排版：Vincent Chau

前言：

百度一搜能找到很多讲APP启动流程的，但是往往要么就是太老旧（还是基于android6去分析的），要么就是不全（往往只讲了整个流程的一小部分）。所以我结合网上现有的文章，以及源码的阅读和调试，耗费了3整天的时间，力求写出一篇最完整，最详细，最通俗易懂的文章，来讲清楚在android上，APP是如何启动的。

一、APP启动流程概览

涉及到四个进程之间的通信，分别是Laucher进程（桌面APP），SystemServer进程（AMS所属进程），Zygote进程（系统和所有APP的创建进程），APP进程。

APP简要的启动流程是这样的：
1.Laucher进程会通过binder的方式通知SystemServer进程。

2.然后SystemServer进程中的AMS会查询对应的Activity栈信息，如果对应APP进程不存在则会加载占位图。然后通过socket的方式通知Zygote去创建APP进程。

3.APP进程创建后会执行main方法，然后通知AMS

4.AMS收到信息后会继续通知APP去创建Application，并且接下来会通知APP进程取拉起Activity。

5.APP进程依次收到通知后，会依次完成加载APK，初始化Application，执行Activtiy生命周期等操作。最终会把首屏展示出来。

流程图如下，建议双击放大后观看：

 接下来的几章，会按照上面的流程逐一拆解分析：

二、Launcher通知AMS启动APP

Launcher进程其实和普通APP是一样的，甚至我们可以把自己的APP设置为桌面APP。

2.1 Launcher获取到AMS的binder

而Launcher通知AMS的流程和正常APP也是一样的，通过ServiceManager获取到AMS的binder引用。这里提到了ServiceManager，其实ServiceManagerService也是单独的一个进程，其存储了所有APP所需要的binder引用。而且其地址是固定的，所以获取ServiceManager可以直接获取。

2.2 通知ActivityManagerService

Launcher通过上述获取到的binder通知到AMS，调用的方式是startActivityWithFeature。

而由于AMS实现了IActivityManager.Stub的实现，所以其startActivityWithFeature方法会收到launcher发过来的通知。

2.3 系统进程加载占位图

AMS中，会交由ActivityTaskManagerService去进行对应启动任务的处理。最终会交给ActivityStart进行处理。

ActivityStart中，首先会进行一个逻辑判断，如果进程不存在，则首先会加载APP中MainActivity的主题作为背景图，显示到屏幕上。这一步操作是发生在SystemServer进程的，APP进程还未创建。

android11开始支持启动动画，逻辑也是在这里处理的。

2.4 AMS进行启动操作

一个进程中会有多个任务栈，栈对应的是Task类。

一个任务栈中会有多个Activity对象，这个Activity对象在AMS中使用ActivityRecord记录。

这一块的具体逻辑，我会单独写一篇Activity的启动逻辑来进行描述。

这里暂时先简单描述下，如果AMS发现进程不存在，会去通知Zygote的进行进程fork就好，对应的fork逻辑在下一章。

三、Zygote创建APP进程

3.1 AMS中内部逻辑执行

ActivityTaskManagerService调用startProcessAsync方法会去负责创建APP进程，这是异步的，通过handler转发后最终会调用到LocalService.startProcess()方法。

然后会通知到ProcessList.startProcessLocked方法，这个方法中，会构造一个对象ProcessRecord对象，然后把各种信息添加到这个对象中。

接下来会调用到ProcessList.startProcessLocked这个方法，这个方法主要是负责把各种信息转换为runtimeFlags标记位，连同上面构造的ProcessRecord继续传入下一层。

最终通知到Process.start方法，然后交由ZygoteProcess.start方法，最终传递到startViaZygote方法。

3.2 请求参数拼接成字符串发送给Zygote

startViaZygote这个方法中，会把各种配置参数拼接为字符串。

最终在ZygoteProcess.attemptUsapSendArgsAndGetResult方法中，通过LocalSocket的方式把上面拼接的字符串内容传递给Zygote进程。并且从socket中读取返回值，返回值的PID>0则证明进程创建成功。

3.3 Zygote进程逻辑

在了解Zygote进程如何解析AMS发送过来的请求之前，我们先简单了解下Zygote进程创建后的一些基本逻辑。如下图：

一。Zygote进程创建后，最开始的入口是在C层，app_main.cpp文件的main方法（该进程由Init进程启动，这里就不扩展了），在main方法中会配置一些JVM的参数，这个和JAVA的虚拟机参数配置类似。最终会调用到AndroidRuntime.cpp中的start函数，去启动JVM虚拟机。

if(startVm(&mJavaVM,&env, zygote, primary_zygote)!=0){
return;
}

二。虚拟机创建之后，会通过native层反射找到main函数，并调用ZygoteInit类的main函数。

AndroidRumtime.cpp的start方法中：

if(startClass ==NULL){
        ALOGE("JavaVM unable to locate class '%s'\n", slashClassName);
/* keep going */
}else{
        jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass,"main",
"([Ljava/lang/String;)V");
if(startMeth ==NULL){
            ALOGE("JavaVM unable to find main() in '%s'\n", className);
/* keep going */
}else{
            env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);
#if0
if(env->ExceptionCheck())
                threadExitUncaughtException(env);
#endif
}
}

三。ZygoteInit类的main方法中，会做如下几件事：

第一步，把自身的进程ID设置为0，并且没有parent进程。

第二步，会进行一系列的初始化操作，比如加载native环境，加载JVM环境，加载系统类，加载系统资源等等。都在其preload方法中。

第三步，如果是首次执行，则会创建SystemServer进程。这也是Zygote进程的大儿子。AMS，WMS都属于SystemServer进程。

第四步，会创建zygoteServer对象，并且调用其runSelectLoop方法。监听socket不断的接传递过来的信息

第五步，Zygote进程的fork，其实是复制一个原原本本的自己。runSelectLoop方法中其实会去执行fork操作，这个后面会讲，我们这里只需要知道，执行到caller.run();这一句的时候，已经处于APP进程状态了。

publicstaticvoid main(String[] argv){
ZygoteServer zygoteServer =null;
// Mark zygote start. This ensures that thread creation will throw
// an error.
ZygoteHooks.startZygoteNoThreadCreation();
// Zygote goes into its own process group.
try{
Os.setpgid(0,0);
}catch(ErrnoException ex){
thrownewRuntimeException("Failed to setpgid(0,0)", ex);
}
...
if(!enableLazyPreload){
                bootTimingsTraceLog.traceBegin("ZygotePreload");
EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_START,
SystemClock.uptimeMillis());
//2.初始化操作
                preload(bootTimingsTraceLog);
EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_END,
SystemClock.uptimeMillis());
                bootTimingsTraceLog.traceEnd();// ZygotePreload
}
// Do an initial gc to clean upafter startup
            bootTimingsTraceLog.traceBegin("PostZygoteInitGC");
            gcAndFinalize();
            bootTimingsTraceLog.traceEnd();// PostZygoteInitGC
            bootTimingsTraceLog.traceEnd();// ZygoteInit
Zygote.initNativeState(isPrimaryZygote);
ZygoteHooks.stopZygoteNoThreadCreation();
            zygoteServer =newZygoteServer(isPrimaryZygote);
if(startSystemServer){
//3.首次启动时，会启动系统进程
Runnable r = forkSystemServer(abiList, zygoteSocketName, zygoteServer);
// {@code r ==null} in the parent (zygote) process, and {@code r !=null} in the
// child (system_server) process.
if(r !=null){
                    r.run();
return;
}
}
//4.启动无限循环监听socket
caller= zygoteServer.runSelectLoop(abiList);
}catch(Throwable ex){
Log.e(TAG,"System zygote died with fatal exception", ex);
throw ex;
}finally{
if(zygoteServer !=null){
                zygoteServer.closeServerSocket();
}
}
// We're in the child process and have exited the select loop. Proceed to execute the
// command.
if(caller!=null){
//5.这里的调用已经是在APP进程了，zygote进程永远不会执行到这里
caller.run();
}
}

3.4 收到通知后去fork产生APP进程

runSelectLoop方法中，会开启一个无限循环。如果收到了消息

如果收到了消息，则会调用ZygoteConnection.processCommand去处理。

Runnable runSelectLoop (String abiList){
//        ...
while(true){
//            ...
try{
ZygoteConnection connection = peers.get(pollIndex);
boolean multipleForksOK =!isUsapPoolEnabled()
&&ZygoteHooks.isIndefiniteThreadSuspensionSafe();
//收到消息，处理消息并且返回runnable。
finalRunnable command =
                            connection.processCommand(this, multipleForksOK);
// TODO (chriswailes): Is this extra check necessary?
if(mIsForkChild){
if(command ==null){
thrownewIllegalStateException("command == null");
}
//子进程执行，子进程的mIsForkChild会被设置为true，则返回command
return command;
}else{
//Zygote进程执行，则继续执行循环
//       ...
}
}
}
}

而在processCommand中，会解析收到的参数，最终调用Zygote.forkAndSpecialize去fork一个新进程。这个方法虽然只会调用一次，返回因为进程是拷贝的，所以实际上会有两次返回，返回两个pid。pid为0时为子进程，设置标记为子进程。反之仍就还是Zygote进程。

 pid =Zygote.forkAndSpecialize(parsedArgs.mUid, parsedArgs.mGid,
                            parsedArgs.mGids, parsedArgs.mRuntimeFlags, rlimits,
                            parsedArgs.mMountExternal, parsedArgs.mSeInfo, parsedArgs.mNiceName,
                            fdsToClose, fdsToIgnore, parsedArgs.mStartChildZygote,
                            parsedArgs.mInstructionSet, parsedArgs.mAppDataDir,
                            parsedArgs.mIsTopApp, parsedArgs.mPkgDataInfoList,
                            parsedArgs.mAllowlistedDataInfoList, parsedArgs.mBindMountAppDataDirs,
                            parsedArgs.mBindMountAppStorageDirs);
try{
if(pid ==0){
//in child
                            zygoteServer.setForkChild();
                            zygoteServer.closeServerSocket();
IoUtils.closeQuietly(serverPipeFd);
                            serverPipeFd =null;
return handleChildProc(parsedArgs, childPipeFd,
                                    parsedArgs.mStartChildZygote);
}else{
//In the parent. A pid <0 indicates a failure and will be handled in
// handleParentProc.
IoUtils.closeQuietly(childPipeFd);
                            childPipeFd =null;
                            handleParentProc(pid, serverPipeFd);
returnnull;
}
}finally{
IoUtils.closeQuietly(childPipeFd);
IoUtils.closeQuietly(serverPipeFd);
}

3.5 调用ActivityThread.main方法

调用到handleChildProc方法时，已经处于APP进程的状态。

该方法掉调用到ZygoteInit.zygoteInit()方法，相关代码如下：

publicstaticRunnablezygoteInit(int targetSdkVersion,long[] disabledCompatChanges,
String[] argv,ClassLoader classLoader){
...
RuntimeInit.redirectLogStreams();
RuntimeInit.commonInit();
ZygoteInit.nativeZygoteInit();
returnRuntimeInit.applicationInit(targetSdkVersion, disabledCompatChanges, argv,
                classLoader);
}

第一步，把System.out的输出重定向到Logcat中；

第二步，在commonInit方法中，设置Thread的UncaughtExceptionPreHandler和DefaultUncaughtExceptionHandler。用于应用发生异常时的处理，这里稍微扩展下，DefaultUncaughtExceptionHandler设置的是RuntimeInit.KillApplicationHandler，所以所有最终未处理的异常都会走到这个类中。

第三步，native中进行相关的初始化。

最后一步，做VM虚拟机的一些配置，然后就会调用findStaticMain方法。

接下来，我们看下findStaticMain方法：

protectedstaticRunnablefindStaticMain(String className,String[] argv,
ClassLoader classLoader){
Class<?> cl;
try{
            cl =Class.forName(className,true, classLoader);
}catch(ClassNotFoundException ex){
thrownewRuntimeException(
"Missing class when invoking static main "+ className,
                    ex);
}
Method m;
try{
            m = cl.getMethod("main",newClass[]{String[].class});
}catch(NoSuchMethodException ex){
thrownewRuntimeException(
"Missing static main on "+ className, ex);
}catch(SecurityException ex){
thrownewRuntimeException(
"Problem getting static main on "+ className, ex);
}
int modifiers = m.getModifiers();
if(!(Modifier.isStatic(modifiers)&&Modifier.isPublic(modifiers))){
thrownewRuntimeException(
"Main method is not public and static on "+ className);
}
/*
         * This throw gets caught in ZygoteInit.main(), which responds
         * by invoking the exception's run() method. This arrangement
         * clears up all the stack frames that were required in setting
         * up the process.
         */
returnnewMethodAndArgsCaller(m, argv);
}

这里只看到出现了main方法，并没有看到ActivityThread类的声明。所以，是如何最终选择启动类类中的main方法呢？其实原理很简单，这个方法中有一个className参数，这个其实就是ActivityThread类，它是通过socket传递过来的一个参数，其定义在ProcessList的startProcessLocked方法中

所以最后返回的其实是一个runnable接口实现类，而这个runnable中实现了调用ActivityThread中main方法的逻辑。

还记得3.3中Zygote创建后的逻辑吗？最后一句是调用 caller.run();

是的，这个caller就是最后返回的runnable接口实现类，去完成调用main方法的操作。

四、APP进程创建初始化操作

app进程初始化的操作比较简单，主要做了两件事，初始化looper，以及通知AMS。（注意，这里只是APP进程创建了，但是还没有加载APK中的任何类）

4.1 初始化MainLooper

调用main方法的线程，会被设置为主线程，Looper此时会开启无限循环。

main(){
//looper绑定主线程
Looper.prepareMainLooper();
//通知AMS
ActivityThread thread =newActivityThread();
    thread.attach(false, startSeq);
//looper开启无限循环读取消息
Looper.loop();
}

4.2 通知AMS

ActivityThread.attach方法中，实现逻辑也是比较简单的，直接通过binder通知AMS，并且把自身的binder（ApplicationThread）也传递给AMS。

finalIActivityManagermgr=ActivityManager.getService();
try{
                mgr.attachApplication(mAppThread, startSeq);
}catch(RemoteException ex){
throw ex.rethrowFromSystemServer();
}

这里AMS的binder是直接通过ServierManager的方式获取的。ServierManager存储了所有的binder引用，注册的形式，AMS在启动的时候去注册。

五、AMS通知APP进程进行各种生命周期操作

5.1 唤起APP初始化并拉起APP首屏

ActivityManagerService的attachApplication方法会收到APP传递过来的消息，然后交由attachApplicationLocked处理。

attachApplicationLocked中主要负责两件事：

1.通知APP进程进行初始化操作；

2.进行一些列操作，最终通知APP拉起指定的MainActivity。

说到这，问一个问题1，为什么明明是串行通知APP去执行的，而APP那边不会出现先加载Activity，再去初始化应用的情况呢？答案在下一小节。

@GuardedBy("this")
privateboolean attachApplicationLocked(@NonNullIApplicationThread thread,
int pid,int callingUid,long startSeq){
...
if(app.getIsolatedEntryPoint()!=null){
...
}elseif(instr2!=null){
//1通知APP进行初始化操作
                thread.bindApplication(processName, appInfo, providerList,
                        instr2.mClass,
                        profilerInfo, instr2.mArguments,
                        instr2.mWatcher,
                        instr2.mUiAutomationConnection, testMode,
                        mBinderTransactionTrackingEnabled, enableTrackAllocation,
                        isRestrictedBackupMode ||!normalMode, app.isPersistent(),
newConfiguration(app.getWindowProcessController().getConfiguration()),
                        app.getCompat(), getCommonServicesLocked(app.isolated),
                        mCoreSettingsObserver.getCoreSettingsLocked(),
                        buildSerial, autofillOptions, contentCaptureOptions,
                        app.getDisabledCompatChanges(), serializedSystemFontMap);
}else{
...
同上
}
...
// See if the top visible activity is waiting torunin this process...
if(normalMode){
try{
//拉起
                didSomething = mAtmInternal.attachApplication(app.getWindowProcessController());
}catch(Exception e){
Slog.wtf(TAG,"Exception thrown launching activities in "+ app, e);
                badApp =true;
}
}
...
returntrue;
}

5.2 APP进行初始化操作

ActivityThread中ApplicationThread的bindApplication会收到通知，通过handler交给主线程去处理。所以我们也就知道上面问题1的答案了，无论是初始化APP，还是拉起Activity，都是最终交给Handler切换到主线程处理的。所以哪怕初始化APP是耗时操作，拉起Activity的任务也得排队等到前面任务执行完了才能执行。

最终通过handler是交给handleBindApplciation去完成APP的初始化逻辑的。主要包含下面几个操作：

1.使用classLoader去加载APK中的DEX文件。

2.加载APK中的资源。

3.反射生成Application类，并调用其attachBaseApplication方法。

4.调用Application的onCreate方法。

@UnsupportedAppUsage
privatevoid handleBindApplication(AppBindDatadata){
//1.classLoader加载APK中的dex，并且加载APK的资源
finalContextImpl appContext =ContextImpl.createAppContext(this,data.info);
//Continue loading instrumentation.
//2.生成代理类
        mInstrumentation =newInstrumentation();
        mInstrumentation.basicInit(this);
// Allow disk access during application and provider setup. This could
//block processing ordered broadcasts, but later processing would
// probably endup doing the same disk access.
Application app;
//3.声明application
        app =data.info.makeApplication(data.restrictedBackupMode,null);
...
//4.调用Application的onCreate
        mInstrumentation.onCreate(data.instrumentationArgs);
}

onCreate创建完成后并不会通知AMS，因为activity的拉起操作和初始化Application在AMS中是串行的。

5.3 AMS中处理Activity启动逻辑

5.1中讲到attachApplicationLocked会最终通知APP去拉起Activity，那么整个流程是怎样的呢？

会执行下面这样的调用顺序。

ActivityManagerService.attachApplicationLocked->

ActivityTaskManagerService.LocalService.attachApplication->

RootWindowContainer.attachApplication->

RootWindowContainer.startActivityForAttachedApplicationIfNeeded->

ActivityTaskSupervisor.realStartActivityLocked

到了realStartActivityLocked这一步，正好对应2.4所讲的。APP进程存在的也会调用这个方法，而不存在则先创建进程，最终也会执行到这一步。

realStartActivityLocked中创建Activity的生命周期事务，最终通过ClientLifecycleManager.scheduleTransaction通过binder发送到APP进程的ApplicationThread.scheduleTransaction方法中，则AMS流程就完成了。

5.4 APP完成Activity的启动

生命周期事务是安卓8.0之后出现的，简单来说就是之前的模式是：

AMS发一个协商好消息，APP收到后，根据消息内存来决定自己去做操作；

而事务模式下，AMS发送一系列事务到APP进程，APP收到后，直接去执行这一系列的事务。而这些事务就是activity的生命周期调用。