Android Framework學習五：APP啟動過程原理及速度優化

文章目錄

APP啟動優化概述
APP啟動流程
- 點擊圖片啟動APP的過程
- 啟動觸發
- Zygote 與應用進程創建
- - Zygote
  - 進程的創建
  - 應用進程初始化
- Application
- Activity 啟動與顯示
優化啟動時黑白屏現象
- 可優化的階段
- - Application階段
  - - 相關優化
  - Activity階段
  - 數據加載階段
Framework學習系列文章

APP啟動優化概述

優化方向
啟動優化流程

APP啟動流程

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點擊圖片啟動APP的過程

這張圖展示了 Android 系統中應用程序（App）啟動的完整流程，涉及多個關鍵組件及其交互
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啟動觸發

Launcher：用戶在手機桌面點擊應用圖標，Launcher（桌面啟動器）響應點擊事件。通過Binder機制向service_manager查詢ActivityTaskManagerService（ATMS，活動管理服務）服務。
service_manager 和 Binder：service_manager是系統中管理服務的組件，通過Binder這種進程間通信機制，Launcher獲取到AMS服務的相關信息。Binder是 Android 系統中實現進程間通信的重要機制，提供高效穩定的通信能力。
system_server：system_server進程是 Android 系統核心進程，包含ActivityManagerService和WindowManagerService等重要服務。AMS負責管理應用程序的生命周期、Activity 的啟動與切換等；WindowManagerService負責窗口的管理和顯示等。

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具體代碼如下：

Launcher調用Activity.startActivity啟動Activity
Activity.java

@Overridepublic void startActivity(Intent intent, @Nullable Bundle options) {...if (options != null) {startActivityForResult(intent, -1, options);} else {startActivityForResult(intent, -1);}}public void startActivityForResult(@RequiresPermission Intent intent, int requestCode,@Nullable Bundle options) {...Instrumentation.ActivityResult ar =mInstrumentation.execStartActivity(this, mMainThread.getApplicationThread(), mToken,this,intent, requestCode, options);...}

Instrumentation.execStartActivity調用
Instrumentation.java

public ActivityResult execStartActivity(Context who, IBinder contextThread, IBinder token, Activity target,Intent intent, int requestCode, Bundle options) {...// ActivityTaskManagerServiceint result = ActivityTaskManager.getService().startActivity(whoThread,who.getBasePackageName(),who.getAttributionTag(),intent,intent.resolveTypeIfNeeded(who.getContentResolver()),token,target != null ? target.mEmbeddedID : null, requestCode, 0, null, options); ...
}

ActivityTaskManagerService.startActivityAsUser
ActivityTaskManagerService::startActivity調用startActivityAsUser
ActivityTaskManager.getService()其實返回的是ATMS的binder

final IBinder b = ServiceManager.getService(Context.ACTIVITY_TASK_SERVICE);
return IActivityTaskManager.Stub.asInterface(b);

至此，startActivity 的工作重心成功地從應用進程(app) 轉移到了系統進程(system_service) 的 ATMS 中。

private int startActivityAsUser(IApplicationThread caller, String callingPackage,@Nullable String callingFeatureId, Intent intent, String resolvedType,IBinder resultTo, String resultWho, int requestCode, int startFlags,ProfilerInfo profilerInfo, Bundle bOptions, int userId, boolean validateIncomingUser) {assertPackageMatchesCallingUid(callingPackage);enforceNotIsolatedCaller("startActivityAsUser");userId = getActivityStartController().checkTargetUser(userId, validateIncomingUser,Binder.getCallingPid(), Binder.getCallingUid(), "startActivityAsUser");// getActivityStartController().obtainStarter是ActivityStarterreturn getActivityStartController().obtainStarter(intent, "startActivityAsUser").setCaller(caller).setCallingPackage(callingPackage).setCallingFeatureId(callingFeatureId).setResolvedType(resolvedType).setResultTo(resultTo).setResultWho(resultWho).setRequestCode(requestCode).setStartFlags(startFlags).setProfilerInfo(profilerInfo).setActivityOptions(bOptions).setUserId(userId).execute();}

ActivityStarter.execute
ActivityStarter.java

int execute() {...res = executeRequest(mRequest);...}

private int executeRequest(Request request) {...ActivityRecord sourceRecord = null;ActivityRecord resultRecord = null;...mLastStartActivityResult = startActivityUnchecked(r, sourceRecord, voiceSession,request.voiceInteractor, startFlags, true /* doResume */, checkedOptions, inTask,restrictedBgActivity, intentGrants);...return mLastStartActivityResult;}

ActivityStarter.startActivityUnchecked

private int startActivityUnchecked(final ActivityRecord r, ActivityRecord sourceRecord,IVoiceInteractionSession voiceSession, IVoiceInteractor voiceInteractor,int startFlags, boolean doResume, ActivityOptions options, Task inTask,boolean restrictedBgActivity, NeededUriGrants intentGrants) {....try {...result = startActivityInner(r, sourceRecord, voiceSession, voiceInteractor,startFlags, doResume, options, inTask, restrictedBgActivity, intentGrants);} finally {...}postStartActivityProcessing(r, result, startedActivityRootTask);return result;}

ActivityStarter.startActivityInner

int startActivityInner(final ActivityRecord r, ActivityRecord sourceRecord,IVoiceInteractionSession voiceSession, IVoiceInteractor voiceInteractor,int startFlags, boolean doResume, ActivityOptions options, Task inTask,boolean restrictedBgActivity, NeededUriGrants intentGrants) {setInitialState(r, options, inTask, doResume, startFlags, sourceRecord, voiceSession,voiceInteractor, restrictedBgActivity);...// RootWindowContainermRootWindowContainer.resumeFocusedTasksTopActivities(mTargetRootTask, mStartActivity, mOptions, mTransientLaunch);...return START_SUCCESS;}

RootWindowContainer.resumeFocusedTasksTopActivities

boolean resumeFocusedTasksTopActivities(Task targetRootTask, ActivityRecord target, ActivityOptions targetOptions,boolean deferPause) {...boolean result = false;if (targetRootTask != null && (targetRootTask.isTopRootTaskInDisplayArea()|| getTopDisplayFocusedRootTask() == targetRootTask)) {// Taskresult = targetRootTask.resumeTopActivityUncheckedLocked(target, targetOptions,deferPause);}...return result;}

Task.resumeTopActivityInnerLocked
Task.java

 private boolean resumeTopActivityInnerLocked(ActivityRecord prev, ActivityOptions options) {...if (mResumedActivity != null) {pausing |= startPausingLocked(userLeaving, false , next); // 這里會調用Launcher的pause}...// ActivityTaskSupervisormStackSupervisor.startSpecificActivity(next, true, false);...}

ActivityStackSupervisor::startSpecificActivity
ActivityStackSupervisor會判斷進程是否存在，存在則調用realStartActivityLocked，不存在則調用startProcessAsync創建其實是通過Zygote來fork創建進程，進程創建后還是會調用realStartActivityLocked的。

Zygote 與應用進程創建

Zygote

Zygote：AMS通過Zygote進程來創建新的應用程序進程（App）。Zygote 是 Android 系統中一個特殊的進程，是所有 Java 應用程序進程的孵化器，它在系統啟動時就已啟動并處于就緒狀態。Zygote 通過fork系統調用創建新的應用進程，新進程會繼承 Zygote 進程的一些初始化狀態，提高應用啟動效率。

進程的創建

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來看看mService.startProcessAsync

ActivityManagerInternal.startProcess()

/*** Activity manager local system service interface.*/
public abstract class ActivityManagerInternal {/** Starts a given process. */// 調用的是ActivityManagerService.LocalService.startProcess()--》ActivityManagerService.startProcessLockedpublic abstract void startProcess(String processName, ApplicationInfo info,boolean knownToBeDead, boolean isTop, String hostingType, ComponentName hostingName);
}

ActivityManagerService.startProcessLocked

/*** Process management.*/final ProcessList mProcessList;@GuardedBy("this")final ProcessRecord startProcessLocked(String processName,ApplicationInfo info, boolean knownToBeDead, int intentFlags,HostingRecord hostingRecord, int zygotePolicyFlags, boolean allowWhileBooting,boolean isolated, boolean keepIfLarge) {// ProcessList,最終調用的是ProcessList.startProcess()-->Process.startreturn mProcessList.startProcessLocked(processName, info, knownToBeDead, intentFlags,hostingRecord, zygotePolicyFlags, allowWhileBooting, isolated, 0 /* isolatedUid */,keepIfLarge, null /* ABI override */, null /* entryPoint */,null /* entryPointArgs */, null /* crashHandler */);}

Process.start

/*** State associated with the zygote process.*/public static final ZygoteProcess ZYGOTE_PROCESS = new ZygoteProcess();public static ProcessStartResult start(@NonNull final String processClass,@Nullable final String niceName,int uid, int gid, @Nullable int[] gids,int runtimeFlags,int mountExternal,int targetSdkVersion,@Nullable String seInfo,@NonNull String abi,@Nullable String instructionSet,@Nullable String appDataDir,@Nullable String invokeWith,@Nullable String packageName,int zygotePolicyFlags,boolean isTopApp,@Nullable long[] disabledCompatChanges,@Nullable Map<String, Pair<String, Long>>pkgDataInfoMap,@Nullable Map<String, Pair<String, Long>>whitelistedDataInfoMap,boolean bindMountAppsData,boolean bindMountAppStorageDirs,@Nullable String[] zygoteArgs) {return ZYGOTE_PROCESS.start(processClass, niceName, uid, gid, gids,runtimeFlags, mountExternal, targetSdkVersion, seInfo,abi, instructionSet, appDataDir, invokeWith, packageName,zygotePolicyFlags, isTopApp, disabledCompatChanges,pkgDataInfoMap, whitelistedDataInfoMap, bindMountAppsData,bindMountAppStorageDirs, zygoteArgs);}

ZygoteProcess.start
ZygoteProcess 最核心的作用是借助與 Zygote 進程的通信，創建新的應用進程

public final Process.ProcessStartResult start(...) {return startViaZygote(processClass, niceName, uid, gid, gids,runtimeFlags, mountExternal, targetSdkVersion, seInfo,abi, instructionSet, appDataDir, invokeWith, /*startChildZygote=*/ false,packageName, zygotePolicyFlags, isTopApp, disabledCompatChanges,pkgDataInfoMap, allowlistedDataInfoList, bindMountAppsData,bindMountAppStorageDirs, zygoteArgs);}

會通過LocalSocket與Zygote建立socket連接，溝通Zygote fork進程
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ZygoteConnection.forkAndSpecialize
這個時候還是在.cpp中執行，fork子進程，native方法，內部實現就是c語言的fork函數調用。
ZygoteConnection.handleChildProc
ZygoteConnection.java這個時候跑到java，這里是子進程的代碼了，
在這個函數中會調用ZygoteInit
ZygoteInit.ZygoteInit
ZygoteInit.java
nativeZygoteInit
AndroidRuntime.cpp
ProcessState構造創建Binder
ProcessState.cpp
構造ProcessState時就會調用open_driver(“/dev/binder”)，打開binder驅動設備，然后通過mmap向binder驅動申請空間。

mmap時，會申請BINDER_VM_SIZE大小的空間，不到1M，1M減2個內存頁的大小。

然后接著onZygoteInit會調用proc->processThreadPool()啟動binder線程池，默認最大線程數為15。
RuntimeInit.findStaticMain
與Zygote通過socket通信時，會傳參數"android.app.ActivityThread"過來，通過findStaticMain定位到ActivityThread.main。

這樣fork進程后會跳轉到新進程的main入口，就是ActivityThread.main函數。

應用進程初始化

ActivityThread：應用進程創建后，首先執行ActivityThread.main()方法，這是應用程序主線程（UI 線程）的入口。接著依次調用AT.attach()和AT.bindApplication()方法，完成主線程與系統的綁定以及應用程序的初始化相關操作。

ActivityThread.javapublic static void main(String[] args) {...Looper.prepareMainLooper();...ActivityThread thread = new ActivityThread();thread.attach(false, startSeq);...Looper.loop();...}private void attach(boolean system, long startSeq) {final IActivityManager mgr = ActivityManager.getService();try {mgr.attachApplication(mAppThread, startSeq);} catch (RemoteException ex) {throw ex.rethrowFromSystemServer();}}

ActivityManagerService.java

private boolean attachApplicationLocked(@NonNull IApplicationThread thread,int pid, int callingUid, long startSeq) {...// 發送MH.BIND_APPLICATION的Message，在Handler中調用了Application的onCreatethread.bindApplication(processName, appInfo, providerList,instr2.mClass,profilerInfo, instr2.mArguments,instr2.mWatcher,instr2.mUiAutomationConnection, testMode,mBinderTransactionTrackingEnabled, enableTrackAllocation,isRestrictedBackupMode || !normalMode, app.isPersistent(),new Configuration(app.getWindowProcessController().getConfiguration()),app.compat, getCommonServicesLocked(app.isolated),mCoreSettingsObserver.getCoreSettingsLocked(),buildSerial, autofillOptions, contentCaptureOptions,app.mDisabledCompatChanges);...// 這里會最終調用到ActivityStackSupervisor.realStartActivityLockeddidSomething = mAtmInternal.attachApplication(app.getWindowProcessController());...}

realStartActivityLocked會調用到ActivityThread.performLaunchActivity()
進程創建后，開始啟動Activity
ActivityThread.java

private Activity performLaunchActivity(ActivityClientRecord r, Intent customIntent) {// 創建Context,Context：初始化過程中會構建Context（上下文），它是應用程序環境的抽象類，提供了應用程序運行所需的各種信息和操作接口，如資源訪問、系統服務獲取等。ContextImpl appContext = createBaseContextForActivity(r);...//反射創建Activityjava.lang.ClassLoader cl = appContext.getClassLoader();activity = mInstrumentation.newActivity(cl, component.getClassName(), r.intent);...// AMS通過反射創建APP的Application對象，調用Application的attach函數，這個其實是Application.attachBaseContent()，然后才是調用Application.onCreate()方法，Application是應用程序全局的一個基類，可用于在應用生命周期內保存全局狀態和進行一些初始化操作Application app = r.packageInfo.makeApplication(false, mInstrumentation);...// 調用Activity.attachactivity.attach(appContext, this, getInstrumentation(), r.token,r.ident, app, r.intent, r.activityInfo, title, r.parent,r.embeddedID, r.lastNonConfigurationInstances, config,r.referrer, r.voiceInteractor, window, r.configCallback,r.assistToken);...activity.setTheme(theme);...// 調用Activity.onCreatemInstrumentation.callActivityOnCreate(activity, r.state, r.persistentState);
}

Application

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如圖：
createApplContext創建Context,
newApplication是通過反射創建Application對象app并會調用attachBaseContext,
callApplicationOnCreate則是調用onCreate,
如圖：
newApplication中是調用的反射創建Application，然后調用attachBaseContext
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ApplicationThread.scheduleTransaction，調用ActivityThread.handleLaunchActivity

Activity 啟動與顯示

Activity 啟動：ActivityThread中performLaunchActivity()方法先創建Application后再啟動Activity。先調用Activity.onCreate()方法創建Activity實例，完成Activity的初始化工作，如設置布局等。
設置布局與關聯窗口：通過Activity.setContentView()設置Activity的布局文件。然后調用Activity.onResume()方法，此時AMS將Activity與WindowManagerService進行關聯，完成窗口的創建和顯示相關操作，最終將應用界面展示給用戶。

優化啟動時黑白屏現象

從啟動到顯示應用APP的首頁過程經歷如下過程：
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這過程默認是顯示黑白屏或是背景圖的。

可優化的階段

Application階段

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上面的階段中，從attachBaseContent開始都是可以優化的階段。
注意Provider是在onCreate之后，如下圖：

makeApplication中會調用Application的onCreate的，然后installContentProviders才會調用。

Activity階段

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Activity::onCreate

XML 文件解析，反射：Android 通過解析布局的 XML 文件來創建 View，這個過程會用到反射機制實例化 XML 中定義的 View 對象。
異步并發構建 Viewtree：為加快構建速度，可采用異步并發方式構建 View 樹，避免主線程阻塞，提升用戶體驗。

View構建

將 Inflate 過程最大異步化：布局填充（Inflate）是將 XML 布局文件轉化為 View 對象的過程，將其異步化，能減少主線程負載，防止 ANR（應用無響應）。
利用 X2C 解決加載速度：X2C（XML to Java Class）技術可將 XML 布局轉換為 Java 代碼，減少解析 XML 的開銷，加快 View 的加載速度。

View顯示

View 的度量布局和顯示：通過正確的測量（Measure）、布局（Layout）和繪制（Draw）流程，確保 View 能正確顯示在屏幕上。
層級優化：減少 View 層級嵌套，避免過度復雜的布局結構，降低繪制和渲染成本。
布局優化：精簡布局，合理使用布局容器，如用 ConstraintLayout 替代嵌套的 LinearLayout 等，提升布局渲染效率。

數據加載階段

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數據預加載：在用戶觸發數據展示操作前，提前加載數據。比如在應用啟動時或進入某個頁面之前，提前加載該頁面可能用到的數據，減少用戶等待時間，提升響應速度。
數據緩存機制：將已加載的數據存儲在緩存中（如內存緩存、磁盤緩存），當再次需要相同數據時，優先從緩存讀取，避免重復從原始數據源獲取，降低網絡請求或磁盤讀取開銷，加快數據展示速度。
顯示數據加載優先級調度：根據 UI 界面中不同數據展示區域的重要性，設置數據加載優先級。例如，先加載屏幕可見區域的數據，后加載不可見區域的數據；或者優先加載用戶更關注的關鍵信息數據，確保重要數據優先展示，提升用戶體驗。

Framework學習系列文章

Android Framework學習一：系統框架、啟動過程
Android Framework學習二：Activity創建及View繪制流程
Android Framework學習三：zygote
Android Framework學習四：APP速度優化
Android Framework學習五：APP啟動過程原理及速度優化
作者：帥得不敢出門