Android Activity Manager Service (AMS) 深入详解及源码分析

文章目录

  • 前言
  • 一、AMS 的启动入口：SystemServer
    • 1.1 SystemServer 的初始化
    • 1.2 AMS 的初始化：startBootstrapServices
    • 1.3. ActivityManagerService 的创建与注册
      • 1.3.1 ActivityManagerService 的创建
      • 1.3.2 AMS 的构造函数
      • 1.3.3 AMS 的启动
    • 1.4 AMS 的 Binder 注册
    • 1.5 AMS 启动的调用链总结
  • 二、AMS 的核心组件结构
    • 2.1 ActivityTaskManagerService
    • 2.2 ActivityStackSupervisor
    • 2.3 进程管理（Process Management）
      • ProcessList
      • ProcessRecord
    • 2.4 广播管理（Broadcast Management）
      • BroadcastQueue
      • BroadcastRecord
    • 2.5 服务管理（Service Management）
      • ActiveServices
    • 2.6 权限管理（AppOps Management）
      • AppOpsService
    • 电量统计（Battery Stats）
      • BatteryStatsService
  • 三、Activity 启动流程详解
    • 3.1 启动流程概览
      • 1. 从 Launcher 触发启动
      • 2. 系统进程处理请求
      • 3. 应用进程启动
      • 4. Activity 创建
      • 5. 界面绘制
      • 相关源码路径
  • AMS 的常见问题及优化
    • 1. Activity 和资源管理的内存优化
    • 2. 任务栈优化（减少过度清理）
  • 总结

前言

AMS 是 Android 的核心服务，负责管理应用生命周期、进程调度、任务栈、Activity 启动与切换等功能。为了全面剖析 AMS 的工作机制，本文从启动过程、核心组件、源码分析、常见问题及优化等角度展开。

一、AMS 的启动入口：SystemServer

SystemServer 是 Android 系统启动的核心类，负责启动各种系统服务，包括 AMS。

1.1 SystemServer 的初始化

SystemServer 启动发生在 Zygote 启动后。Zygote 是 Android 的进程孵化器，创建了 SystemServer 进程。SystemServer 启动后会调用其主方法 run()。

源码路径： frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java

public class SystemServer {public static void main(String[] args) {// 创建 SystemServer 实例并调用其 run 方法new SystemServer().run();}private void run() {// 初始化服务启动环境init();// 启动系统核心服务startBootstrapServices();startCoreServices();startOtherServices();}
}

run() 方法中的关键步骤：

  1. init()：初始化运行环境。
  2. startBootstrapServices()：启动引导服务，包括 AMS。
  3. startCoreServices() 和 startOtherServices()：启动其他系统服务。

1.2 AMS 的初始化：startBootstrapServices

在 startBootstrapServices() 中，AMS 的启动被显式调用。

源码路径： frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java

关键代码：

private void startBootstrapServices() {traceBeginAndSlog("StartActivityManager");mActivityManagerService = ActivityManagerService.Lifecycle.startService(ActivityManagerService.class);traceEnd();...
}
  • traceBeginAndSlog 和 traceEnd：性能监控和日志记录，表明 AMS 启动时间点。
  • ActivityManagerService.Lifecycle.startService：AMS 的实际初始化。

1.3. ActivityManagerService 的创建与注册

1.3.1 ActivityManagerService 的创建

ActivityManagerService 是一个 SystemService 子类，生命周期由 Lifecycle 内部类管理。Lifecycle 类负责实例化 AMS 并完成注册。

源码路径： frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java

代码实现：

public static class Lifecycle extends SystemService {private final ActivityManagerService mService;public Lifecycle(Context context) {super(context);// 实例化 ActivityManagerServicemService = new ActivityManagerService(context);}@Overridepublic void onStart() {// 将 AMS 注册为 Binder 系统服务publishBinderService(Context.ACTIVITY_SERVICE, mService);// 启动 AMS 内部核心逻辑mService.start();}
}

流程解析：

  1. new ActivityManagerService(context)：实例化 AMS。
  2. publishBinderService(Context.ACTIVITY_SERVICE, mService)：
    将 AMS 注册为 Binder 服务，使得其他进程能够通过 Binder 调用。
    服务名：“activity”。
  3. mService.start()：启动 AMS 内部模块，包括任务栈管理、进程调度模块等。

1.3.2 AMS 的构造函数

AMS 构造函数完成其基本成员变量初始化。

源码路径： frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java

关键代码：

public ActivityManagerService(Context context) {mContext = context;mActivityTaskManager = ActivityTaskManagerService.Lifecycle.startService(context);mBatteryStatsService = new BatteryStatsService(context, this);mAppOpsService = new AppOpsService(new File(dataDir, "appops.xml"), mHandler);...
}
  • AMS 内部初始化模块：
  1. ActivityTaskManagerService：管理任务栈与 Activity 切换。
  2. BatteryStatsService：统计应用耗电信息。
  3. AppOpsService：管理应用操作权限。
  4. ProcessList：进程列表，用于管理系统中的进程。

1.3.3 AMS 的启动

AMS 完成基本初始化后会调用 start() 方法，启动核心逻辑。

源码路径： frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java

关键代码：

public void start() {// 初始化任务栈管理器mStackSupervisor = new ActivityStackSupervisor(this);// 初始化应用进程列表mProcessList = new ProcessList(this);// 启动任务栈调度与监控服务mStackSupervisor.init();...
}
  • 核心步骤：
    1、任务栈初始化：
    创建 ActivityStackSupervisor，负责任务栈的管理与调度。
    2、进程管理初始化：
    创建 ProcessList，用于管理和调度系统中的进程。
    3、完成服务注册：
    AMS 注册完成后，可以响应系统其他组件发起的服务调用。

1.4 AMS 的 Binder 注册

AMS 启动后被注册为系统 Binder 服务。

源码路径： frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java

核心代码：

@Override
public void onStart() {// 将 ActivityManagerService 作为 Binder 系统服务注册publishBinderService(Context.ACTIVITY_SERVICE, this);
}
  • publishBinderService：
    1、将 ActivityManagerService 暴露给系统的 Binder 服务管理器。
    2、通过 ServiceManager 进行统一管理。
  • 服务名：“activity”，用于应用和系统组件通过 Binder 调用 AMS。

1.5 AMS 启动的调用链总结

步骤方法源码路径
1、 SystemServer 启动SystemServer.main()frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
2、 启动 AMS 服务SystemServer.startBootstrapServices()frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
3、创建 AMS 实例ActivityManagerService.Lifecycleframeworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java
4、AMS 构造函数初始化ActivityManagerService.()frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java
5、启动核心逻辑ActivityManagerService.start()frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java
6、完成 Binder 服务注册publishBinderService()frameworks/base/core/java/com/android/server/SystemService.java

二、AMS 的核心组件结构

AMS 的核心组件主要包括以下几部分：

1、任务栈管理器：ActivityTaskManagerService 和 ActivityStackSupervisor。
2、进程管理器：ProcessList 和 ProcessRecord。
3、广播机制：BroadcastQueue 和 BroadcastRecord。
4、服务管理器：ActiveServices。
5、权限管理：AppOpsService。
6、电量统计：BatteryStatsService。
每个组件在系统中的功能和职责如下：

2.1 ActivityTaskManagerService

  • 职责：管理任务栈和 Activity 的切换与调度。

  • 关联组件：
    1、ActivityStackSupervisor：负责具体的任务栈操作。
    2、ActivityRecord：描述单个 Activity 的状态信息。

  • 功能：
    1、管理任务栈（Task 和 ActivityStack）。
    2、处理 Activity 的启动、切换、恢复、暂停等逻辑。

关键代码：源码路径：frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityTaskManagerService.java

public class ActivityTaskManagerService {final ActivityStackSupervisor mStackSupervisor;public ActivityTaskManagerService(Context context) {mStackSupervisor = new ActivityStackSupervisor(this);}void startActivity() {// 调用任务栈管理器处理启动逻辑mStackSupervisor.startActivityLocked();}
}

2.2 ActivityStackSupervisor

  • 职责：具体实现任务栈的操作，例如创建新任务、管理栈顶 Activity 等。
  • 功能：
    1、管理所有任务栈（ActivityStack）。
    2、调度任务栈内的 Activity 切换。
    3、维护任务栈的栈顶状态。

关键代码： 源码路径：frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/ActivityStackSupervisor.java

public class ActivityStackSupervisor {final ArrayList<ActivityStack> mStacks = new ArrayList<>();void startActivityLocked() {// 找到目标任务栈并启动 ActivityActivityStack targetStack = getTargetStack();targetStack.startActivity();}
}

2.3 进程管理（Process Management）

ProcessList

职责：维护系统中所有进程的信息和状态。

  • 功能：
    1、管理进程优先级（foreground、background 等）。
    2、清理无用进程，释放系统资源。
    3、调度系统资源分配给各进程。

关键代码： 源码路径：frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ProcessList.java

public final class ProcessList {// 系统中所有进程的信息final SparseArray<ProcessRecord> mProcessMap = new SparseArray<>();void updateOomAdj() {// 更新进程的优先级（OOM_ADJ）for (int i = 0; i < mProcessMap.size(); i++) {ProcessRecord app = mProcessMap.valueAt(i);computeOomAdjLocked(app);}}
}

ProcessRecord

  • 职责：表示单个进程的详细信息。
  • 功能：
    1、存储进程状态（优先级、PID 等）。
    2、与 AMS 其他组件协同完成进程调度。

关键代码： 源码路径：frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ProcessRecord.java

public final class ProcessRecord {// 进程的 PIDint pid;// 优先级int oomAdj;// 所有运行的组件final ArrayList<ServiceRecord> services = new ArrayList<>();
}

2.4 广播管理（Broadcast Management）

BroadcastQueue

  • 职责：管理系统中的广播队列。
  • 功能：
    1、区分前台广播与后台广播。
    2、调度广播发送和接收。
    3、控制广播分发的优先级。

关键代码： 源码路径：frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/BroadcastQueue.java

public final class BroadcastQueue {final ArrayList<BroadcastRecord> mParallelBroadcasts = new ArrayList<>();void enqueueBroadcastLocked(BroadcastRecord r) {// 将广播添加到队列mParallelBroadcasts.add(r);}void processNextBroadcastLocked() {// 从队列取出并分发广播BroadcastRecord r = mParallelBroadcasts.remove(0);deliverBroadcast(r);}
}

BroadcastRecord

  • 职责：描述一个广播事件。
  • 功能：
    存储广播的 Intent 和接收者列表。

关键代码：

public final class BroadcastRecord {Intent intent;List<BroadcastReceiver> receivers;BroadcastRecord(Intent intent, List<BroadcastReceiver> receivers) {this.intent = intent;this.receivers = receivers;}
}

2.5 服务管理（Service Management）

ActiveServices

  • 职责：管理系统中所有的服务。
  • 功能：
    1、启动、停止服务。
    2、维护运行中服务的状态。

关键代码： 源码路径：frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActiveServices.java

public final class ActiveServices {final ArrayMap<IBinder, ServiceRecord> mServiceMap = new ArrayMap<>();void startServiceLocked(ServiceRecord r) {// 启动服务逻辑r.startService();}void stopServiceLocked(ServiceRecord r) {// 停止服务逻辑r.stopService();}
}

2.6 权限管理（AppOps Management）

AppOpsService

  • 职责：控制应用的敏感操作权限。
  • 功能：
    1、跟踪应用的权限使用。
    2、限制未经授权的操作。

关键代码： 源码路径：frameworks/base/services/core/java/com/android/server/AppOpsService.java

public final class AppOpsService {SparseArray<UidState> mUidStates = new SparseArray<>();boolean checkOperation(int code, int uid) {UidState state = mUidStates.get(uid);return state != null && state.isOperationAllowed(code);}
}

电量统计（Battery Stats）

BatteryStatsService

  • 职责：统计系统的电量消耗。
  • 功能：
    1、跟踪每个进程的耗电量。
    2、提供统计信息给其他系统服务。

关键代码： 源码路径：frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/BatteryStatsService.java

public final class BatteryStatsService {final BatteryStatsImpl mStats;void noteStartWakeLocked(int uid, String name) {// 记录唤醒事件mStats.noteStartWakeLocked(uid, name);}
}

三、Activity 启动流程详解

Activity 的启动流程是 Android 系统中一个核心机制，涉及多个组件的协作，包括 应用进程、AMS（ActivityManagerService）、WMS（WindowManagerService） 和 Binder 通信机制。以下是完整的 Activity 启动流程解析，结合系统源码逐步分析。

3.1 启动流程概览

从开发者调用 startActivity 方法，到 Activity 界面成功显示在屏幕上，大致可以分为以下几个阶段：
应用层：应用通过 startActivity 发起请求。
跨进程通信：ActivityManagerService 接收请求并处理。
任务栈管理：AMS 分配任务栈并通知应用创建 Activity。
窗口管理：WMS 创建窗口，启动绘制流程。
最终显示：应用进程完成 Activity 的启动，并渲染到屏幕。

我们从Launcher触发启动流程开始：

1. 从 Launcher 触发启动

1.1 用户点击事件
用户点击图标时，Launcher 会捕获点击事件并调用 startActivity 方法。

关键代码：
packages/apps/Launcher3/src/com/android/launcher3/Launcher.java

// 点击事件触发
@Override
public void onClick(View v) {Intent intent = ...;  // 包含应用信息的 IntentstartActivitySafely(intent);
}// 安全启动 Activity
private boolean startActivitySafely(Intent intent) {try {startActivity(intent);  // 调用 Activity 的 startActivity 方法return true;} catch (ActivityNotFoundException e) {// 处理异常return false;}
}

分析：
startActivity：发起对 ActivityManagerService（AMS）的请求，通过 Binder 调用系统服务。

2. 系统进程处理请求

AMS 接收请求
点击图标后，AMS 通过 startActivity 方法接收请求，负责任务栈管理和进程启动。

关键代码：
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityTaskManagerService.java

@Override
public int startActivity(IApplicationThread caller, Intent intent, ...) {// 启动请求进入 ActivityStarterreturn mActivityStartController.obtainStarter(intent, ...).execute();
}

1. 任务栈分配
AMS 检查该应用是否已经运行，并决定是否复用现有任务栈（Task），或者新建一个任务栈。

任务栈分配代码：
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityStarter.java

private int startActivityUnchecked() {ActivityStack stack = mSupervisor.resolveTaskForActivity(...);stack.startActivityLocked(...);
}

2. 进程检查
如果应用未运行，AMS 会启动应用进程。

3. 应用进程启动

Zygote 创建进程
AMS 请求 Zygote 创建新的应用进程。Zygote 是 Android 的进程孵化器，用于 fork 出新的应用进程。
关键代码：
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java

private boolean startProcessLocked(...) {// 向 Zygote 发送进程启动请求Process.start(...);
}

Zygote 处理流程：
1、接收到 fork 请求后，创建新的应用进程。
2、启动 ActivityThread，进入应用主线程。

4. Activity 创建

1、AMS 通知应用进程
进程启动后，AMS 通过 ApplicationThread 调用 ActivityThread 的 scheduleLaunchActivity，通知应用启动 Activity。

关键代码：
frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java

public void scheduleLaunchActivity(Intent intent, ...) {sendMessage(H.LAUNCH_ACTIVITY, r);  // 发送启动消息
}private void handleLaunchActivity(ActivityClientRecord r, ...) {// 核心启动逻辑Activity activity = performLaunchActivity(r);activity.performStart();  // 调用 onStart
}

2. Activity 生命周期回调

  • performLaunchActivity 方法完成以下操作：
    1、加载目标 Activity 类并实例化。
    2、调用 onCreate、onStart 等生命周期方法。
    关键代码：
private Activity performLaunchActivity(ActivityClientRecord r, ...) {// 创建 Activity 实例Activity activity = mInstrumentation.newActivity(...);// 调用 Activity 的 onCreate 方法activity.performCreate(r.state);return activity;
}

5. 界面绘制

1. 创建窗口
Activity 完成初始化后，ActivityThread 请求 WindowManagerService 创建窗口。

关键代码：
frameworks/base/core/java/android/view/WindowManagerImpl.java

public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params) {mGlobal.addView(view, params, mContext.getDisplay(), mParentWindow);
}

2. 绘制流程

  1. ViewRootImpl 初始化：负责窗口的绘制和事件分发。
  2. Surface 创建：WMS 通知 SurfaceFlinger 创建显示的 Surface。
  3. 渲染完成：通过 OpenGL 绘制界面并呈现到屏幕。

相关源码路径

Launcher：packages/apps/Launcher3/src/com/android/launcher3/Launcher.java

AMS：frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java

ActivityThread：frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java

WindowManagerService：frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService.java

AMS 的常见问题及优化

只是提供思路，Google已经做的很牛逼了, 大多数优化在新版本都已经做到了，把它移植到低版本的系统就好了

1. Activity 和资源管理的内存优化

问题：
在大量 Activity 启动和销毁的过程中，内存泄漏和资源回收不及时是常见问题，尤其是在多次启动和销毁 Activity 时。

优化思路：

  • 及时释放资源：在 Activity 或 Task 被销毁时，及时释放与其相关的资源，避免内存泄漏。
  • 使用 WeakReference：使用弱引用来管理 Activity 或 View，避免强引用导致内存泄漏。
  • 垃圾回收优化：定期进行内存清理，主动回收不再使用的资源。

源码修改：

// 使用弱引用管理 Activity
private WeakReference<Activity> mActivityReference;// 定期进行内存清理
public void cleanupUnusedResources() {for (Activity activity : mActivityStack) {if (activity == null || !activity.isRunning()) {mActivityStack.remove(activity);}}
}

2. 任务栈优化（减少过度清理）

问题：
AMS 在管理任务栈时，可能会清理过度，导致应用的任务栈被不必要地清除，增加重新启动的时间和负载。

优化思路：

  • 任务栈复用：在某些情况下，复用已有的任务栈，而不是每次都清理并重新创建，减少任务栈的创建和销毁操作。
  • 智能清理：根据任务的优先级和使用频率，智能清理任务栈，避免清理过多有用的任务。

源码修改：

// 智能清理任务栈
private void smartClearTaskStacks() {for (Iterator<Map.Entry<Integer, ActivityStack>> it = mTaskStacks.entrySet().iterator(); it.hasNext(); ) {Map.Entry<Integer, ActivityStack> entry = it.next();ActivityStack stack = entry.getValue();if (stack.isEmpty() || !stack.isRecentlyUsed()) {it.remove();  // 清理空栈或长时间未使用的栈}}
}

总结

AMS 是 Android 系统的中枢，其源码复杂但逻辑清晰，理解其工作机制可以帮助开发者优化应用性能。通过分析源码实现，可以深入掌握 Activity 启动、任务管理、进程调度等机制。

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