Service 启动流程分析

Service 在 客户端 的启动入口位于 ContextImpl.startService(Intent intent) ，因此我们从它入手。

[--> android/app/ContextImpl.java]

  public ComponentName startService(Intent service) {
     //如果当前进程是 system-server 进程，
     //调用 startService 会通过 Log 打印警告信息。
     warnIfCallingFromSystemProcess();
     return startServiceCommon(service, mUser);
   }

startService 通过调用 startServiceCommon 来完成余下的工作，其代码如下：

private ComponentName startServiceCommon(Intent service, UserHandle user) {
     try {
       //验证启动目标 Service 的 Intent 的合法性
       validateServiceIntent(service);
       //让 Intent 为跨进程调用做准备
       service.prepareToLeaveProcess();
       //调用 ActivityManagerNative 的 startService，
       //这实际上是一个远程调用。
       ComponentName cn = ActivityManagerNative.getDefault().startService(
         mMainThread.getApplicationThread(), service,
         service.resolveTypeIfNeeded(getContentResolver()), user.getIdentifier());
       //根据调用结果做对应的处理
       if (cn != null) {
         if (cn.getPackageName().equals("!")) {
           //不具备调用目标 Service 的权限
           throw new SecurityException(
               "Not allowed to start service " + service
               + " without permission " + cn.getClassName());
         } else if (cn.getPackageName().equals("!!")) {
           // 无法启动目标 Service 的处理
           throw new SecurityException(
               "Unable to start service " + service
               + ": " + cn.getClassName());
         }
       }
       return cn;
     } catch (RemoteException e) {
       return null;
     }
   }

startServiceCommon 首先验证启动目标 Service 的 Intent 的合法性，然后调用 ActivityManagerNative.startService(...) 来启动 Service，最后做了收尾工作。我们接着来到 ActivityManagerNative 一探究竟：

[-->android/app/ActivityManagerNative.java]

 public ComponentName startService(IApplicationThread caller, Intent service,
       String resolvedType, 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.writeInt(userId);
     mRemote.transact(START_SERVICE_TRANSACTION, data, reply, 0);
     reply.readException();
     ComponentName res = ComponentName.readFromParcel(reply);
     data.recycle();
     reply.recycle();
     return res;
   }

相信读者看一看代码就清楚，这是一个 RPC(Remote Procedure Call) 调用，只不过它不是 AIDL 生成的，而是手工实现的。不过还有个疑问，这里的 mRemote 是从哪里来的呢？我们定位到取得这个 IBinder 的位置：

private static final Singleton<IActivityManager> gDefault = new Singleton<IActivityManager>() {
     protected IActivityManager create() {
       IBinder b = ServiceManager.getService("activity");
       IActivityManager am = asInterface(b);
       return am;
     }
   };

显然，这个 mRemote 是通过 ServiceManager 来维护的，它对应的是 ActivityManagerService 。 ActivityManagerService 运行在 system-server 进程，它实际上是一个 进程级别 的单例。我们接着分析 startService 在服务端的实现：

[-->com/android/server/am/ActivityManagerService.java]

  public ComponentName startService(IApplicationThread caller, Intent service,
       String resolvedType, int userId) {
     enforceNotIsolatedCaller("startService");
     // 拒绝包含可能造成内存泄露的文件描述符的 Intent
     if (service != null && service.hasFileDescriptors() == true) {
       throw new IllegalArgumentException("File descriptors passed in Intent");
     }
     synchronized(this) {
       final int callingPid = Binder.getCallingPid();
       final int callingUid = Binder.getCallingUid();
       final long origId = Binder.clearCallingIdentity();
       ComponentName res = mServices.startServiceLocked(caller, service,
           resolvedType, callingPid, callingUid, userId);
       Binder.restoreCallingIdentity(origId);
       return res;
     }
   }

ActivityManagerService 的 startService 被客户端调用后，首先对 Intent 进行检查，然后跳转到调用 mServices.startServiceLocked(...) 进行余下工作。这里的 mService 的类型是 ActiveServices ，它的作用是什么呢？我们来看看这个类包含了哪些函数：

ActiveServices 的作用显而易见了，它负责处理 Service 的组件调用 和 维护 Service 的状态信息 。那么 startServiceLocked 做了哪些事情呢？我们来看代码：

[-->com/android/server/am/ActiveServices.java]

  ComponentName startServiceLocked(IApplicationThread caller,
       Intent service, String resolvedType,
       int callingPid, int callingUid, int userId) {

     final boolean callerFg;
     //检查调用方身份
     if (caller != null) {
       final ProcessRecord callerApp = mAm.getRecordForAppLocked(caller);
       //在 ActivityManagerService 中查询不到调用者，直接抛出异常。
       if (callerApp == null) {
         throw new SecurityException(
             "Unable to find app for caller " + caller
             + " (pid=" + Binder.getCallingPid()
             + ") when starting service " + service);
       }
       //判断调用方是前台进程还是后台进程
       callerFg = callerApp.setSchedGroup != Process.THREAD_GROUP_BG_NONINTERACTIVE;
     } else {
       callerFg = true;
     }
     //检索匹配 Service 组件信息
     ServiceLookupResult res =
       retrieveServiceLocked(service, resolvedType,
           callingPid, callingUid, userId, true, callerFg);
     //没有匹配到 Service 组件      
     if (res == null) {
       return null;
     }
     if (res.record == null) {
       //目标 Service 组的 android:export 属性为 false
       return new ComponentName("!", res.permission != null
           ? res.permission : "private to package");
     }
     
     ServiceRecord r = res.record;
     
     if (!mAm.getUserManagerLocked().exists(r.userId)) {
       //目标 Service 组件不存在于任何 User
       Slog.d(TAG, "Trying to start service with non-existent user! " + r.userId);
       return null;
     }
     //Uri 权限检查
     NeededUriGrants neededGrants = mAm.checkGrantUriPermissionFromIntentLocked(
         callingUid, r.packageName, service, service.getFlags(), null, r.userId);
     
     //如果目标的 Service 正在被请求重启，但还未重启，取消这个请求
     if (unscheduleServiceRestartLocked(r, callingUid, false)) {
       if (DEBUG_SERVICE) Slog.v(TAG, "START SERVICE WHILE RESTART PENDING: " + r);
     }
     r.lastActivity = SystemClock.uptimeMillis();
     r.startRequested = true;
     r.delayedStop = false;
     r.pendingStarts.add(new ServiceRecord.StartItem(r, false, r.makeNextStartId(),
         service, neededGrants));
     final ServiceMap smap = getServiceMap(r.userId);
     boolean addToStarting = false;
     if (!callerFg && r.app == null && mAm.mStartedUsers.get(r.userId) != null) {
       ProcessRecord proc = mAm.getProcessRecordLocked(r.processName, r.appInfo.uid, false);
       
       if (proc == null || proc.curProcState > ActivityManager.PROCESS_STATE_RECEIVER) {
       
         if (r.delayed) {
           // 目标 Service 正在启动中，但还没有启动完成。
           return r.name;
         }
         if (smap.mStartingBackground.size() >= mMaxStartingBackground) {
           // 该进程有其它组件正在启动，等待它完成后再启动。
           Slog.i(TAG, "Delaying start of: " + r);
           smap.mDelayedStartList.add(r);
           r.delayed = true;
           return r.name;
         }
         addToStarting = true;
       } else if (proc.curProcState >= ActivityManager.PROCESS_STATE_SERVICE) {
         addToStarting = true;
       } 
     } 
     return startServiceInnerLocked(smap, service, r, callerFg, addToStarting);
   }

这里解释一下 startServiceLocked 的工作流程。

• 检查了调用者的身份，以防止 匿名组件攻击 。
• 根据客户端传入的数据 检索 匹配的 Service 组件信息。
• 如果检索成功，进一步检查客户端是否有权限调起目标 Service。对于在 AndroidManifest.xml 将 android:export 标签 设为 false 的 Service ，只有调用者与目标 Service 包名相同并且 uid 相同时才允许调起。
• 如果目标的 Service 正在被请求重启，但还未重启，取消这个请求。
• 如果目标进程已经创建， 但进程有其它组件正在启动，等待它完成后再启动。

在完成以上流程后，它调用了 startServiceInnerLocked 来完成余下的工作：

  ComponentName startServiceInnerLocked(ServiceMap smap, Intent service,
      ServiceRecord r, boolean callerFg, boolean addToStarting) {
    ProcessStats.ServiceState stracker = r.getTracker();
    if (stracker != null) {
      //跟踪 Service 的内存消耗
      stracker.setStarted(true, mAm.mProcessStats.getMemFactorLocked(), r.lastActivity);
    }
    r.callStart = false;
    synchronized (r.stats.getBatteryStats()) {
      //跟踪 Service 的耗电量
      r.stats.startRunningLocked();
    }
    //通知客户端进程启动 Service
    String error = bringUpServiceLocked(r, service.getFlags(), callerFg, false);
    if (error != null) {
      //启动失败
      return new ComponentName("!!", error);
    }

    if (r.startRequested && addToStarting) {
      boolean first = smap.mStartingBackground.size() == 0;
      smap.mStartingBackground.add(r);
      //设定客户端 Service 启动超时的时间
      r.startingBgTimeout = SystemClock.uptimeMillis() + BG_START_TIMEOUT;
      if (first) {
        smap.rescheduleDelayedStarts();
      }
    } else if (callerFg) {
      smap.ensureNotStartingBackground(r);
    }

    return r.name;
  }

这个函数中，启动了对 Service 内存消耗和电量消耗的跟踪，然而到了最关键的一步： 调起目标客户端进程来启动 Service 。它的逻辑实现在 bringUpServiceLocked(...) 中，我们来到这个函数：

private final String bringUpServiceLocked(ServiceRecord r,
      int intentFlags, boolean execInFg, boolean whileRestarting) {

    if (r.app != null && r.app.thread != null) {
      //目标 Service 已经启动
      sendServiceArgsLocked(r, execInFg, false);
      return null;
    }

    if (!whileRestarting && r.restartDelay > 0) {
      // 如果目标 Service 正在等待 restart 完成，什么都不用做，直接返回。
      return null;
    }
    //从正在重启的 Service 列表中移除目标 Service
    if (mRestartingServices.remove(r)) {
      clearRestartingIfNeededLocked(r);
    }
    //目标 Service 不再是 delayed 状态
    if (r.delayed) {
       getServiceMap(r.userId).mDelayedStartList.remove(r);
      r.delayed = false;
    }
    // 确保目标 Service 所属的 User 处于 started 状态。
    if (mAm.mStartedUsers.get(r.userId) == null) {
      String msg = "Unable to launch app "
          + r.appInfo.packageName + "/"
          + r.appInfo.uid + " for service "
          + r.intent.getIntent() + ": user " + r.userId + " is stopped";
      Slog.w(TAG, msg);
      bringDownServiceLocked(r);
      return msg;
    }

    //Service 即将被启动，它所属的 Package 不能被停止。
    try {
      AppGlobals.getPackageManager().setPackageStoppedState(
          r.packageName, false, r.userId);
    } catch (RemoteException e) {
    } catch (IllegalArgumentException e) {
      Slog.w(TAG, "Failed trying to unstop package "
          + r.packageName + ": " + e);
    }
    
    //检查要启动的 Service 是否被隔离
    final boolean isolated = (r.serviceInfo.flags&ServiceInfo.FLAG_ISOLATED_PROCESS) != 0;
    final String procName = r.processName;
    ProcessRecord app;

    if (!isolated) {
      app = mAm.getProcessRecordLocked(procName, r.appInfo.uid, false);
      //目标进程已经创建
      if (app != null && app.thread != null) {
        try {
          //该进程又多了一个正在运行的 Package
          app.addPackage(r.appInfo.packageName, r.appInfo.versionCode, mAm.mProcessStats);
          //在客户端创建并启动目标 Service
          realStartServiceLocked(r, app, execInFg);
          return null;
        } catch (RemoteException e) {
          Slog.w(TAG, "Exception when starting service " + r.shortName, e);
        }
      }
    } else {
      app = r.isolatedProc;
    }

    //目标进程还未创建
    if (app == null) {
      //通过 ActivityManagerService 来创建目标进程，调用将阻塞到目标进程创建完成为止
      if ((app=mAm.startProcessLocked(procName, r.appInfo, true, intentFlags,
          "service", r.name, false, isolated, false)) == null) {
        //运行到这里说明目标进程创建失败
        String msg = "Unable to launch app "
            + r.appInfo.packageName + "/"
            + r.appInfo.uid + " for service "
            + r.intent.getIntent() + ": process is bad";
        Slog.w(TAG, msg);
        bringDownServiceLocked(r);
        return msg;
      }
      if (isolated) {
        r.isolatedProc = app;
      }
    }
    //将目标 Service 添加到 正在启动 Service 但未启动完成 的 Service 列表中
    if (!mPendingServices.contains(r)) {
      mPendingServices.add(r);
    }

    if (r.delayedStop) {
      r.delayedStop = false;
      if (r.startRequested) {
        stopServiceLocked(r);
      }
    }
    return null;
  }

这个函数又依次做了以下事情：

• 如果目标 Service 已经启动，直接 sendServiceArgsLocked(...) 并返回。
• 如果目标 Service 正在被重启，但未重启完成，直接返回。
• 从 正在重启的 Service 列表 中移除目标 Service。
• 清除目标 Service 的 delayed 状态 。
• 如果目标 Service 所属的 User 未处于 started 状态 ，则不允许启动目标 Service。
• 判断目标 Service 所处的进程是否 已经创建 。
• 如果进程已经创建，通过 realStartServiceLocked(...) 通知客户端创建并启动目标 Service。
• 如果进程还未创建，通过 ActivityManagerService 的 startProcessLocked(...) 来创建目标进程。
• 将目标 Service 添加到 正在启动 Service 但未启动完成 的 Service 列表中。

故真正创建和启动 Service 的逻辑在 realStartServiceLocked ，我们来到这个函数：

  private final void realStartServiceLocked(ServiceRecord r,
      ProcessRecord app, boolean execInFg) throws RemoteException {
    if (app.thread == null) {
      throw new RemoteException();
    }
    //填充 ServiceRecord
    r.app = app;
    r.restartTime = r.lastActivity = SystemClock.uptimeMillis();

    app.services.add(r);
    bumpServiceExecutingLocked(r, execInFg, "create");
    mAm.updateLruProcessLocked(app, false, null);
    mAm.updateOomAdjLocked();

    boolean created = false;
    try {
      synchronized (r.stats.getBatteryStats()) {
        r.stats.startLaunchedLocked();
      }
      //确保目标 App 的 Dex 已经优化完成
      mAm.ensurePackageDexOpt(r.serviceInfo.packageName);
      app.forceProcessStateUpTo(ActivityManager.PROCESS_STATE_SERVICE);
      //通知客户端的 ApplicationThread 创建和启动目标 Service
      app.thread.scheduleCreateService(r, r.serviceInfo,
          mAm.compatibilityInfoForPackageLocked(r.serviceInfo.applicationInfo),
          app.repProcState);
      r.postNotification();
      created = true;
    } catch (DeadObjectException e) {
      //在启动 Service 的过程中，目标进程突然挂了
      Slog.w(TAG, "Application dead when creating service " + r);
      mAm.appDiedLocked(app);
    } finally {
      if (!created) {
        app.services.remove(r);
        r.app = null;
        scheduleServiceRestartLocked(r, false);
        return;
      }
    }
    //如果 Service 需要绑定，则绑定目标 Service
    requestServiceBindingsLocked(r, execInFg);

    updateServiceClientActivitiesLocked(app, null, true);

    if (r.startRequested && r.callStart && r.pendingStarts.size() == 0) {
      r.pendingStarts.add(new ServiceRecord.StartItem(r, false, r.makeNextStartId(),
          null, null));
    }
    //通知客户端 ApplicationThread 调用目标 Service 的 onStartCommand 方法
    sendServiceArgsLocked(r, execInFg, true);

    if (r.delayed) {
 getServiceMap(r.userId).mDelayedStartList.remove(r);
      r.delayed = false;
    }

    if (r.delayedStop) {
      r.delayedStop = false;
      if (r.startRequested) {
        stopServiceLocked(r);
      }
    }
  }

代码比较简单，服务端首先填充 ServiceRecord 中关于目标 Service 的数据，一切无误后远程调用客户端的 scheduleCreateService 函数来创建目标 Service。 scheduleCreateService 函数位于 android.app.IApplicationThread 接口。那么，它又是何物呢？我们来看看这个接口：

[-->androiod/app/IApplicationThread.java]

/**
 * System private API for communicating with the application.  This is given to
 * the activity manager by an application  when it starts up, for the activity
 * manager to tell the application about things it needs to do.
 */
public interface IApplicationThread extends IInterface {
  //...
}

看注释就很清楚了，它是服务端与客户端通信的桥梁，每一个客户端进程都对应一个 IApplicationThread ，它的实例会在进程创建后传递到服务端，方便服务端与客户端通信。 IApplicationThread 接口的部分实现在 android.app.ApplicationThreadNative ，它仍然是一个 抽象类 ，但是实现了大部分接口中的方法：

[-->androiod/app/ApplicationThreadNative.java]

public abstract class ApplicationThreadNative extends Binder
    implements IApplicationThread {
    
     static public IApplicationThread asInterface(IBinder obj) {
    if (obj == null) {
      return null;
    }
    IApplicationThread in =
      (IApplicationThread) obj.queryLocalInterface(descriptor);
    if (in != null) {
      return in;
    }
    return new ApplicationThreadProxy(obj);
  }
  //...   
}

真正完整的是 ApplicationThread 。它继承了 ApplicationThreadNative ，并实现了所有的抽象方法。它是 android.app.ActivityThread 的内部类：

[-->androiod/app/ActivityThread.java]

  public final class ActivityThread {
    
    private class ApplicationThread extends ApplicationThreadNative {
    
      public final void scheduleCreateService(IBinder token,
        ServiceInfo info, CompatibilityInfo compatInfo, int processState) {
        //...
      }
      //...
    }
    //...
  }

它的家族体系如图所示：

由前面的分析可知，远程服务端最终会调用 ApplicationThread。scheduleCreateService ，那么我们来看看 scheduleCreateService 是怎样实现的：

    public final void scheduleCreateService(IBinder token,
        ServiceInfo info, CompatibilityInfo compatInfo, int processState) {
      //更新进程状态
      updateProcessState(processState, false);
      CreateServiceData s = new CreateServiceData();
      s.token = token;
      s.info = info;
      s.compatInfo = compatInfo;
      发送请求到 Handler
      sendMessage(H.CREATE_SERVICE, s);
    }

scheduleCreateService 中将传递进来的参数包装成了一个 CreateServiceData ，然后通过 sendMessage 传递到 Handler。 这里的 sendMessage 的实现如下：

  private void sendMessage(int what, Object obj, int arg1, int arg2, boolean async) {
    Message msg = Message.obtain();
    msg.what = what;
    msg.obj = obj;
    msg.arg1 = arg1;
    msg.arg2 = arg2;
    if (async) {
      msg.setAsynchronous(true);
    }
    mH.sendMessage(msg);
  }

因此，消息发送到的是 ActivityThread 中的 mH 。 mH 的类型为 H ，继承自 Handler：

private class H extends Handler {
      public static final int CREATE_SERVICE      = 114;
      //...
      public void handleMessage(Message msg) {
        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);
          break;
        //...
        }
      }

}

mH 收到 what 为 CREATE_SERVICE 的 Message 后，通过 handleCreateService 做后续处理：

  private void handleCreateService(CreateServiceData data) {
    //停止空闲时自动触发 GC 的机制
    unscheduleGcIdler();
    //取得 App 对应的 LoadedApk
    LoadedApk packageInfo = getPackageInfoNoCheck(
        data.info.applicationInfo, data.compatInfo);
    //创建 Service    
    Service service = null;
    try {
      //通过反射来创建 Service 实例
      java.lang.ClassLoader cl = packageInfo.getClassLoader();
      service = (Service) cl.loadClass(data.info.name).newInstance();
    } catch (Exception e) {
      //...
    }

    try {
      //创建 Service 的 base context
      ContextImpl context = ContextImpl.createAppContext(this, packageInfo);
      context.setOuterContext(service);
      //取得 Application
      Application app = packageInfo.makeApplication(false, mInstrumentation);
      //填充信息到 Service
      service.attach(context, this, data.info.name, data.token, app,
          ActivityManagerNative.getDefault());
      service.onCreate();
      //将创建完成的 Service 放入 mServices 这个 Map 中
      mServices.put(data.token, service);
      try {
       //通知服务端，Service 启动完成。 
       ActivityManagerNative.getDefault().serviceDoneExecuting(
            data.token, SERVICE_DONE_EXECUTING_ANON, 0, 0);
      } catch (RemoteException e) {
        // nothing to do.
      }
    } catch (Exception e) {
      //...
    }
  }

代码十分清晰，这个函数做了以下事情：

• 根据 ServiceInfo 中的 ApplicationInfo 取得 App 对应的 LoadedApk。
• 通过 LoadedApk 拿到 ClassLoader 来反射创建目标 Service 实例。
• 通过 ContextImpl.createAppContext(...) 来创建 base context。前面分析过，Service 继承自 ContextWrapper ，它的 attachBaseContext 方法传入的就是这里的 context 。
• 填充信息到 Service，这样 Service 才能知道自己的身份。
• 调用 Service.onCreate 方法。
• 将创建完成的 Service 放入 mServices 这个 Map 中。
• 通知服务端，Service 启动完成。如果前面的过程耗时太长，服务端会认为客户端的 Service 启动失败。