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Android ActivityManager 框架

ActivityManager在操作系统中有重要的作用,本文利用操作系统源码,逐步理清ActivityManager的框架,并从静态类结构图和动态序列图两个角度分别进行剖析,从而帮助开发人员加强对系统框架及进程通信机制的理解。......

ActivityManager在操作系统中有重要的作用,本文利用操作系统源码,逐步理清ActivityManager的框架,并从静态类结构图和动态序列图两个角度分别进行剖析,从而帮助开发人员加强对系统框架及进程通信机制的理解。
ActivityManager的作用

参照SDK的说明,可见ActivityManager的功能是与系统中所有运行着的Activity交互提供了接口,主要的接口围绕着运行中的进程信息,任务信息,服务信息等。比如函数getRunningServices()的源码是:

01 public List<RunningServiceInfo> getRunningServices(int maxNum)
02         throws SecurityException {
03     try {
04         return (List<RunningServiceInfo>)ActivityManagerNative.getDefault()
05                 .getServices(maxNum, 0);
06     } catch (RemoteException e) {
07         // System dead, we will be dead too soon!
08         return null;
09     }
10 }

从中可以看到,ActivityManager的大多数功能都是调用了ActivityManagerNative类接口来完成的,因此,我们寻迹来看ActivityManagerNative的代码,并以此揭示ActivityManager的整体框架。

ActivityManager的静态类图

通过源吗,可以发现ActivityManagerNative类的继承关系如下:

public abstract class ActivityManagerNative extends Binder implements IActivityManager

继承自Binder类,同时实现了IActivityManager接口。

同样的,我们继续沿Binder和IActivityManager上溯,整理出如下图所示的类结构图。

在这张图中,绿色的部分是在SDK中开放给应用程序开发人员的接口,蓝色的部分是一个典型的Proxy模式,红色的部分是底层的服务实现,是真正的动作执行者。这里的一个核心思想是Proxy模式,我们接下来对此模式加以介绍。

Proxy模式

Proxy模式,也称代理模式,是经典设计模式中的一种结构型模式,其定义是为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问,简单的说就是在访问和被访问对象中间加上的一个间接层,以隔离访问者和被访问者的实现细节。

结合上面的类结构图,其中ActivityManager是一个客户端,为了隔离它与ActivityManagerService,有效降低甚至消除二者的耦合度,在这中间使用了ActivityManagerProxy代理类,所有对ActivityManagerService的访问都转换成对代理类的访问,这样ActivityManager就与ActivityManagerService解耦了。这就是代理模式的典型应用场景。

为了让代理类与被代理类保持一致的接口,从而实现更加灵活的类结构,或者说完美的屏蔽实现细节,通常的作法是让代理类与被代理类实现一个公共的接口,这样对调用者来说,无法知道被调用的是代理类还是直接是被代理类,因为二者的接口是相同的。

这个思路在上面的类结构图里也有落实,IActivityManager接口类就是起的这个作用。

以上就是代理模式的思路,有时我们也称代理类为本地代理(Local Proxy),被代理类为远端代理(Remote Proxy)。

本地代理与远端代理的Binder

我们再来看一下Binder类的作用,Binder的含义可能译为粘合剂更为贴切,即将两侧的东西粘贴起来。在操作系统中,Binder的一大作用就是连接本地代理和远端代理。Binder中最重要的一个函数是:

1 public final boolean transact(int code, Parcel data, Parcel reply,
2             int flags) throws RemoteException {
3                    ……
4         boolean r = onTransact(code, data, reply, flags);
5         if (reply != null) {
6             reply.setDataPosition(0);
7         }
8         return r;
9 }

 

它的作用就在于通过code来表示请求的命令标识,通过data和reply进行数据传递,只要远端代理能实现onTransact()函数,即可做出正确的动作,远端的执行接口被完全屏蔽了。

当然,Binder的实现还是很复杂的,不仅是类型转换,还要透过Binder驱动进入KERNEL层来完成进程通信,这些内容不在本文的范围之内,故此处不再深入解析相应的机制。此处我们只要知道Binder的transact()函数实现就可以了。

到此为止,我们对ActivityManager的静态类结构就分析完了,但这还不足以搞清在系统运行中的调用过程,因此,我们以下图的序列图为基础,结合源码探索一下ActivityManager运行时的机制。

动态序列图

我们以ActivityManager的getRunningServices()函数为例,对上述序列图进行解析。

01 public List<RunningServiceInfo> getRunningServices(int maxNum)
02         throws SecurityException {
03  
04     try {
05         return (List<RunningServiceInfo>)ActivityManagerNative.getDefault()
06  
07                 .getServices(maxNum, 0);
08     } catch (RemoteException e) {
09         // System dead, we will be dead too soon!
10         return null;
11     }
12 }

可以看到,调用被委托到了ActivatyManagerNative.getDefault()。

01 static public IActivityManager asInterface(IBinder obj)
02 {
03                    ……
04         return new ActivityManagerProxy(obj);
05 }
06  
07    
08 static public IActivityManager getDefault()
09 {
10  
11 ……
12         IBinder b = ServiceManager.getService("activity");
13        gDefault = asInterface(b);
14        return gDefault;
15  
16 }

从上述简化后的源码可以看到,getDefault()函数返回的是一个ActivityManagerProxy对象的引用,也就是说,ActivityManager得到了一个本地代理。

因为在IActivityManager接口中已经定义了getServices()函数,所以我们来看这个本地代理对该函数的实现。

1 public List getServices(int maxNum, int flags) throws RemoteException {
2  
3     Parcel data = Parcel.obtain();
4     Parcel reply = Parcel.obtain();
5                ……
6      mRemote.transact(GET_SERVICES_TRANSACTION, data, reply, 0);
7     ……
8 }

从这个代码版段我们看到,调用远端代理的transact()函数,而这个mRemote就是ActivityManagerNative的Binder接口。

接下来我们看一下ActivityManagerNative的代码,因为该类是继承于Binder类的,所以transact的机制此前我们已经展示了代码,对于该类而言,重要的是对onTransact()函数的实现。

01    public boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags)
02             throws RemoteException {
03  
04         switch (code) {
05         case GET_SERVICES_TRANSACTION: {
06                             ……
07             List list = getServices(maxNum, fl);
08                             ……
09             return true;
10         }
11 ……
12         }
13        return super.onTransact(code, data, reply, flags);
14     }

在onTrasact()函数内,虽然代码特别多,但就是一个switch语句,根据不同的code命令进行不同的处理,比如对于GET_SERVICES_TRANSACTION命令,只是调用了getServices()函数。而该函数的实现是在ActivityManagerService类中,它是ActivityManagerNative的子类,对于该函数的实现细节,不在本文中详细分析。

Activity启动

在经过前文的学习以后,我们一起来整理一下Activity的启动机制。就从Activity的startActivity()函数开始吧。

startActivity()函数调用了startActivityForResult()函数,该函数有源码如下:

1 public void startActivityForResult(Intent intent, int requestCode) {
2     ……
3         Instrumentation.ActivityResult ar =
4             mInstrumentation.execStartActivity(
5                 this, mMainThread.getApplicationThread(), mToken, this,
6                 intent, requestCode);
7                ……
8 }

可见,功能被委托给Instrumentation对象来执行了。这个类的功能是辅助Activity的监控和测试,在此我们不详细描述,我们来看它的execStartActivity()函数。

01 public ActivityResult execStartActivity(
02     Context who, IBinder contextThread, IBinder token, Activity target,
03     Intent intent, int requestCode) {
04                ……
05     try {
06  
07         int result = ActivityManagerNative.getDefault()
08             .startActivity(whoThread, intent,
09                     intent.resolveTypeIfNeeded(who.getContentResolver()),
10                     null, 0, token, target != null ? target.mEmbeddedID : null,
11                     requestCode, false, false);
12         checkStartActivityResult(result, intent);
13     } catch (RemoteException e) {
14     }
15     return null;
16 }

在这个函数里,我们看到了前文熟悉的ActivityManagerNative.getDefault(),没错,利用了ActivityManagerService。通过前文的线索,利用Proxy模式,我们可以透过ActivityManagerProxy,通过Binder的transact机制,找到真正的动作执行者,即ActivityManagerService类的startActivity()函数,并沿此线索继续追踪源码,在startActivityLocked()函数里边看到了mWindowManager.setAppStartingWindow的语句调用,mWindowManager是WindowManagerService对象,用于负责界面上的具体窗口调试。

通过这样的源码追踪,我们了解到了Activity启动的底层实现机制,也加深了对Proxy模式和Binder机制的理解。从而为学习其他框架打下了基础。

总结

本文从静态类结构和动态类结构两个角度分析了ActivityManager的框架,兼顾了Binder机制和代理模式在进程间通信的机理,对帮助开发人员深化操作系统的结构和框架具有一定的指导作用。