Android源代码学习之六——ActivityManager框架解析

ActivityManager在操作系统中有关键的数据，本文利用操作系统源代码，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，从而帮助开发者加强对系统框架及进程通信机制的理解。

ActivityManager的作用

參照SDK的说明，可见ActivityManager的功能是与系统中全部执行着的Activity交互提供了接口，基本的接口环绕着执行中的进程信息，任务信息，服务信息等。比方函数getRunningServices()的源代码是：

public List<RunningServiceInfo> getRunningServices(int maxNum)

throws SecurityException {

try {

return (List<RunningServiceInfo>)ActivityManagerNative.getDefault()

.getServices(maxNum, 0);

} catch (RemoteException e) {

// System dead, we will be dead too soon!

return null;

}

}

从中能够看到，ActivityManager的大多数功能都是调用了ActivityManagerNative类接口来完毕的，因此，我们寻迹来看ActivityManagerNative的代码，并以此揭示ActivityManager的总体框架。

ActivityManager的静态类图

通过源吗，能够发现ActivityManagerNative类的继承关系例如以下：

public abstract class ActivityManagerNative extends Binder implements IActivityManager

继承自Binder类，同一时候实现了IActivityManager接口。

相同的，我们继续沿Binder和IActivityManager上溯，整理出例如以下图所看到的的类结构图。

在这张图中，绿色的部分是在SDK中开放给应用程序开发者的接口，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，是真正的动作运行者。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，其定义是为其它对象提供一种代理以控制对这个对象的訪问，简单的说就是在訪问和被訪问对象中间加上的一个间接层，以隔离訪问者和被訪问者的实现细节。

结合上面的类结构图，当中ActivityManager是一个client，为了隔离它与ActivityManagerService，有效减少甚至消除二者的耦合度，在这中间使用了ActivityManagerProxy代理类，全部对ActivityManagerService的訪问都转换成对代理类的訪问，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，由于二者的接口是同样的。

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，即将两側的东西粘贴起来。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：

public final boolean transact(int code, Parcel data, Parcel reply,

int flags) throws RemoteException {

……

boolean r = onTransact(code, data, reply, flags);

if (reply != null) {

reply.setDataPosition(0);

}

return r;

}

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，仅仅要远端代理能实现onTransact()函数，就可以做出正确的动作，远端的运行接口被全然屏蔽了。

当然，Binder的实现还是非常复杂的，不仅是类型转换，还要透过Binder驱动进入KERNEL层来完毕进程通信，这些内容不在本文的范围之内，故此处不再深入解析对应的机制。此处我们仅仅要知道Binder的transact()函数实现就能够了。

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执行中的调用过程，因此，我们下面图的序列图为基础，结合源代码探索一下ActivityManager执行时的机制。

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。

public List<RunningServiceInfo> getRunningServices(int maxNum)

throws SecurityException {

try {

return (List<RunningServiceInfo>)ActivityManagerNative.getDefault()

.getServices(maxNum, 0);

} catch (RemoteException e) {

// System dead, we will be dead too soon!

return null;

}

}

能够看到，调用被托付到了ActivatyManagerNative.getDefault()。

static public IActivityManager asInterface(IBinder obj)

{

……

return new ActivityManagerProxy(obj);

}

static public IActivityManager getDefault()

{

……

IBinder b = ServiceManager.getService("activity");

gDefault = asInterface(b);

return gDefault;

}

从上述简化后的源代码能够看到，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。

由于在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。

public List getServices(int maxNum, int flags) throws RemoteException {

Parcel data = Parcel.obtain();

Parcel reply = Parcel.obtain();

……

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

……

}

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，由于该类是继承于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。

public boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags)

throws RemoteException {

switch (code) {

case GET_SERVICES_TRANSACTION: {

……

List list = getServices(maxNum, fl);

……

return true;

}

……

}

return super.onTransact(code, data, reply, flags);

}

在onTrasact()函数内，尽管代码特别多，但就是一个switch语句，依据不同的code命令进行不同的处理，比方对于GET_SERVICES_TRANSACTION命令，仅仅是调用了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，不在本文中具体分析。

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()函数開始吧。

startActivity()函数调用了startActivityForResult()函数，该函数有源代码例如以下：

public void startActivityForResult(Intent intent, int requestCode) {

……

Instrumentation.ActivityResult ar =

mInstrumentation.execStartActivity(

this, mMainThread.getApplicationThread(), mToken, this,

intent, requestCode);

……

}

可见，功能被托付给Instrumentation对象来运行了。这个类的功能是辅助Activity的监控和測试，在此我们不具体描写叙述，我们来看它的execStartActivity()函数。

public ActivityResult execStartActivity(

Context who, IBinder contextThread, IBinder token, Activity target,

Intent intent, int requestCode) {

……

try {

int result = ActivityManagerNative.getDefault()

.startActivity(whoThread, intent,

intent.resolveTypeIfNeeded(who.getContentResolver()),

null, 0, token, target != null ? target.mEmbeddedID : null,

requestCode, false, false);

checkStartActivityResult(result, intent);

} catch (RemoteException e) {

}

return null;

}

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，我们能够透过ActivityManagerProxy，通过Binder的transact机制，找到真正的动作运行者，即ActivityManagerService类的startActivity()函数，并沿此线索继续追踪源代码，在startActivityLocked()函数里边看到了mWindowManager.setAppStartingWindow的语句调用，mWindowManager是WindowManagerService对象，用于负责界面上的详细窗体调试。

通过这种源代码追踪，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。从而为学习其它框架打下了基础。

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，对帮助开发者深化操作系统的结构和框架具有一定的指导作用。