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Android 面试| Activity的创建启动流程

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一. 概述

startActivity的整体流程与startService启动过程分析非常相近，但比Service启动更为复杂，多了stack/task以及UI的相关内容以及Activity的生命周期更为丰富。Activity启动发起后，通过Binder最终交由system进程中的AMS来完成。

在开始解释之前，先说一下ActivityRecord和ActivityStack是两个非常重要的概念，它们是系统管理Activity生命周期和状态的关键数据结构。下面简要介绍这两个概念：

ActivityRecord

ActivityRecord是Android系统中用于表示每个Activity的一个数据结构。它包含了Activity的所有信息和状态，例如：

  • Activity的类名：Activity的Java类，用于系统创建实例。
  • Intent：启动Activity时传递的Intent对象，包含了启动Activity的目的和传递的数据。
  • 任务栈（TaskRecord）的引用：Activity所属的任务栈，表示Activity在多任务视图中的位置。
  • 窗口令牌（Window Token）：用于与WindowManager通信，创建和管理Activity的窗口。
  • 生命周期状态：记录Activity当前所处的生命周期状态，如运行（RESUMED）、暂停（PAUSED）、停止（STOPPED）等。
  • 配置更改信息：Activity在配置更改（如屏幕旋转）时的状态和数据。

ActivityRecord是ActivityManagerService（AMS）用来跟踪和管理Activity的主要数据载体。当一个新的Activity被启动时，系统会查找是否存在对应的ActivityRecord，如果不存在，则创建一个新的ActivityRecord，并将其与Activity实例关联。

ActivityStack

ActivityStack是Android系统中用于管理一组Activity的数据结构，它代表了Activity的栈式结构。每个ActivityStack包含了一系列的ActivityRecord，这些Activity按照它们被创建的顺序排列，后进先出（LIFO）的原则进行管理。

  • 栈顶（Top Activity）：当前正在与用户交互的Activity位于栈顶。
  • 栈内其他Activity：其他Activity按照它们被启动的顺序依次存放在栈中。
  • 任务栈（Task）：一个ActivityStack可以代表一个任务，任务是一组Activity的集合，用户可以在多任务视图中切换不同的任务。

ActivityStack允许系统有效地管理Activity的生命周期和状态，支持Activity之间的切换、返回操作以及配置更改时的状态恢复。当用户离开当前Activity时，系统会将其下推到ActivityStack中，而新的Activity则被放置在栈顶。当用户返回时，系统会将Activity从栈顶弹出，并恢复其之前的状态。

通过ActivityRecord和ActivityStack，Android系统能够灵活地管理多个Activity及其状态，提供流畅的多任务操作体验。

Activity启动流程

好，了解完了两个Activity在启动流程中比较重要的概念以后，我们再开始看Activity的启动流程，下面我以伪代码的形式解释启动的过程和几个关键方法：

// 初始化：系统启动时，ActivityManagerService(AMS) 会被启动并初始化
function main() {
    // 1. 用户点击应用图标或者系统需要启动Activity时，调用startActivity()方法
    intent = createIntent(activityName, action, dataUri, ...);
    options = createActivityOptions(if any);
    resultCode = -1; // 默认没有结果码
    resultData = null; // 默认没有结果数据
    startActivity(intent, options, resultCode, resultData);
}

// 2. AMS接收到startActivity请求后，根据Intent找到对应的ActivityRecord，并进行调度
function startActivity(intent, options, resultCode, resultData) {
    ActivityRecord = findActivityRecord(intent);
    if (ActivityRecord == null) {
        // 如果ActivityRecord不存在，需要创建新的ActivityStack
        activityStack = createNewActivityStack();
        ActivityRecord = createActivityRecord(intent, activityStack);
    }
    
    // 3. AMS将ActivityRecord添加到ActivityStack中，并开始启动流程
    addActivityToStack(ActivityRecord, activityStack);
    startActivityInStack(ActivityRecord, options);
    
    // 4. AMS通知WindowManagerService(WMS)创建Activity的窗口
    window = createWindowForActivity(ActivityRecord);
    WindowManagerService.addWindow(window);
    
    // 5. AMS将Activity的状态更新为RESUMED，表示Activity已经准备好并可以与用户交互
    updateActivityState(ActivityRecord, STATE_RESUMED);
}

// 6. ActivityThread在收到startActivity请求后，通过Binder调用Activity的onCreate()等生命周期方法
function onCreate(ActivityRecord) {
    // 初始化Activity的成员变量，设置布局等
    setupActivity();
    
    // 调用Activity的onStart()方法，Activity进入STARTED状态
    onStart(ActivityRecord);
    
    // 最后调用Activity的onResume()方法，Activity进入RESUMED状态，可以与用户交互
    onResume(ActivityRecord);
}

// 7. 用户与Activity交互结束后，可以选择调用finish()方法结束Activity
function finish() {
    // 调用Activity的onPause()方法，Activity从RESUMED状态变为PAUSED状态
    onPause(ActivityRecord);
    
    // 移除Activity窗口
    removeWindow(WindowManagerService.getWindowForActivity(ActivityRecord));
    
    // 更新Activity状态为FINISHED
    updateActivityState(ActivityRecord, STATE_FINISHED);
    
    // 如果有设置结果码或数据，通过结果Intent返回给调用者
    if (resultCode != -1 || resultData != null) {
        sendResult(resultCode, resultData);
    }
    
    // 从ActivityStack中移除ActivityRecord
    removeActivityFromStack(ActivityRecord);
}

// 8. 如果Activity被系统销毁，会调用onDestroy()方法
function onDestroy(ActivityRecord) {
    // 清理资源，如关闭数据库连接，停止动画等
    cleanUpResources();
}

Android 面试| Activity的创建启动流程 启动流程：

  1. 点击桌面App图标，Launcher进程采用Binder IPC向system_server进程发起startActivity请求；
  2. system_server进程接收到请求后，向zygote进程发送创建进程的请求；
  3. Zygote进程fork出新的子进程，即App进程；
  4. App进程，通过Binder IPC向sytem_server进程发起attachApplication请求；
  5. system_server进程在收到请求后，进行一系列准备工作后，再通过binder IPC向App进程发送scheduleLaunchActivity请求；
  6. App进程的binder线程（ApplicationThread）在收到请求后，通过handler向主线程发送LAUNCH_ACTIVITY消息；
  7. 主线程在收到Message后，通过发射机制创建目标Activity，并回调Activity.onCreate()等方法。

到此，App便正式启动，开始进入Activity生命周期，执行完onCreate/onStart/onResume方法，UI渲染结束后便可以看到App的主界面

Launch Mode

这里展开简单说说ActivityInfo.java中定义了4类Launch Mode：

LAUNCH_MULTIPLE(standard)：每次启动新Activity，都会创建新的Activity，这是最常见标准情形；

LAUNCH_SINGLE_TOP(SingleTop): 当启动新Acitity，在栈顶存在相同Activity，则不会创建新Activity；其余情况同上；比较常见的场景就是给前台通知跳转的Activity设置，因为你肯定不会想前台Activity已经是该Activity的情况下，点击通知，又给你再创建一个同样的Activity。

LAUNCH_SINGLE_TASK(SingleTask)：当启动新Acitity，在栈中存在相同Activity(可以是不在栈顶)，则不会创建新Activity，而是移除该Activity之上的所有Activity；其余情况同上；常见于跳转到主界面。

LAUNCH_SINGLE_INSTANCE(SingleInstance)：每个Task栈只有一个Activity，其余情况同上。常见于初始化界面，预览页；

再来说说几个常见的Intent flag含义：

  • FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK：将Activity放入一个新启动的Task；
  • FLAG_ACTIVITY_CLEAR_TASK：启动Activity时，将目标Activity关联的Task清除，再启动新Task，将该Activity放入该Task。该flags跟FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK配合使用。
  • FLAG_ACTIVITY_CLEAR_TOP：启动非栈顶Activity时，先清除该Activity之上的Activity。例如Task已有A、B、C3个Activity，启动A，则清除B，C。类似于SingleTop。
//源码剖析， 分析android Activity启动流程，相关源码：
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/
  - ActivityManagerService.java
  - ActivityStackSupervisor.java
  - ActivityStack.java
  - ActivityRecord.java
  - ProcessRecord.java

frameworks/base/core/java/android/app/
  - IActivityManager.java
  - ActivityManagerNative.java (内含AMP)
  - ActivityManager.java

  - IApplicationThread.java
  - ApplicationThreadNative.java (内含ATP)
  - ActivityThread.java (内含ApplicationThread)

  - ContextImpl.java

启动Activity较为复杂，后续计划再进一步讲解生命周期过程与系统是如何交互，以及UI渲染过程，敬请期待。

以后每两天之内更新一道Android常见的面试题，以自己的角度去通俗简单易懂形式去说，不深入源码但讲基本原理，以伪代码为核心；如果你比较想问什么问题，可以评论。