的Bp端作为Keys
    final ArrayMap<IBinder, ArrayList<ConnectionRecord>> mServiceConnections = new ArrayMap<>();

    //已请求启动但尚未启动的Service列表
    final ArrayList<ServiceRecord> mPendingServices = new ArrayList<>();

    //crash后需要计划重启的Service列表
    final ArrayList<ServiceRecord> mRestartingServices = new ArrayList<>();

    //正在执行destroyed的service列表
    final ArrayList<ServiceRecord> mDestroyingServices = new ArrayList<>();
}

3.3 Broadcast

[-> ActivityManagerService.java]

public final class ActivityManagerService extends ...{
    //前台广播队列
    BroadcastQueue mFgBroadcastQueue;
    //后台广播队列
    BroadcastQueue mBgBroadcastQueue;
    //广播队列数组,也就是前台和后台广播队列
    final BroadcastQueue[] mBroadcastQueues = new BroadcastQueue[2];
    
    //粘性广播,[userId,action,ArrayList<Intent>]
    final SparseArray<ArrayMap<String, ArrayList<Intent>>> mStickyBroadcasts;
    
    //动态注册的广播接收者,其中key为客户端InnerReceiver的Bp端,value为ReceiverList
    final HashMap<IBinder, ReceiverList> mRegisteredReceivers = new HashMap<>();
    
    //从广播intent到已注册接收者的解析器
    final IntentResolver<BroadcastFilter, BroadcastFilter> mReceiverResolver;
}

[-> BroadcastQueue.java]

public final class BroadcastQueue{
    //并行广播列表
    final ArrayList<BroadcastRecord> mParallelBroadcasts = new ArrayList<>();
    //串行广播列表
    final ArrayList<BroadcastRecord> mOrderedBroadcasts = new ArrayList<>();
    
    //即将要处理的串行广播,等待目标进程创建完成。每个广播队列只有一个,其他必须等待该广播完成。
    BroadcastRecord mPendingBroadcast = null;
}

3.4 Provider

[-> ActivityManagerService.java]

public final class ActivityManagerService extends ...{
    //记录系统所有的provider信息
    final ProviderMap mProviderMap;
    
    //记录有client正在等待的provider列表,当provider发布完成则从该队列移除
    final ArrayList<ContentProviderRecord> mLaunchingProviders;
}

[-> ProviderMap.java]

public final class ProviderMap {
    //以provider名字(auth)为key的方式所记录的provider信息
    private final HashMap<String, ContentProviderRecord> mSingletonByName;
    //以provider组件名(ComponentName)为key的方式所记录的provider信息
    private final HashMap<ComponentName, ContentProviderRecord> mSingletonByClass;
    
    //记录不同UserId下的,以auth为key的方式所记录的provider信息
    private final SparseArray<HashMap<String, ContentProviderRecord>> mProvidersByNamePerUser;
    //记录不同UserId下的,以ComponentName为key的方式所记录的provider信息
    private final SparseArray<HashMap<ComponentName, ContentProviderRecord>> mProvidersByClassPerUser;
}

同一个provider组件名,可能对应多个provider名。

四. App端的组件信息

关系图如下:点击查看大图

client_component

App端的组件信息,都保存在ActivityThread和LoadedApk这两个对象,主要保存信息:

  • ActivityThread:记录provider, activity, service在客户端的相关信息;
  • LoadedApk: 记录动态注册的广播接收器,以及bind方式启动service在客户端的相关信息;

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