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Service是如何启动的？一文告诉你

2022-08-07 00:02:00 【Android技术栈】

前言

这几天分析了一下的启动过程，于是乎，今天写一下Service是如何启动的； 给我的感觉是这些启动过程并不复杂，千万不要被一坨一坨的代码吓住了，虽然弯弯绕绕不少，重载函数一个接着一个，就向走迷宫一样，但只要抓住主线阅读，很快就能找到出口； 强调一下阅读系统源码，起码要对进程间通信要了解，对binder机制非常非常清楚，binder就是指南针，要不然你会晕头转向；强行阅读，就容易睡着。

Service启动先来一张图感受一下

这张图能够说明一个大致的流程，但是服务的启动肯定不是这么简单，但是我们先简单的总结一下，逐渐深入。服务的启动形式有两种，startService()和 binderService()，我们看startService()这一种。startService是ContextWrapper里面的方法。

ContextWrapper.java

  @Override
   public ComponentName startService(Intent service) {
       return mBase.startService(service);//mBase这里指的是ContextImpl类
   }

ContextImpl.java

   @Override
    public ComponentName startService(Intent service) {
        warnIfCallingFromSystemProcess();
        return startServiceCommon(service, mUser);
    }

  private ComponentName startServiceCommon(Intent service, UserHandle user) {
        try {
            //检验Intent
            validateServiceIntent(service);
             ......
            ComponentName cn = ActivityManagerNative.getDefault().startService(
                mMainThread.getApplicationThread(), service, service.resolveTypeIfNeeded(
                            getContentResolver()), getOpPackageName(), user.getIdentifier());
             ......
            return cn;
        } catch (RemoteException e) {
            throw new RuntimeException("Failure from system", e);
        }
    }

校验完Intent后，就调用ActivityManagerNative.getDefault()，获取一个IActivityManager对象，将启动Service这件事情交给了IActivityManager。我们看一下ActivityManagerNative的类定义

public abstract class ActivityManagerNative extends Binder implements IActivityManager

这种模式是不是非常熟悉啊？ 继承了Binder，实现了一个IActivityManager接口，这个跟我们生成了远程服务通信生成的AIDL的java文件怎么那么像，现在告诉你，这就是为了远程服务通信做准备的，只是一般这种类我们都是自动生成的，ActivityManagerNative 是谷歌的人自己写

一个完整的AID L有两部分，一个是个跟服务端通信的Stub,一个是跟客户端通信的Proxy； ActivityManagerNative就是Stub,阅读源码发现在ActivityManagerNative 文件中还有个ActivityManagerProxy，那么跟客户端通信的Proxy也有了。先看IActivityManager怎么获取的

ActivityManagerNative.java

 static public IActivityManager getDefault() {
        return gDefault.get();
    }

  private static final Singleton<IActivityManager> gDefault = new Singleton<IActivityManager>() {
        protected IActivityManager create() {
          //获取名为"activity"的服务，服务都注册到ServiceManager来统一管理
            IBinder b = ServiceManager.getService("activity");
            if (false) {
                Log.v("ActivityManager", "default service binder = " + b);
            }
            IActivityManager am = asInterface(b);
            if (false) {
                Log.v("ActivityManager", "default service = " + am);
            }
            return am;
        }
    };

就是一个单例设计模式，获取到服务对象IBinder，把这个IBinder转换成IActivityManager返回了。现在由IActivityManager启动服务。

 public ComponentName startService(IApplicationThread caller, Intent service,
            String resolvedType, String callingPackage, int userId) throws RemoteException
    {
        Parcel data = Parcel.obtain();
        Parcel reply = Parcel.obtain();
        data.writeInterfaceToken(IActivityManager.descriptor);
        data.writeStrongBinder(caller != null ? caller.asBinder() : null);
        service.writeToParcel(data, 0);
        data.writeString(resolvedType);
        data.writeString(callingPackage);
        data.writeInt(userId);

        mRemote.transact(START_SERVICE_TRANSACTION, data, reply, 0);

        reply.readException();
        ComponentName res = ComponentName.readFromParcel(reply);
        data.recycle();
        reply.recycle();
        return res;
    }

上面说了ActivityManagerProxy作为binder通信的客户端，ActivityManagerNative 作为binder通信的服务端； mRemote.transact()是binder通信的客户端发起方法，经过binder驱动，最后回到binder服务端ActivityManagerNative的onTransact()方法。

   @Override
    public boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags)
            throws RemoteException {
            .......
        switch (code) {
             case START_SERVICE_TRANSACTION: {
                        data.enforceInterface(IActivityManager.descriptor);
                        IBinder b = data.readStrongBinder();
                        IApplicationThread app = ApplicationThreadNative.asInterface(b);
                        Intent service = Intent.CREATOR.createFromParcel(data);
                        String resolvedType = data.readString();
                        String callingPackage = data.readString();
                        int userId = data.readInt();
                        ComponentName cn = startService(app, service, resolvedType, callingPackage, userId);
                        reply.writeNoException();
                        ComponentName.writeToParcel(cn, reply);
                        return true;
                    }
        }
        .......
    }

ActivityManagerNative的真正实现是ActivityManagerService，所以binder通信的服务端的ActivityManagerService，ActivityManagerProxy.startService()最终调用ActivityManagerService.startService()。注意这就跨进程了，ActivityManagerService是一个服务端的进程。看ActivityManagerService中的startService方法。

ActivityManagerService.java

 public ComponentName startService(IApplicationThread caller, Intent service,
            String resolvedType, String callingPackage, int userId)
            throws TransactionTooLargeException {
        ......
        synchronized(this) {
            .......
            ComponentName res = mServices.startServiceLocked(caller, service,
                    resolvedType, callingPid, callingUid, callingPackage, userId);
            Binder.restoreCallingIdentity(origId);
            return res;
        }
    }

ActivityManagerService没有直接干这个活，而是把这个任务交给了mService, mService 是一个 ActiveServices 对象。在早期的安卓版本中并没有这个类，后来重构时抽出这个类专门用来管理Service.

ActiveServices.java

    ComponentName startServiceLocked(IApplicationThread caller, Intent service, String resolvedType,
            int callingPid, int callingUid, String callingPackage, int userId)
            throws TransactionTooLargeException {
              ........
              return startServiceInnerLocked(smap, service, r, callerFg, addToStarting);
    }

tartServiceInnerLocked调用了 bringUpServiceLocked(),bringUpServiceLocked()内部调用了realStartServiceLocked()，我们看realStartServiceLocked()方法。

private final void realStartServiceLocked(ServiceRecord r,
            ProcessRecord app, boolean execInFg) throws RemoteException {
       .......
        try {
            .......
            app.thread.scheduleCreateService(r, r.serviceInfo,
                    mAm.compatibilityInfoForPackageLocked(r.serviceInfo.applicationInfo),
                    app.repProcState);
            r.postNotification();
            created = true;
        } catch (DeadObjectException e) {
            ....
        } finally {
           ....
        }

        requestServiceBindingsLocked(r, execInFg);

        updateServiceClientActivitiesLocked(app, null, true);

        // If the service is in the started state, and there are no
        // pending arguments, then fake up one so its onStartCommand() will
        // be called.
        if (r.startRequested && r.callStart && r.pendingStarts.size() == 0) {
            r.pendingStarts.add(new ServiceRecord.StartItem(r, false, r.makeNextStartId(),
                    null, null));
        }
       // 进入onStartCommand()
        sendServiceArgsLocked(r, execInFg, true);

       ....
    }

这里的关键是

 app.thread.scheduleCreateService(r, r.serviceInfo,
                    mAm.compatibilityInfoForPackageLocked(r.serviceInfo.applicationInfo),

app 是要运行 Service 的进程对应的 ProcessRecord 对象，代表一个应用进程； 要区分一下，一般我们都是单方向通信，客户端将处理请求发送给服务端，服务端处理后返回，如果要服务端向客户端发送一个“请求”呢？这里的thread 是一个 ApplicationThreadProxy 对象，它是应用进程的 ApplicatonThread 对象在 AMS 端的代理，AMS 靠它来和应用进程进行通信。所以AMS和应用进程可以双向通信了。

ApplicationThreadProxy.java

public final void scheduleCreateService(IBinder token, ServiceInfo info,
        CompatibilityInfo compatInfo, int processState) throws RemoteException {
    Parcel data = Parcel.obtain();
    data.writeInterfaceToken(IApplicationThread.descriptor);
    data.writeStrongBinder(token);
    info.writeToParcel(data, 0);
    compatInfo.writeToParcel(data, 0);
    data.writeInt(processState);
    try {
        mRemote.transact(SCHEDULE_CREATE_SERVICE_TRANSACTION, data, null, IBinder.FLAG_ONEWAY);
    } catch (TransactionTooLargeException e) {
        throw e;
    }
    data.recycle();
}

执行mRemote.transact后，就会回调ApplicationThreadNative的onTransact,这是Binder的套路。

ApplicationThreadNative.java

public boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags)
        throws RemoteException {
    switch (code) {
    case SCHEDULE_CREATE_SERVICE_TRANSACTION: {
        data.enforceInterface(IApplicationThread.descriptor);
        IBinder token = data.readStrongBinder();
        ServiceInfo info = ServiceInfo.CREATOR.createFromParcel(data);
        CompatibilityInfo compatInfo = CompatibilityInfo.CREATOR.createFromParcel(data);
        int processState = data.readInt();
        scheduleCreateService(token, info, compatInfo, processState);
        return true;
    }
    ...
}

内部调用scheduleCreateService，看上面的图，可以知道，scheduleCreateService是属于ApplicatonThread的。

ApplicatonThread.java

 public final void scheduleCreateService(IBinder token,
                ServiceInfo info, CompatibilityInfo compatInfo, int processState) {
            updateProcessState(processState, false);
            CreateServiceData s = new CreateServiceData();
            s.token = token;
            s.info = info;
            s.compatInfo = compatInfo;

            sendMessage(H.CREATE_SERVICE, s);
        }

发送一个消息，这个消息都是由H类处理的，H类就是系统Hander,专门处理系统请求的； 比如一些Activity的生命周期等全在这里面。这个 H对象是在应用进程的主线程中创建的，所以最终的结果是把创建 Service 的消息传到了主线程,因此Service是运行在主线程中的。

H.java

private class H extends Handler {
          .........
            public void handleMessage(Message msg) {
            
            if (DEBUG_MESSAGES) Slog.v(TAG, ">>> handling: " + codeToString(msg.what));
            switch (msg.what) {
            
             case CREATE_SERVICE:
                    Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "serviceCreate");
                    handleCreateService((CreateServiceData)msg.obj);
                    Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
            }
        }

ActivityThread.java

 private void handleCreateService(CreateServiceData data) {
      
        .......
        LoadedApk packageInfo = getPackageInfoNoCheck(
                data.info.applicationInfo, data.compatInfo);
        Service service = null;
        try {
            // 反射加载Service
            java.lang.ClassLoader cl = packageInfo.getClassLoader();
            service = (Service) cl.loadClass(data.info.name).newInstance();
        } catch (Exception e) {
            .......
        }

        try {
            if (localLOGV) Slog.v(TAG, "Creating service " + data.info.name);
             //创建ContextImpl对象
            ContextImpl context = ContextImpl.createAppContext(this, packageInfo);
            context.setOuterContext(service);
             //创建Application对象
            Application app = packageInfo.makeApplication(false, mInstrumentation);
            service.attach(context, this, data.info.name, data.token, app,
                    ActivityManagerNative.getDefault());
            //回调onCreate方法
            service.onCreate();
            mServices.put(data.token, service);
            try {
              //调用服务创建完成
                ActivityManagerNative.getDefault().serviceDoneExecuting(
                        data.token, SERVICE_DONE_EXECUTING_ANON, 0, 0);
            } catch (RemoteException e) {
                // nothing to do.
            }
        } catch (Exception e) {
           .......
        }
    }

到此Service的onCreate就回调了，那么onStartCommand()何时回调呢？在realStartServiceLocked中调用了sendServiceArgsLocked(r, execInFg, true),sendServiceArgsLocked与上面类似，最终也是发送了一个（SERVICE_ARGS）消息。

ApplicationThread.java

public final void scheduleServiceArgs(IBinder token, boolean taskRemoved, int startId,
            int flags ,Intent args) {
            ServiceArgsData s = new ServiceArgsData();
            s.token = token;
            s.taskRemoved = taskRemoved;
            s.startId = startId;
            s.flags = flags;
            s.args = args;

            sendMessage(H.SERVICE_ARGS, s);
        }

ActivityThread.java

private void handleServiceArgs(ServiceArgsData data) {
        Service s = mServices.get(data.token);
        if (s != null) {
            try {
                if (data.args != null) {
                    data.args.setExtrasClassLoader(s.getClassLoader());
                    data.args.prepareToEnterProcess();
                }
                int res;
                if (!data.taskRemoved) {
                //onStartCommand回调
                    res = s.onStartCommand(data.args, data.flags, data.startId);
                } else {
                    s.onTaskRemoved(data.args);
                    res = Service.START_TASK_REMOVED_COMPLETE;
                }

                QueuedWork.waitToFinish();

                try {
                    ActivityManagerNative.getDefault().serviceDoneExecuting(
                            data.token, SERVICE_DONE_EXECUTING_START, data.startId, res);
                } catch (RemoteException e) {
                    // nothing to do.
                }
                ensureJitEnabled();
            } catch (Exception e) {
               ......
            }
        }
    }

Service的onCreate的回调和onStartCommand的回调套路是完全一样的，朋友们可以自己体会，onCreate的回调先执行scheduleCreateService()方法，最终回调Service.onCreate(); onStartCommand的回调先执行scheduleServiceArgs()方法，最终回调Service.onStartCommand()

总结一下：

IActivityManager接口中定义了AMS向应用程序（本例中即Service）提供的多种API，Activity通过ActivityManagerProxy就可以使用这些API，向AMS发出请求

所以是通过ActivityManagerProxy，调用ActivityManagerProxy的startService方法； 在内部调用transact，然后会调用ActivityManagerNative中的onTransact()方法，在该方法中，将会r完成AMS与Activity的连接并调用AMS的startService()方法，那么AMS是如何Service所在的应用程序呢？比如scheduleCreateService

原来ApplicationThreadProxy 是应用进程的 ApplicatonThread 对象在 AMS 端的代理，AMS 靠它来和应用进程进行通信。这就是Activity与AMS之间的双向Binder连接；Activity用IActivityManager提供的APIActivityManagerService提出执行某个动作的请求（本例中是启动RemoteService），ActivityManagerService通过IApplicationThread提供的API来控制Activity所在的应用程序

上面的分析省去了很多的内容，如果从进程角度看服务启动过程。

  • Process A进程： 是指调用startService命令所在的进程，也就是启动服务的发起端进程

  • system_server进程： 系统进程，是java framework框架的核心载体，里面运行了大量的系统服务，比如这里提供ApplicationThreadProxy，ActivityManagerService，这个两个服务都运行在system_server进程的不同线程中

  • Zygote进程： 是由init进程孵化而来的，用于创建Java层进程的母体，所有的Java层进程都是由Zygote进程孵化而来

  • Remote Service进程： 远程服务所在进程，是由Zygote进程孵化而来的用于运行Remote服务的进程。主线程主要负责Activity/Service等组件的生命周期以及UI相关操作都运行在这个线程； 另外，每个App进程中至少会有两个binder线程 ApplicationThread和ActivityManagerProxy

启动流程：

  • Process A进程采用Binder IPC向system_server进程发起startService请求；

  • system_server进程接收到请求后，向zygote进程发送创建进程的请求；

  • zygote进程fork出新的子进程Remote Service进程；

  • Remote Service进程，通过Binder IPC向sytem_server进程发起attachApplication请求；

  • 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remote Service进程发送scheduleCreateService请求；

  • Remote Service进程的binder线程在收到请求后，通过handler向主线程发送CREATE_SERVICE消息；

  • 主线程在收到Message后，通过发射机制创建目标Service，并回调Service.onCreate()方法。 到此，服务便正式启动完成。当创建的是本地服务或者服务所属进程已创建时，则无需经过上述步骤2、3，直接创建服务即可

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最后我想说：

学习没有捷径可言，我们要注意记学习，不仅要记，还要写心得体会，文字笔记、画图、总结等，方式很多，但是一定要自己认真去做，不要太相信自己的记忆，只有反复记忆，加深理解才行

同时，对于程序员而言，不单单是死记硬背，我们有更好的方式去学习，比如写demo去验证。复习知识点时，要及时跟你做过的项目结合起来，这样在面试时就知道怎么聊了，由项目讲到知识点，由一个知识点串联到另一个知识点。复习到一定阶段，可以尝试着去把这些东西串联起来，由点及面，形成知识体系

对于程序员来说，要学习的知识内容、技术有太多太多，要想不被环境淘汰就只有不断提升自己，从来都是我们去适应环境，而不是环境来适应我们

技术是无止境的，你需要对自己提交的每一行代码、使用的每一个工具负责，不断挖掘其底层原理，才能使自己的技术升华到更高的层面

Android 架构师之路还很漫长，与君共勉

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