FrameWork的概述与启动过程

FrameWork框架

Framework定义了客户端组件和服务端组件功能及接口。以下阐述中，“应用程序”一般是指“.apk”程序。

框架中包含三个主要部分，分别为服务端、客户端和Linux驱动。

服务端

服务端主要包含两个重要类，分别是WindowManagerService（WmS）和ActivityManagerService
(AmS)。

WmS的作用是为所有的应用程序分配窗口，并管理这些窗口。包括分配窗口的大小，调节各窗口的叠放次序，隐藏或者显示窗口。

AmS的作用是管理所有应用程序中的Activity。

除此之外，在服务端还包括两个消息处理类。

KeyQ类：该类为WmS的内部类，继承于KeyInputQueue类，KeyQ对象一旦创建，就立即启动一个线程，该线程会不断地读取用户的UI操作消息，比如按键、触摸屏、trackball、鼠标等，并把这些消息放到一个消息队列QueueEvent类中。

InputDispatcherThread类：该类的对象一旦创建，也会立即启动一个线程，该线程会不断地从QueueEvent中取出用户消息，并进行一定的过滤，过滤后，再将这些消息发送给当前活动的客户端程序中。

客户端

客户端主要包括以下重要类。

ActivityThread类：该类为应用程序的主线程类，所有的APK程序都有且仅有一个ActivityThread类，程序的入口为该类中的static main()函数。
Activity类：该类为APK程序的一个最小运行单元，一个APK程序中可以包含多个Activity对象，ActivityThread主类会根据用户操作选择运行哪个Activity对象。
PhoneWindow类：该类继承于Window类，同时，PhoneWindow类内部包含了一个DecorView对象。简而言之，PhoneWindow是把一个FrameLayout进行了一定的包装，并提供了一组通用的窗口操作接口。
Window类：该类提供了一组通用的窗口（Window）操作API，这里的窗口仅仅是程序层面上的，WmS所管理的窗口并不是Window类，而是一个View或者ViewGroup类，一般就是指DecorView类，即一个DecorView就是WmS所管理的一个窗口。Window是一个abstract类型。
DecorView类：该类是一个FrameLayout的子类，并且是PhoneWindow中的一个内部类。Decor的英文是Decoration，即“修饰”的意思，DecorView就是对普通的FrameLayout进行了一定的修饰，比如添加一个通用的Title bar，并响应特定的按键消息等。
ViewRoot类：WmS管理客户端窗口时，需要通知客户端进行某种操作，这些都是通过异步消息完成的，实现的方式就是使用Handler，ViewRoot就是继承于Handler，其作用主要是接收WmS的通知。
W类：该类继承于Binder，并且是ViewRoot的一个内部类。
WindowManager类：客户端要申请创建一个窗口，而具体创建窗口的任务是由WmS完成的，WindowManager类就像是一个部门经理，谁有什么需求就告诉它，由它和WmS进行交互，客户端不能直接和WmS进行交互。

Linux驱动

Linux驱动和Framework相关的主要包含两部分，分别是SurfaceFlingger（SF）和Binder。每一个窗口都对应一个Surface，SF驱动的作用是把各个Surface显示在同一个屏幕上。

Binder驱动的作用是提供跨进程的消息传递。

APK程序的运行过程

public static final void main(String[] args) {
        SamplingProfilerIntegration.start();
 
        Process.setArgV0("<pre-initialized>");
 
        Looper.prepareMainLooper();
        if (sMainThreadHandler == null) {
            sMainThreadHandler = new Handler();
        }
 
        ActivityThread thread = new ActivityThread();
        thread.attach(false);
 
        if (false) {
            Looper.myLooper().setMessageLogging(new
                    LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
        }
 
        Looper.loop();
 
        if (Process.supportsProcesses()) {
            throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
        }
 
        thread.detach();
        String name = (thread.mInitialApplication != null)
            ? thread.mInitialApplication.getPackageName()
            : "<unknown>";
        Slog.i(TAG, "Main thread of " + name + " is now exiting");
    }

首先，ActivityThread从main()函数中开始执行，调用prepareMainLooper()为UI线程创建一个消息队列(MessageQueue)。

然后创建一个ActivityThread对象，在ActivityThread的初始化代码中会创建一个H（Handler）对象和一个ApplicationThread（Binder）对象。

其中Binder负责接收远程AmS的IPC调用，接收到调用后，则通过Handler把消息发送到消息队列，UI主线程会异步地从消息队列中取出消息并执行相应操作，比如start、stop、pause等。

    final ApplicationThread mAppThread = new ApplicationThread();
    final H mH = new H();

接着UI主线程调用Looper.loop()方法进入消息循环体，进入后就会不断地从消息队列中读取并处理消息。

当ActivityThread接收到AmS发送start某个Activity后，就会创建指定的Activity对象。Activity又会创建PhoneWindow类→DecorView类→创建相应的View或者ViewGroup。

创建完成后，Activity需要把创建好的界面显示到屏幕上，于是调用WindowManager类，后者于是创建一个ViewRoot对象，该对象实际上创建了ViewRoot类和W类，创建ViewRoot对象后，WindowManager再调用WmS提供的远程接口完成添加一个窗口并显示到屏幕上。

接下来，用户开始在程序界面上操作。KeyQ线程不断把用户消息存储到QueueEvent队列中，InputDispatcherThread线程逐个取出消息，然后调用WMS中的相应函数处理该消息。当WMS发现该消息属于客户端某个窗口时，就会调用相应窗口的W接口。

W类是一个Binder，负责接收WmS的IPC调用，并把调用消息传递给ViewRoot，ViewRoot再把消息传递给UI主线程ActivityThread，ActivityThread解析该消息并做相应的处理。

在客户端程序中，首先处理消息的是DecorView，如果DecorView不想处理某个消息，则可以将该消息传递给其内部包含的子View或者ViewGroup，如果还没有处理，则传递给PhoneWindow，最后再传递给Activity。

客户端中的线程

在多任务操作系统中，任何程序都运行在线程之中。系统首先会为客户端程序分配一个线程，然后该线程从程序的入口处开始执行。那么，请思考以下问题。

启动Android APK 时程序中都有哪些线程？

首先，很明确地讲，包含有Activity的客户端程序至少包含三个线程。每个Binder对象都对应一个线程，Activity启动后会创建一个ViewRoot.W对象，同时ActivityThread会创建一个ApplicationThread对象，这两个对象都继承于Binder，因此会启动两个线程，负责接收Linux Binder驱动发送IPC调用。最后一个主要线程也就是程序本身所在的线程，也叫做用户交互（UI）线程，因为所有的处理用户消息，以及绘制界面的工作都在该线程中完成。

private final class ApplicationThread extends ApplicationThreadNative { ... }
public abstract class ApplicationThreadNative extends Binder
        implements IApplicationThread { ... }

static class W extends IWindow.Stub { ... }

为了验证这一点，可以在Eclipse中新建一个Hello Android的程序，然后以debug的方式运行，在debug窗口中会看到如图所示的界面。
在这里插入图片描述

窗口相关的概念

在源码中，会经常提到以下概念，窗口、Window类、ViewRoot类以及W类，简单介绍这些概念的联系和区别。

窗口（不是指的Window类）：这是一个纯语义的说法，即程序员所看到的屏幕上的某个独立的界面，比如一个带有Title Bar的Activity界面、一个对话框、一个Menu菜单等，这些都称之为窗口。本书中所说的窗口管理一般也都泛指所有这些窗口，在Android的英文相关文章中则直接使用Window这个单词。而从WmS的角度来讲，窗口是接收用户消息的最小单元，WmS内部用特定的类表示一个窗口，以实现对窗口的管理。WmS接收到用户消息后，首先要判断这个消息属于哪个窗口，然后通过IPC调用把这个消息传递给客户端的ViewRoot类。
Window类：该类在android.view包中，是一个abstract类，该类抽象了“客户端窗口”的基本操作，并且定义了一组Callback接口，Activity类就是通过实现这个Callback接口以获得对消息处理的机会，因为消息最初是由WmS传递给View对象的。
ViewRoot类：该类在android.view包中，客户端申请创建窗口时需要一个客户端代理，用以和WmS进行交互，ViewRoot内部类W就是完成这个功能的。WmS所管理的每一个窗口都会对应一个ViewRoot类。
W类：该类是ViewRoot类的一个内部类，继承于Binder，用于向WmS提供一个IPC接口，从而让WmS控制窗口客户端的行为。

描述一个窗口之所以使用这么多类的原因在于，窗口的概念存在于客户端和服务端（WmS）之中，并且Framework又定义了一个Window类，这很容易让人产生混淆，实际上WmS所管理的窗口和Window类没有任何关系。

Framework（Android）的启动过程

Android启动过程包含从Linux内核加载到Home应用程序启动的整个过程。

1）Android是基于linux内核的系统平台，启动时，首先通过Bootloader（系统加载器），加载Linux内核。在Linux加载启动时，与普通的Linux启动过程相同，先初始化内核，然后调用init进程（Linux用户空间中第一个进程，是所有进程的父进程）。
2） Init进程启动Zygote。init进程启动. init进程主要来创建和挂载启动所需的文件目录，启动属性服务（类似于windows的注册表），启动Zygote进程。
3） Zygote(孵化器)进程的建立是真正的Android运行空间，Zygote孵化第一个进程SystemServer，SystemServer启动各种系统服务线程。

SystemServer进程在Android的运行环境中扮演了"神经中枢"的作用，APK应用中能够直接交互的大部分系统服务都在该进程中运行，常见的比如WindowManagerServer（WMS）、ActivityManagerSystemService（AMS）、PackageManagerServer（PMS）等，这些系统服务都是以一个线程的方式存在于SystemServer进程中。

SystemService会启动Binder线程池创建SystemServiceManage对系统服务的创建启动和生命周期进程管理，并启动各种java层系统服务，接着会调用WMS,AMS等服务的systemReady()完成启动.

4）当以上服务线程都启动后，AMS以systemReady调用完成最后启动，在ActivityManagerService的systemReady方法中调用startHomeActivityLocked来启动Action为Intent.ACTION_MAIN ，Category为Intent.CATEGORY_HOME的应用，也就是Launcher所配置的标签，启动第一个Activity。至此，Android系统的启动完成。