Android 组件内核

什么是binder

1. 什么是Binder？

Binder 是 Android 系统中实现进程间通信（IPC, Inter-Process Communication）的核心机制。它是 Android 独有的、基于C/S架构的高效IPC框架，底层由内核驱动支持，广泛用于系统服务（如AMS、WMS、Service等）和应用间通信。

2. Binder架构组成

• Binder驱动（内核空间）
  位于 /dev/binder，负责消息的传递和对象引用管理。
• ServiceManager（守护进程）
  管理所有Binder服务的注册与查询。
• Server端（服务提供者）
  继承自 Binder，实现具体业务逻辑。
• Client端（服务调用者）
  通过 Proxy 代理对象与服务端通信。
• Binder库（用户空间）
  提供Java和C++的Binder通信API。

3. 工作原理与通信流程

1）服务注册

• 服务端（如SystemServer中的AMS）继承Binder，实现业务接口，并通过ServiceManager注册服务。

2）服务查询

• 客户端通过ServiceManager查询目标服务，获得一个Binder代理对象（Proxy）。

3）通信过程

• 客户端通过Proxy发起远程方法调用，数据通过Parcel序列化，传递给Binder驱动。
• Binder驱动负责跨进程传递数据，唤醒服务端线程池，服务端解包数据并执行方法。
• 返回值同样通过Binder驱动回传给客户端。

4）核心数据结构

• IBinder：Java层的Binder接口，所有Binder对象的基类。
• Parcel：高效的序列化/反序列化容器。
• Binder线程池：服务端用于处理Binder请求的线程池。

4. 关键技术点

• 零拷贝/高效传输：Binder驱动采用内核空间的内存映射，减少用户空间与内核空间的数据拷贝，提高效率。
• 引用计数/安全性：Binder机制自动管理对象引用，防止内存泄漏和非法访问。
• 权限校验：支持UID/PID校验，保证通信安全。
• 支持一对多/多对多通信：如AIDL、Messenger、ContentProvider等都基于Binder。

Binder通信的安全与性能机制
安全机制
Binder驱动自动传递调用方的UID/PID，服务端可做身份校验。
支持权限声明（如AIDL接口可声明enforcePermission），防止未授权访问。
配合SELinux、App沙箱机制，进一步提升安全性。
性能机制
Binder采用内核空间的内存映射（mmap），实现零拷贝或最小拷贝，效率高于Socket等传统IPC。
支持对象引用传递（Binder引用计数），避免重复序列化。
线程池机制避免主线程阻塞，提升并发处理能力。

5. 常见面试考点

1）Binder与传统IPC（Socket、管道、共享内存等）对比

• 性能高、支持对象引用、支持跨语言、内核级安全、易用性强。

2）AIDL与Binder关系

• AIDL自动生成Stub和Proxy，底层通信依赖Binder机制。

3）Binder线程池与ANR

• 服务端通过线程池处理请求，若线程池耗尽或主线程阻塞，可能导致ANR。

4）Binder通信的生命周期与内存管理

• Binder驱动自动管理引用计数，防止内存泄漏。

5）Binder的安全机制

• 支持权限校验、SELinux策略、UID/PID传递。

6. 面试表达建议（简明版）

Binder是Android系统实现高效进程间通信的核心机制，底层由内核驱动支持，采用C/S架构。它通过ServiceManager实现服务注册与查询，客户端通过Proxy对象与服务端通信，数据通过Parcel序列化后由Binder驱动在内核空间高效传递。Binder机制具备高性能、强安全性、自动内存管理等优点，是Android系统服务、AIDL、Messenger等IPC的基础。

7. 简易流程图

什么是 AMS（Activity Manager Service）

• 基本信息：AMS是Framework层的系统服务，运行在system_server进程中，是一个Java层的单例类。系统启动时由SystemServer.java初始化，通过Binder IPC机制与应用程序通信。
• 核心功能
◦ 生命周期管理：负责Activity、Service、BroadcastReceiver等组件的启动、暂停、停止、销毁等生命周期操作。
◦ 进程管理：根据应用优先级管理进程的创建、销毁和优先级调整，通过ProcessRecord记录进程信息，必要时回收低优先级进程以释放资源。
◦ 任务栈管理：通过ActivityStack和TaskRecord管理Activity的任务栈，支持多任务、多窗口模式，决定Activity在任务栈中的创建和存放方式。
◦ 权限管理：检查应用权限，确保应用在访问敏感资源时具备相应权限。
◦ ANR监控：监控主线程的响应时间，若主线程阻塞超过默认5秒，会触发ANR弹窗。
• 相关关键类与数据结构
◦ ActivityManagerService：AMS的核心类，管理所有与Activity相关操作。
◦ ActivityStack：管理Activity的任务栈。
◦ TaskRecord：表示一个任务，包含多个Activity。
◦ ProcessRecord：记录进程信息。
◦ ActivityRecord：表示一个Activity实例。

• Activity启动模式：AMS会根据Activity的启动模式决定其在任务栈中的创建和管理方式。启动模式包括standard（标准模式）、singleTop（栈顶复用模式）、singleTask（栈内复用模式）和singleInstance（单实例模式），开发者可在AndroidManifest.xml中设置或通过Intent标志动态改变。
• Intent解析与分发：当应用发送Intent时，AMS会根据其动作、数据等信息查找符合条件的组件，遍历AndroidManifest.xml文件进行匹配，找到后将Intent分发给相应组件。

app的启动，点击launcher icon 开始

1. 总览：从点击应用Icon到Activity显示的主流程

1. Launcher进程接收点击事件
2. Launcher通过Binder向SystemServer请求启动Activity
3. SystemServer（AMS）处理启动请求
4. 进程存在性检查，必要时Zygote孵化新进程
5. Application进程启动，ActivityThread启动主线程
6. ActivityThread通过Handler分发消息，反射创建Activity
7. Activity生命周期回调，界面最终显示

2. 详细分步流程

1）Launcher进程接收点击事件

• 用户点击桌面应用icon，Launcher的onClick()被触发。
• Launcher构造一个Intent（包含包名、Activity信息），调用startActivity()。

2）Launcher通过Binder向SystemServer请求启动Activity

• startActivity()最终调用到Instrumentation.execStartActivity()。
• 通过AIDL接口，Binder跨进程调用ActivityManagerService.startActivity()（AMS，系统服务，运行在SystemServer进程）。

3）AMS处理启动请求

• AMS进行权限校验、Intent解析、任务栈管理等。
• 判断目标应用进程是否存在：
  • 已存在：直接调度启动Activity。
  • 不存在：需要先启动应用进程。

4）进程管理与Zygote孵化

• 若目标进程不存在，AMS调用startProcessLocked()，通过Process.start()请求Zygote孵化新进程。
• Zygote进程通过socket接收fork请求，fork出新的App进程，并在新进程中执行ActivityThread.main()。

5）Application进程启动

• 新进程启动后，执行ActivityThread.main()，进入主线程（UI线程）消息循环。
• 通过Binder回调attachApplication()，AMS与新进程建立通信。

6）ActivityThread请求启动Activity

• AMS通过Binder回调scheduleLaunchActivity()，通知App进程启动目标Activity。
• ActivityThread收到消息后，通过Handler切换到主线程，调用performLaunchActivity()。
• 反射创建Activity实例，依次调用attach()、onCreate()等生命周期方法。

7）Activity界面显示

• Activity创建完成后，setContentView()加载布局，ViewRootImpl与WindowManager建立联系。
• WindowManager通过SurfaceFlinger合成界面，最终Activity界面显示在屏幕上。

3. 关键技术细节与源码链路

1）Binder跨进程通信

• Launcher与AMS、AMS与App进程之间均通过Binder通信，保证了进程间的高效与安全。

2）进程孵化与Zygote

• Zygote采用fork机制，极大提升了新进程启动速度（共享内存、Copy-On-Write）。

3）主线程消息机制

• ActivityThread基于Looper/Handler机制，保证所有UI操作在主线程串行执行，避免线程安全问题。

4）Activity生命周期管理

• AMS全局管理Activity栈，负责生命周期调度、任务切换、回收等。

5）Window与View体系

• Activity通过WindowManager与系统窗口管理服务交互，ViewRootImpl负责View的绘制、输入分发等。

4. 源码调用链（简化）

1. Launcher进程
   • onClick() → startActivity() → Instrumentation.execStartActivity() → AMS.startActivity()
2. AMS（SystemServer）
   • startActivity() → startProcessLocked()（如需新进程）→ Process.start() → Zygote fork
3. App进程
   • ActivityThread.main() → attach() → AMS.attachApplication() → scheduleLaunchActivity() → ActivityThread.H.handleMessage() → performLaunchActivity() → Activity.attach() → Activity.onCreate()

5. 流程时序图

6. 面试答题建议（精炼版）

Android应用从点击icon到Activity显示，涉及Launcher、AMS、Zygote、App进程、ActivityThread等多个系统组件。Launcher通过Binder向AMS发起启动请求，AMS负责进程管理和任务栈调度，必要时通过Zygote fork新进程。新进程启动后，ActivityThread通过Handler机制反射创建Activity并回调生命周期，最终通过WindowManager和SurfaceFlinger将界面显示到屏幕。整个过程高度依赖Binder通信、进程管理、消息机制和窗口系统，是Android系统架构的核心体现。

ActivityA调用startActivity(Intent)启动ActivityB

当ActivityA调用startActivity(Intent)启动ActivityB时，涉及应用进程、系统服务（AMS）、Binder通信、任务栈管理、ActivityThread调度、生命周期回调等多个环节。

详细流程分解

1）ActivityA进程（应用层）

• 调用链

  • ActivityA.startActivity(Intent)
    → Activity.startActivityForResult()
    → Instrumentation.execStartActivity()
    → 通过AIDL接口，Binder跨进程调用AMS（ActivityManagerService）的startActivity()。

• 技术点

  • Instrumentation用于监控和插桩，便于测试和生命周期管理。
  • Binder机制实现进程间通信，传递Intent、包名、调用者信息等。

2）AMS（ActivityManagerService，SystemServer进程）

• 权限与Intent校验

  • 校验调用者权限、Intent合法性、目标Activity是否可达。
  • 解析Intent，查找匹配的Activity（PackageManagerService参与）。

• 任务栈与ActivityRecord管理

  • 根据Intent flag、launchMode等，决定ActivityB是新建Task、复用Task还是在当前Task中入栈。
  • 创建ActivityRecord对象，记录ActivityB的所有元信息。
  • 维护ActivityStackSupervisor和ActivityStack，管理所有任务栈和Activity状态。

• 进程调度

  • 判断ActivityB所属进程是否存在：
    • 已存在：直接调度。
    • 不存在：调用startProcessLocked()，通过Zygote fork新进程。

• 调度启动

  • 通过Binder回调目标进程的ApplicationThread.scheduleLaunchActivity()，通知其启动ActivityB。

3）目标应用进程（ActivityB所属进程）

• ActivityThread消息分发

  • ApplicationThread（Binder服务端）收到scheduleLaunchActivity()，通过Handler切换到主线程。
  • 调用ActivityThread.handleLaunchActivity()，最终执行performLaunchActivity()。

• Activity创建与生命周期

  • 反射创建ActivityB实例，依次调用attach()、onCreate()、onStart()、onResume()等生命周期方法。
  • Instrumentation参与生命周期回调，便于测试和监控。

• 界面显示

  • setContentView()加载布局，ViewRootImpl与WindowManager建立联系，最终通过SurfaceFlinger合成界面。

4）ActivityA与ActivityB的生命周期切换

• AMS会根据启动模式和栈顶情况，决定ActivityA是否进入onPause()、onStop()等状态。
• ActivityB启动后成为前台，ActivityA可能被暂停或停止。

3. 源码关键链路（简化）

1. 应用进程
   • Activity.startActivity()
   • Instrumentation.execStartActivity()
   • ActivityManagerService.startActivity()
2. AMS
   • startActivity()
   • startProcessLocked()（如需新进程）
   • ApplicationThread.scheduleLaunchActivity()
3. 目标进程
   • ActivityThread.handleLaunchActivity()
   • Instrumentation.callActivityOnCreate()
   • Activity.onCreate()

4. 时序图

6. 面试答题建议

ActivityA启动ActivityB时，应用进程通过Binder调用AMS，AMS负责权限校验、Intent解析、任务栈管理和进程调度。AMS通过Binder回调目标进程的ApplicationThread，ActivityThread在主线程反射创建ActivityB并回调生命周期。整个过程涉及Binder通信、任务栈与ActivityRecord管理、进程孵化、Instrumentation插桩等，是Android四大组件调度的核心流程。