Android四大组件

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

[图片上传中...(image-dc86ea-1513257973227-2)]

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：

mProcessNames：数据类型为ProcessMap<processrecord style="box-sizing: border-box; user-select: text !important;">，以进程名和userId为key来记录ProcessRecord;</processrecord>
- 添加进程，addProcessNameLocked()
- 删除进程，removeProcessNameLocked()
mPidsSelfLocked: 数据类型为SparseArray<processrecord style="box-sizing: border-box; user-select: text !important;">，以进程pid为key来记录ProcessRecord;</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；
mLruProcesses：数据类型为ArrayList<processrecord style="box-sizing: border-box; user-select: text !important;">，以进程最近使用情况来排序记录ProcessRecord;</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；
mRemovedProcesses：数据类型为ArrayList<processrecord style="box-sizing: border-box; user-select: text !important;">，记录所有需要强制移除的进程；</processrecord>
mProcessesToGc：数据类型为ArrayList<processrecord style="box-sizing: border-box; user-select: text !important;">，记录系统进入idle状态需执行gc操作的进程；</processrecord>
mPendingPssProcesses：数据类型为ArrayList<processrecord style="box-sizing: border-box; user-select: text !important;">，记录将要收集内存使用数据PSS的进程；</processrecord>
mProcessesOnHold：数据类型为ArrayList<processrecord style="box-sizing: border-box; user-select: text !important;">，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；</processrecord>
mPersistentStartingProcesses：数据类型ArrayList<processrecord style="box-sizing: border-box; user-select: text !important;">，正在启动的persistent进程；</processrecord>
mHomeProcess: 记录包含home Activity所在的进程；
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；
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：

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；
pid: 记录进程pid，该值在由进程创建时内核所分配的。
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；
info：记录运行在该进程的第一个应用；
pkgList: 记录运行在该进程中所有的包名，比如通过addPackage()添加；
pkgDeps：记录该进程所依赖的包名，比如通过addPackageDependency()添加；
lastActivityTime：每次updateLruProcessLocked()过程会更新该值；
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；
killed：当值为true，意味着该进程被杀，不论是AMS还是其他方式；
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

[图片上传中...(image-5a3c91-1513257973227-1)]

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

[图片上传中...(image-6b8d58-1513257973227-0)]

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；