在编写Android应用程序时,我们一般将一些计算型的逻辑放在一个独立的进程来处理,这样主进程仍然可以流畅地响应界面事件,提高用户体验。Android系统为我们提供了一个Service类,我们可以实现一个以Service为基类的服务子类,在里面实现自己的计算型逻辑,然后在主进程通过startService函数来启动这个服务。在本文中,将详细分析主进程是如何通过startService函数来在新进程中启动自定义服务的。

        在主进程调用startService函数时,会通过Binder进程间通信机制来通知ActivitManagerService来创建新进程,并且启动指定的服务。在Android系统中,Binder进程间通信机制使用非常广泛,因此,希望读者在继续阅读下面的内容之前,对Android系统和Binder进程间通信机制有一定的了解,具体可以参考前面Android进程间通信(IPC)机制Binder简要介绍和学习计划一文。

        关于startService的具体用法,可以参考前面Android系统匿名共享内存Ashmem(Anonymous Shared Memory)简要介绍和学习计划一文中用到的实例,它是Activity类的一个成员函数:

  1. package shy.luo.ashmem;  
  2.  
  3. ......  
  4.  
  5. public class Client extends Activity implements OnClickListener {  
  6.     ......  
  7.     IMemoryService memoryService = null;  
  8.     ......  
  9.  
  10.     @Override  
  11.     public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  
  12.         ......  
  13.  
  14.         IMemoryService ms = getMemoryService();  
  15.         if(ms == null) {          
  16.             startService(new Intent("shy.luo.ashmem.server"));  
  17.         } else {  
  18.             Log.i(LOG_TAG, "Memory Service has started.");  
  19.         }  
  20.  
  21.         ......  
  22.  
  23.         Log.i(LOG_TAG, "Client Activity Created.");  
  24.     }  
  25.  
  26.     ......  

 

 

        这里的“shy.luo.ashmem.server”是在程序配置文件AndroidManifest.xml配置的Service的名字,用来告诉Android系统它所要启动的服务的名字:

  1. <manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" 
  2.     package="shy.luo.ashmem" 
  3.     android:sharedUserId="android.uid.system" 
  4.     android:versionCode="1" 
  5.     android:versionName="1.0">  
  6.         <application android:icon="@drawable/icon" android:label="@string/app_name">  
  7.             ......  
  8.             <service   
  9.                 android:enabled="true"   
  10.                 android:name=".Server" 
  11.                 android:process=".Server" >  
  12.                     <intent-filter>  
  13.                         <action android:name="shy.luo.ashmem.server"/>  
  14.                         <category android:name="android.intent.category.DEFAULT"/>  
  15.                     </intent-filter>  
  16.             </service>  
  17.         </application>  
  18. </manifest>  

         这里,名字“shy.luo.ashmem.server”对应的服务类为shy.luo.ashmem.Server,下面语句:

  1. startService(new Intent("shy.luo.ashmem.server")); 

         就表示要在一个新的进程中启动shy.luo.ashmem.Server这个服务类,它必须继承于Android平台提供的Service类:

  1. package shy.luo.ashmem;  
  2.  
  3. ......  
  4.  
  5. public class Server extends Service {  
  6.       
  7.     ......  
  8.  
  9.     @Override  
  10.     public IBinder onBind(Intent intent) {  
  11.             return null;  
  12.     }  
  13.  
  14.     @Override  
  15.     public void onCreate() {  
  16.         ......  
  17.  
  18.     }  
  19.  
  20.     ......  

        下面,我们来看看Activity类中的startService成员函数是如何实现的。

 

        先来看看Activity的类图:

        从图中可以看出,Activity继承了ContextWrapper类,而在ContextWrapper类中,实现了startService函数。在ContextWrapper类中,有一个成员变量mBase,它是一个ContextImpl实例,而ContextImpl类和ContextWrapper类一样继承于Context类,ContextWrapper类的startService函数最终过调用ContextImpl类的startService函数来实现。这种类设计方法在设计模式里面,就称之为装饰模式(Decorator),或者包装模式(Wrapper)。

        在ContextImpl类的startService类,最终又调用了ActivityManagerProxy类的startService来实现启动服务的操作,看到这里的Proxy关键字,回忆一下前面Android系统进程间通信Binder机制在应用程序框架层的Java接口源代码分析这篇文章,就会知道ActivityManagerProxy是一个Binder对象的远程接口了,而这个Binder对象就是我们前面所说的ActivityManagerService了。

        这个ActivityManagerService类实现在frameworks/base/services/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java文件中,它是Binder进程间通信机制中的Server角色,它是随机启动的。随机启动的Server是在frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java文件里面进行启动的,我们来看一下ActivityManagerService启动相关的代码:
 

  1. class ServerThread extends Thread {  
  2.       
  3.     ......  
  4.  
  5.     @Override  
  6.     public void run() {  
  7.  
  8.         ......  
  9.  
  10.         // Critical services...  
  11.         try {  
  12.  
  13.             ......  
  14.  
  15.             context = ActivityManagerService.main(factoryTest);  
  16.  
  17.             ......  
  18.  
  19.             ActivityManagerService.setSystemProcess();  
  20.  
  21.             ......  
  22.           
  23.         } catch (RuntimeException e) {  
  24.             Slog.e("System""Failure starting core service", e);  
  25.         }  
  26.  
  27.         ......  
  28.       
  29.     }  
  30.  
  31.     ......  
  32.  

          首先是调用ActivityManagerService.main函数来创建一个ActivityManagerService实例,然后通过调用ActivityManagerService.setSystemProcess函数把这个Binder实例添加Binder进程间通信机制的守护进程ServiceManager中去:

  1. public final class ActivityManagerService extends ActivityManagerNative  
  2.         implements Watchdog.Monitor, BatteryStatsImpl.BatteryCallback {  
  3.  
  4.     ......  
  5.  
  6.     static ActivityManagerService mSelf;  
  7.  
  8.     ......  
  9.  
  10.     public static void setSystemProcess() {  
  11.         try {  
  12.             ActivityManagerService m = mSelf;  
  13.  
  14.             ServiceManager.addService("activity", m);  
  15.               
  16.             ......  
  17.  
  18.         } catch (PackageManager.NameNotFoundException e) {  
  19.             ......  
  20.         }  
  21.     }  
  22.  
  23.     ......  
  24.  
  25.     public static final Context main(int factoryTest) {  
  26.           
  27.         ......  
  28.  
  29.         ActivityManagerService m = thr.mService;  
  30.         mSelf = m;  
  31.  
  32.         ......  
  33.  
  34.     }  

         这样,ActivityManagerService就启动起来了。
 

 

         回到ActivityManagerProxy类的startService函数中,它定义在frameworks/base/core/java/android/app/ActivityManagerNative.java文件中:

  1. class ActivityManagerProxy implements IActivityManager  
  2. {  
  3.     ......  
  4.  
  5.     public ComponentName startService(IApplicationThread caller, Intent service,  
  6.         String resolvedType) throws RemoteException  
  7.     {  
  8.         Parcel data = Parcel.obtain();  
  9.         Parcel reply = Parcel.obtain();  
  10.         data.writeInterfaceToken(IActivityManager.descriptor);  
  11.         data.writeStrongBinder(caller != null ? caller.asBinder() : null);  
  12.         service.writeToParcel(data, 0);  
  13.         data.writeString(resolvedType);  
  14.         mRemote.transact(START_SERVICE_TRANSACTION, data, reply, 0);  
  15.         reply.readException();  
  16.         ComponentName res = ComponentName.readFromParcel(reply);  
  17.         data.recycle();  
  18.         reply.recycle();  
  19.         return res;  
  20.     }  
  21.  
  22.     ......  

         参数service是一个Intent实例,它里面指定了要启动的服务的名称,就是前面我们所说的“shy.luo.ashmem.server”了。

 

         参数caller是一个IApplicationThread实例,它是一个在主进程创建的一个Binder对象。在Android应用程序中,每一个进程都用一个ActivityThread实例来表示,而在ActivityThread类中,有一个成员变量mAppThread,它是一个ApplicationThread实例,实现了IApplicationThread接口,它的作用是用来辅助ActivityThread类来执行一些操作,这个我们在后面会看到它是如何用来启动服务的。
 

        参数resolvedType是一个字符串,它表示service这个Intent的MIME类型,它是在解析Intent时用到的。在这个例子中,我们没有指定这个Intent 的MIME类型,因此,这个参数为null。

        ActivityManagerProxy类的startService函数把这三个参数写入到data本地变量去,接着通过mRemote.transact函数进入到Binder驱动程序,然后Binder驱动程序唤醒正在等待Client请求的ActivityManagerService进程,最后进入到ActivityManagerService的startService函数中。

        ActivityManagerService的startService函数的处理流程如下图所示:

          在这个序列图中,一共有20个步骤,下面说明每一步。

         Step 1. ActivityManagerService.startService

         这个函数定义在frameworks/base/services/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java文件中:

  1. public final class ActivityManagerService extends ActivityManagerNative  
  2.                            implements Watchdog.Monitor, BatteryStatsImpl.BatteryCallback {  
  3.  
  4.     ......  
  5.  
  6.     public ComponentName startService(IApplicationThread caller, Intent service,  
  7.             String resolvedType) {        
  8.           // Refuse possible leaked file descriptors  
  9.           if (service != null && service.hasFileDescriptors() == true) {  
  10.               throw new IllegalArgumentException("File descriptors passed in Intent");  
  11.           }  
  12.  
  13.           synchronized(this) {  
  14.               final int callingPid = Binder.getCallingPid();  
  15.               final int callingUid = Binder.getCallingUid();  
  16.               final long origId = Binder.clearCallingIdentity();  
  17.               ComponentName res = startServiceLocked(caller, service,  
  18.                   resolvedType, callingPid, callingUid);  
  19.               Binder.restoreCallingIdentity(origId);  
  20.               return res;  
  21.           }  
  22.     }  
  23.  
  24.     ......  
  25.  

         这里的参数caller、service和resolvedType分别对应ActivityManagerProxy.startService传进来的三个参数。

 

         Step 2. ActivityManagerService.startServiceLocked
         这个函数同样定义在frameworks/base/services/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java文件中:

  1. public final class ActivityManagerService extends ActivityManagerNative  
  2.                            implements Watchdog.Monitor, BatteryStatsImpl.BatteryCallback {  
  3.  
  4.     ......  
  5.  
  6.     ComponentName startServiceLocked(IApplicationThread caller,  
  7.             Intent service, String resolvedType,  
  8.             int callingPid, int callingUid) {  
  9.         synchronized(this) {  
  10.             ......  
  11.  
  12.             ServiceLookupResult res =  
  13.                 retrieveServiceLocked(service, resolvedType,  
  14.                 callingPid, callingUid);  
  15.               
  16.             ......  
  17.               
  18.             ServiceRecord r = res.record;  
  19.               
  20.             ......  
  21.  
  22.             if (!bringUpServiceLocked(r, service.getFlags(), false)) {  
  23.                 return new ComponentName("!""Service process is bad");  
  24.             }  
  25.             return r.name;  
  26.         }  
  27.     }  
  28.  
  29.     ......  
  30.  

        函数首先通过retrieveServiceLocked来解析service这个Intent,就是解析前面我们在AndroidManifest.xml定义的Service标签的intent-filter相关内容,然后将解析结果放在res.record中,然后继续调用bringUpServiceLocked进一步处理。

 

        Step 3. ActivityManagerService.bringUpServiceLocked
        这个函数同样定义在frameworks/base/services/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java文件中:

  1. public final class ActivityManagerService extends ActivityManagerNative  
  2.                             implements Watchdog.Monitor, BatteryStatsImpl.BatteryCallback {  
  3.  
  4.     ......  
  5.  
  6.     private final boolean bringUpServiceLocked(ServiceRecord r,  
  7.                     int intentFlags, boolean whileRestarting) {  
  8.  
  9.         ......  
  10.  
  11.         final String appName = r.processName;  
  12.  
  13.         ......  
  14.  
  15.         // Not running -- get it started, and enqueue this service record  
  16.         // to be executed when the app comes up.  
  17.         if (startProcessLocked(appName, r.appInfo, true, intentFlags,  
  18.                     "service", r.name, false) == null) {  
  19.  
  20.             ......  
  21.  
  22.             return false;  
  23.         }  
  24.  
  25.         if (!mPendingServices.contains(r)) {  
  26.             mPendingServices.add(r);  
  27.         }  
  28.  
  29.         return true;  
  30.  
  31.     }  
  32.  
  33.     ......  
  34.  

 

        这里的appName便是我们前面在AndroidManifest.xml文件定义service标签时指定的android:process属性值了,即“.Server”。

 

        接着调用startProcessLocked函数来创建一个新的进程,以便加载自定义的Service类。最后将这个ServiceRecord保存在成员变量mPendingServices列表中,后面会用到。

        Step 4. ActivityManagerService.startProcessLocked

        这个函数同样定义在frameworks/base/services/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java文件中:

  1. public final class ActivityManagerService extends ActivityManagerNative  
  2.                             implements Watchdog.Monitor, BatteryStatsImpl.BatteryCallback {  
  3.  
  4.     ......  
  5.  
  6.     private final void startProcessLocked(Proce***ecord app,  
  7.                 String hostingType, String hostingNameStr) {  
  8.  
  9.         ......  
  10.  
  11.         try {  
  12.  
  13.             ......  
  14.  
  15.             int pid = Process.start("android.app.ActivityThread",  
  16.                             mSimpleProcessManagement ? app.processName : null, uid, uid,  
  17.                             gids, debugFlags, null);  
  18.  
  19.             ......  
  20.  
  21.             if (pid == 0 || pid == MY_PID) {  
  22.                   
  23.                 ......  
  24.  
  25.             } else if (pid > 0) {  
  26.                 app.pid = pid;  
  27.                 app.removed = false;  
  28.                 synchronized (mPidsSelfLocked) {  
  29.                     this.mPidsSelfLocked.put(pid, app);  
  30.                     ......  
  31.                 }  
  32.             } else {  
  33.                   
  34.                 ......  
  35.             }  
  36.  
  37.         } catch (RuntimeException e) {  
  38.  
  39.             ......  
  40.  
  41.         }  
  42.  
  43.     }  
  44.  
  45.     ......  
  46.  

 

         这里调用Process.start函数创建了一个新的进程,指定新的进程执行android.app.ActivityThread类。最后将表示这个新进程的Proce***ecord保存在mPidSelfLocked列表中,后面会用到。

 

         Step 5. Process.start

         这个函数定义在frameworks/base/core/java/android/os/Process.java文件中,这个函数我们就不看了,有兴趣的读者可以自己研究一下。在这个场景中,它就是新建一个进程,然后导入android.app.ActivityThread这个类,然后执行它的main函数。

         Step 6. ActivityThread.main
         这个函数定义在frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java文件中:

  1. public final class ActivityThread {  
  2.       
  3.     ......  
  4.  
  5.     public static final void main(String[] args) {  
  6.  
  7.         ......  
  8.  
  9.         Looper.prepareMainLooper();  
  10.       
  11.         ......  
  12.  
  13.         ActivityThread thread = new ActivityThread();  
  14.         thread.attach(false);  
  15.  
  16.         ......  
  17.  
  18.         Looper.loop();  
  19.  
  20.         ......  
  21.  
  22.         thread.detach();  
  23.       
  24.         ......  
  25.     }  

 

        注意,执行到这里的时候,已经是在上一步创建的新进程里面了,即这里的进程是用来启动服务的,原来的主进程已经完成了它的命令,返回了。

 

        前面我们提到,在Android应用程序中,每一个进程对应一个ActivityThread实例,所以,这个函数会创建一个thread实例,然后调用ActivityThread.attach函数进一步处理。

        Step 7. ActivityThread.attach

        这个函数定义在frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java文件中:

  1. public final class ActivityThread {  
  2.       
  3.     ......  
  4.  
  5.     private final void attach(boolean system) {  
  6.           
  7.         ......  
  8.  
  9.         if (!system) {  
  10.  
  11.             ......  
  12.  
  13.             IActivityManager mgr = ActivityManagerNative.getDefault();  
  14.             try {  
  15.                 mgr.attachApplication(mAppThread);  
  16.             } catch (RemoteException ex) {  
  17.             }  
  18.         } else {  
  19.           
  20.             ......  
  21.  
  22.         }  
  23.  
  24.         ......  
  25.  
  26.     }  
  27.  
  28.     ......  
  29.  

         从Step 6中,这里传进来的参数system为false。成员变量mAppThread是一个ApplicationThread实例,我们在前面已经描述过这个实例的作用,它是用来辅助ActivityThread来执行一些操作的。

 

         调用ActivityManagerNative.getDefault函数得到ActivityManagerService的远程接口,即ActivityManagerProxy,接着调用它的attachApplication函数。

         Step 8. ActivityManagerProxy.attachApplication
         这个函数定义在frameworks/base/core/java/android/app/ActivityManagerNative.java文件中:

  1. class ActivityManagerProxy implements IActivityManager  
  2. {  
  3.     ......  
  4.  
  5.     public void attachApplication(IApplicationThread app) throws RemoteException  
  6.     {  
  7.         Parcel data = Parcel.obtain();  
  8.         Parcel reply = Parcel.obtain();  
  9.         data.writeInterfaceToken(IActivityManager.descriptor);  
  10.         data.writeStrongBinder(app.asBinder());  
  11.         mRemote.transact(ATTACH_APPLICATION_TRANSACTION, data, reply, 0);  
  12.         reply.readException();  
  13.         data.recycle();  
  14.         reply.recycle();  
  15.     }  
  16.  
  17.     ......  
  18.  

        这个函数主要是将新进程里面的IApplicationThread实例通过Binder驱动程序传递给ActivityManagerService。

        Step 9. ActivityManagerService.attachApplication

        这个函数定义在frameworks/base/services/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java文件中:

  1. public final class ActivityManagerService extends ActivityManagerNative  
  2.                             implements Watchdog.Monitor, BatteryStatsImpl.BatteryCallback {  
  3.       
  4.     ......  
  5.           
  6.     public final void attachApplication(IApplicationThread thread)   
  7.     {  
  8.         synchronized (this) {  
  9.             int callingPid = Binder.getCallingPid();  
  10.             final long origId = Binder.clearCallingIdentity();  
  11.             attachApplicationLocked(thread, callingPid);  
  12.             Binder.restoreCallingIdentity(origId);  
  13.         }  
  14.     }  
  15.       
  16.     ......  
  17.  

         这里通过调用attachApplicationLocked函数进一步处理。