永恒的码流

万物皆流，无物常驻

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说明

参考闹钟服务编写一个HelloWorldService服务，功能为打印字符串”Hello, World!”，然后基于编译后的系统，编写APP使用该服务。

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闹钟服务相关接口和类
- /frameworks/base/core/java/android/app/IAlarmManager.aidl  接口定义
- out/soong/.intermediates/frameworks/base/framemwork/android_common/
  gen/aidl/frameworks/base/core/java/android/app/IAlarmManager.java  自动生成的接口以及Stub、Proxy
- /frameworks/base/services/core/java/com/android/server/AlarmManagerService.java  服务实现
- /frameworks/base/core/java/android/app/AlarmManager.java  客户端使用的服务代理

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说明

Android服务框架包括Java服务框架（Java层）和本地服务框架（C++层），两层通过JNI交互。

代码分析版本：Android 10

框架概览

静态分层结构

说明：Android服务框架可分为四层

  1. 服务层：包含特定功能函数的服务层。IFooService规定服务提供的函数，继承IInterface；FooManager引用IFooService；FooService继承Binder和IFooService。
  2. RPC层：客户端生成RPC代码和数据，服务端根据RPC代码查找对应函数并传递RPC数据。IFooService.Stub.Proxy持有BinderProxy引用，BinderProxy由用户检索服务时获得。IFooService.Stub为抽象类，由FooService或其成员实现。
  3. IPC层：将RPC代码和数据封装为Binder IPC数据，并传递给Binder Driver。
  4. Binder Driver层：根据Binder IPC数据查找指定服务并返回。
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本文主要探讨如何在子线程中不通过Handler而直接更新主线程的UI的问题，仅探讨。

问题场景

之前被问到一个问题：如何在子线程中不通过Handler而直接更新主线程的UI，比如在主线程创建的TextView，如何在子线程直接调用setText()方法更新文本？实例代码如下：

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public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    private TextView tv1;
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        tv1 = findViewById(R.id.tv_hw);
        tv1.setOnClickListener(v -> new Thread(() -> {
            tv1.setText("子线程刷新UI");
        }).start());
    }
}

直接运行上述代码会导致程序崩溃，调用栈如下：

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E/AndroidRuntime: FATAL EXCEPTION: Thread-2
    Process: com.xxx.viewsettextdemo, PID: 4387
    android.view.ViewRootImpl$CalledFromWrongThreadException: Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views.
        at android.view.ViewRootImpl.checkThread(ViewRootImpl.java:8191)
        at android.view.ViewRootImpl.requestLayout(ViewRootImpl.java:1420)
        at android.view.View.requestLayout(View.java:24469)
        at android.view.View.requestLayout(View.java:24469)
        at android.view.View.requestLayout(View.java:24469)
        at android.view.View.requestLayout(View.java:24469)
        at android.view.View.requestLayout(View.java:24469)
        at android.view.View.requestLayout(View.java:24469)
        at androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout.requestLayout(ConstraintLayout.java:3146)
        at android.view.View.requestLayout(View.java:24469)
        at android.widget.TextView.checkForRelayout(TextView.java:9681)
        at android.widget.TextView.setText(TextView.java:6269)
        at android.widget.TextView.setText(TextView.java:6097)
        at android.widget.TextView.setText(TextView.java:6049)
        at com.xxx.viewsettextdemo.MainActivity.lambda$onCreate$0$MainActivity(MainActivity.java:22)
        at com.xxx.viewsettextdemo.-$$Lambda$MainActivity$_uRJsNnQ0-zyKYjBJhwoyKb6E_I.run(Unknown Source:2)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:919)

有什么方法，保证程序不崩溃且能够更新UI？

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简介

Android 开机流程，即从用户按开机键到Launcher启动完成这一整个流程。由于Android 系统基于 Linux，因此整个启动流程会包括Linux的启动流程。

Android启动流程，大致分为六个阶段，如下所示：

android-start-flow-1

  • Boot ROM。用于加载并执行Boot Loader。Android 设备上电后，开始执行固化在 CPU芯片里的 Boot ROM 中的预设代码，程序将 Boot Loader 代码加载到 ROM 中。这一步由芯片厂商负责设计和实现。
  • Boot Loader。用于将系统代码加载到 RAM 中。具体功能有：检查 RAM、初始化系统的硬件参数等功能，找到 Linux kernel 的代码，设置启动参数，并最终加载到RAM中。
  • Kernel。Linux 内核开始启动，初始化各种软硬件环境、加载驱动程序、挂载根文件系统、并执行 init 程序，由此开启 Android 的世界。
  • Init。Init 进程负责启动Android系统关键的几个核心进程，其中最关键的是Zygote 进程，Zygote 进程中创建了 ART 或 Dalvik 虚拟机。
  • Zygote。Zygote 是 Android 系统的启动进程，Zygote 会启动 System Servers。
  • System Servers。是Android系统的核心，负责启动和管理整个Java FrameWork，包含ActivityManagerService， WorkManagerService，PagerManagerService，PowerManagerService等服务。

待服务启动完后，系统开始启动 APP。

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当我们调用TextView.setTextColor()之后，UI就会更新，这一过程是怎样的？本文通过较完整的视图绘制流程分析Android的图形系统。

这里的绘制流程是指UI从数据更改触发到最终更新的流程。

代码基于Android 10。

概述

对于Android图形系统，可以这样理解：App中我们见到状态栏、Activity界面、弹窗等都是一个个窗口，对应App端的Window和服务端的WindowState；每个窗口包含多个控件，对应View和ViewGroup；每个窗口独占单独的画布，对应Surface（持有Canvas）；多个画布内容通过SurfaceFlinger合成一帧画面，最后通过显示设备输出。

说得比较粗糙，实际情况较复杂，待以后优化 TODO

简单的对应关系如图：

wms-client-server-ui

Window和WindowState都间接持有Surface的引用，WindowState持有与SurfaceFlinger的连接Session。可通俗理解为，多个View控件构成一个Surface内容，多个Surface内容通过SurfaceFlinger合成为一帧最终输出的图像。

下面以具体代码来分析Android图形系统，分析TextView.setTextColor()从调用到UI更新的调用链流程，可分为：

  • 准备阶段：计算脏区位置和宽高（Dirty Rect，就是待更新区域）、测量、布局，之后调用ViewRootImpl.performDraw()尝试硬件绘制，不能或不成功则进行软件绘制。
  • 绘制操作：区分软件绘制和硬件绘制，绘制数据有所差别，但最终都是将绘制数据填充到GraphicBuffer，通知SurfaceFlinger进行合成。
  • 合成展示：SurfaceFlinger利用硬件(OpenGL 和 HardWare Composer)将 GraphicBuffer 数据合成并交给Display Buffer去显示。

整个流程如下：

android-draw-total-flow

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说明

JNI，即Java本地接口（Java Native Interface），允许Java代码与C/C++等本地语言编写的代码进行交互操作。

JNI提供的接口声明位于：<JDK_HOME>/include/jni.h中

注意：JNI是Java的特性而非Android独有特性，只因为Android使用了Java语言，因此可以利用JNI的功能。

基本原理

Java虚拟机利用函数原型将Java声明的本地方法与运行库中的C函数通过函数映射表对应起来，这样Java代码就能与C/C++代码交互。

函数原型（英语：Function prototype）或函数接口（英语：Function interface）是用于指定函数的名称和类型签名（元数，参数的数据类型和返回值类型）的一种省略了函数体的函数声明。

思考一：Java虚拟机作为桥梁。Java代码和C/C++本地代码运行环境不一样，因此不能直接交互，而Java代码的容器Java虚拟机是C/C++代码编写的，因此可以使用Java虚拟机作为桥梁将Java代码和C/C++本地代码联系起来。

思考二：为什么用函数原型？Java方法和C/C++函数是不一样的，但它们可以在函数原型上变为一致，都有名称和签名，因此可以使用函数原型建立映射关系。

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我们在Activity.onCreate()方法里调用setContentView()方法后，待Activity处于RESUME状态时就会呈现视图。这一过程涉及到Activity的启动以及视图的创建和绘制，那么Activity是如何与视图(Window、View)产生联系或绑定在一起的？

概述

流程关键节点：

  • 启动Activity。Activity.startActivity()。
  • 创建窗口。Activity启动流程中会调用ActivityThread.performLaunchActivity()方法，该方法内部通过Activity.attach()方法创建PhoneWindow实例，并与Activity绑定。
  • 创建视图树。ActivityThread.performLaunchActivity()方法中待创建PhoneWindow后，接着会执行Instrumentation.callActivityOnCreate()、Activity.onCreate(), 最终会调用Activity.setContentView()解析视图树并与Window绑定。
  • 绘制视图。在Activity启动流程的方法ActivityStackSupervisor.realStartActivityLocked()中会依次添加Launch和Resume事务，待执行完ActivityThread.performLaunchActivity()等Launch方法后，会接着执行ActivityThread.handleResumeActivity()等Resume方法，该方法内部通过WindowManager.addView()方法绘制视图呈现UI。

简略时序图如下：

经过上面的流程，最终在App中视图相关的各类对象间关系为：

  • Activity持有PhoneWindow引用，PhoneWindow持有视图树根节点DecorView引用，DecorView对象又持有抽象根节点ViewRootImpl。
  • ViewRootImpl由WindowManagerGlobal创建和管理，而它自身管理视图树的绘制。
  • ViewRootImpl通过Session与WindowManagerService建立联系，由服务端管理窗口。
  • Activity、PhoneWindow、DecorView、ViewRootImpl、Session和WindowState是一一对应关系。
  • WindowManagerGlobal为单例，App进程全局唯一。

上面的箭头表示有联系，直接持有引用或间接联系。

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前言

基于Android 10 源码 。Activity启动分为两种：

  • 普通Activity启动：APP已经启动，一般在APP内从一个Activity启动另一个Activity。
  • 根Activity启动：也称为APP冷启动，App还没有启动，一般从Launcher界面启动。

两者主流程基本一致，区别在于根Activity启动流程还包含启动APP进程和实例化Application的流程。

普通Activity启动流程

流程概述

分析方法Activity.startActivity() 到Activity.onCreate()的流程，流程图如下。

aosp10-activity-start-create

流程说明：

  1. 客户端发起启动Activity请求。客户端里的Activity通过Instrumentation.execStartActivity()请求服务端的ATMS启动Activity。
  2. 服务端完成Intent解析和数据、权限、状态等检查的准备工作。ATMS通过ActivityStarter、ActivityStack、ActivityStackSupervisor等完成Intent解析、检查等准备工作，并将数据传递给客户端的ApplicationThread，请求后者完成剩余启动工作。
  3. 客户端完成Activity的创建、数据绑定、onCreate回调等工作。ApplicationThread通过ActivityThread将数据传到其主线程的Handler中进行处理，完成Activity的创建、数据绑定和onCreate回调等工作。
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说明

基于Ubuntu 20.04编译AOSP里的Android 10系统，并烧录进Pixel 2实机设备里。

烧录指将编译后的系统文件刷入实机或模拟器中

也适用Ubuntu18.4，不一致的地方会做说明，主要是python版本有差异。

应该说AOSP官网对整个流程都有描述，但有些地方可能说得不够清楚明白，为避免不常编译系统的开发者少走弯路，故有此总结。另外需要说明的是，优先看官网文档，官网有不清楚地方再看其他资料比如本文。

AOSP官网有两个，国际版本和国内版本，内容一致，但国内版本速度较快些。

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前言

内存泄漏：对于Java来说，就是new出来的对象无法被GC回收。内存泄漏发生时的主要表现为内存抖动，可用内存慢慢变少。

https://pic3.zhimg.com/80/v2-4483280b8b2bab984b40251648f92222_720w.png

在Android中，造成内存泄漏的情形有：

  1. 使用全局静态变量持有Activity的强引用，而没有及时清空。
  2. 活在Activity生命周期之外的对象或线程，持有Activity的强引用，而没有及时清空。
  3. 忘记释放资源，比如忘记关闭Cursor，或忘记反注册传感器等。
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