OpenHarmony_Ability启动流程分析

鸿蒙使小强 2023-03-10 13:48:27

startAbility函数用于启动一个Ability，是AMS中提供的接口，并且在应用中可以通过Ability API调用。本文通过分析startAbility函数的执行过程，来介绍Ability启动时的主要流程。

总览

本文只涉及FA模型中的Page Ability与Stage模型中的Ability，不包含Particle Ability（FA）或Extension Ability（Stage）。

有关Ability的基本知识与对应的模型请参考：Ability框架概述

整体流程图：

这里我们将启动流程分为三个阶段：创建任务、启动应用（可选）、启动Ability，接下来深入细节看每个阶段的具体流程。

创建任务

整个启动流程最初就是创建任务（Mission）并将其加入到合适的任务链（MissionList）中，期间还会创建其他的对象比如AbilityRequest、AbilityRecord等。

1. 创建AbilityRequest

AbilityRequest用于描述一个启动请求，在AMS中创建。其中包含了待启动的Ability的信息、app的信息（通过BMS获取），请求的Want，调用者的信息等，以供后续流程获取这些信息。

2. 决策任务链

接下来需要决定目标任务放在哪个任务链中，任务链的选择是在MissionListManager中进行的，遵循着以下规则：

目标是launcher，使用launcherList
调用方是sa，new MissionList
调用方是launcher
- 如果目标是singleton，判断是否之前启动过该ability并找到对应的Mission和MissionList
- 不是则新建MissionList
如果调用方的MissionList不是defaultStandardList 与defaultSingleList，则使用调用方的MissionList
如果是，则新建MissionList，将调用方加入到该list中

2.1 MissionListManager

AMS维护了MissionListManager，每个user对应一个MissionListManager。MissionListManager用于管理所有的Mission（任务，一个任务对应一个AbilityRecord）与任务链MissionList，并提供了一些对ability的操作（最小化、结束、启动等），其内部维护了一个MissionList的列表。

2.2 MissionList

管理着用户启动的一个任务链，记录了任务之间的拉起关系，是启动的任务(Mission)的集合，使用链表进行管理。为了方便管理，有以下几个特殊的任务链：

launcherList：launcher单独占据一个MissionList
defaultSingleList：任务链被破坏后，singleton的任务被移动到该MissionList
defaultStandardList ：任务链被破坏后，standard的任务被移动到该MissionList

2.3 Mission

Mission代表了用户启动的一个任务，一个Mission对应一个Ability记录。普通Ability每启动一次都会创建一个Mission，singleton类型的Ability则会复用。Mission仅用作记录信息。

3. 创建Misson与AbilityRecord

决定任务链后，需要创建Mission与其对应的AbilityRecord：

singleton模式的Ability尝试复用Mission
根据AbilityRequest创建AbilityRecord
创建InnerMissionInfo与MissionInfo
如果Mission为空，通过InnerMissionInfo的id、missionName与AbilityRecord生成Mission
AbilityRecord与Mission相互持有引用
将InnerMissionInfo存入MissionInfoMgr

3.1 任务类概览图

3.2 AbilityRequest与AbilityRecord

AbilityRequest表示一个请求，仅用作信息存储。AbilityRecord则表示一个Ability记录，AbilityRecord中的Ability信息与App信息均来自于AbilityRequest。AbilityRecord还存有want、preAbilityRecord_、nextAbilityRecord_、backAbilityRecord_、ability的运行信息等，以及一些对ability操作的api。后续AMS内通过AbilityRecord来获取Ability与其对应App的信息，并且对Ability的操作也是通过AbilityRecord来触发的。

3.3 InnerMissionInfo与MissionInfo

MissionInfo是元能力对外提供的用于描述任务信息的实体，其中包含任务的运行状态、运行时间、want引用、ability图标与名字等信息，对上提供任务api的数据就是来自于MissionInfo。InnerMissionInfo则是ams内部使用的实体，包含了MissionInfo的引用、bundleName，uid等信息。两者均为纯数据对象。

3.4 MissionInfoMgr

MissionInfoMgr管理着InnerMissionInfo，AMS与外部组件均直接或间接通过MissionInfoMgr来获取InnerMissionInfo中的MissionInfo，如当前任务的状态、快照等。WMS会为MissionInfoMgr注册快照处理器，用来生成任务快照。

4. 加入任务链

第一阶段的最后一步，是将创建的Mission加入到决策好的MissionList中，然后将MissionList添加至MissionListManager的顶部。

破坏任务链

在将Mission加入到MissionList中时，如果该Mission是被复用的，已经加入到MissionList中了，并且原来的任务链与现在的任务链不是同一个，或者调用方是Launcher或者sa，那么原任务链就会被破坏。原任务链内的standard任务被移动到该defaultStandardList ，singleton任务被移动到该defaultSingleList。

举个例子：

Ability A启动了singleton类型的Ability S，Ability B在后面某个时间点再一次启动了S，S原先的任务链是A的任务链，现在的任务链是B的任务链，两者不相同，A的任务链被破坏了。A的任务链中的任务会被移至default链中，S则被加入B的任务链顶部，B的任务链被移至MissionListManager顶部。

启动应用

任务与任务链准备完成后，通过AppMgrServiceInner::LoadAbility尝试装载Ability，其内部通过AppRunningManager判断应用是否已经启动，即是否是第一次启动。如果是会优先启动应用进程并创建Application，待应用启动完毕后再装载目标Ability。

1. 创建AppRunningRecord

AppRunningManager内部维护了所有应用的运行记录，即AppRunningRecord。AppRunningRecord记录了应用的信息、应用的运行状态（CREATE、READY、FOREGROUND、BACKGROUND、SUSPENDED、TERMINATED、END）、进程信息等，内部持有了模块运行信息列表。

应用第一次启动时，会先创建AppRunningRecord：

从BMS获取app、hap、ability的信息
决定进程名，规则为module.json中的process或bundleName
将以上信息传递给AppRunningManager来创建
为AppRunningRecord添加模块运行信息

2. 启动App进程

接下来根据进程名启动App进程：

如果在startAbility时，want内将coldStart设置为true，那么后续会执行冷启动流程
基于appspawn进程fork app进程
冷启动
- 使用execv执行子程序替换当前进程的正文、数据、堆和栈段
- 子程序为appspawn_start_app.cpp中的main函数
- new一个AppSpawnServer，并调用AppColdStart函数
- AppColdStart内会通过dlopen装载ace与nweb的so库
- 与热启动一样
热启动
- 配置应用沙箱
- 设置进程名
- 设置uid与gid
- 通知父进程启动结果
- 启动MainThread

3. 启动MainThread

接下来会调用AppExecFwk::MainThread::Start()函数，我们来看一看该函数内做了什么操作：

创建主EventRunner
创建MainThread实例
初始化与Main EventRunner对应的Main Handler
初始化一个名为TaskRunner的EventRunner与其对应的EventHandler，创建了名为TaskRunner的线程，主要用于Ability执行非UI任务
后续的所有流程包括启动应用、启动Ability均是在Start函数中触发的，在Start函数的最后是启动主EventRunner，这里将其提前以保持连贯性。EventRunner内部维护了一个消息队列，在启动后不断地从队列中取出事件交给对应的EventHandler处理。

4. 创建应用上下文

接下来程序执行到MainThread::Attach函数，最终会调用到MainThread的HandleLaunchApplication函数：

装载/system/lib/libace.z.so
创建ApplicationImpl对象
创建AbilityRecordMgr对象，用于管理AbilityLocalRecord
创建ContextDeal，并为其设置进程、应用、代码路径等信息，后续会将其设置到OHOSApplication对象中
创建OHOSApplication对象
初始化ResourceManager，用于应用加载资源
创建AbilityRuntime::ContextImpl，并将其设置到OHOSApplication对象中，作为AbilityStage Context的parent
Stage模式下会创建JsRuntime并设置给OHOSApplication，用于解释执行abc文件，其内部通过方舟引擎ArkNativeEngine实现该功能

4.1 Context概览图

4.2 ContextDeal与OHOSApplication

ContextDeal与OHOSApplication均继承自AppExecFwk::Context，区别就是OHOSApplication的直接父类是AppExecFwk::ApplicationContext。OHOSApplication中多了一些函数，如对AbilityStage的操作，以及Application的生命周期函数，如OnForeground、OnBackground。其还实现了AbilityLifecycleCallbacks，并提供了RegisterAbilityLifecycleCallbacks函数，用于在Ability生命周期变化时触发注册进来的回调函数。

ContextDeal与OHOSApplication相互持有，ContextDeal借助OHOSApplication实现CreateTaskDispatcher()系列的函数，OHOSApplication借助ContextDeal实现其他上下文函数，诸如GetProcessInfo、GetApplicationInfo、GetResourceManager等。

TaskDispatcher

TaskDispatcher与TaskExecutor一起协同工作，TaskDispatcher负责任务的分发，TaskExecutor则负责任务的执行。TaskDispatcher按业务目标分为很多类型，如UITaskDispatcher、主线程TaskDispatcher、ParallelTaskDispatcher、GlobalTaskDispatcher等。

4.3 ContextDeal与ContextImpl

ContextDeal是AppExecFwk::Context的实现，而ContextImpl是AbilityRuntime::Context的实现。两者有什么区别呢？

AppExecFwk::Context

程序执行框架中的上下文
包含了程序执行时需要的能力，如创建与获取TaskDispatcher、获取BMS、获取进程信息、对Mission的操作等
提供了大部分AbilityRuntime::Context的能力

AbilityRuntime::Context

Ability运行时的上下文
仅提供Ability运行中的信息获取，如获取应用信息、代码与缓存目录、资源管理器等。

4.4 OHOSApplication与ApplicationImpl

ApplicationImpl持有OHOSApplication，内部记录了Application的状态，以及一系列Perform函数，如PerformForeground、PerformBackground等，Perform函数内则会调用OHOSApplication中的生命周期函数。MainThread会在合适的时机调用Perform系列函数。

Application的状态

APP_STATE_CREATE
APP_STATE_READY
APP_STATE_FOREGROUND
APP_STATE_BACKGROUND
APP_STATE_TERMINATED

5. 启动应用

在Attach的最后，会调用ApplicationImpl::PerformAppReady来启动应用，也就是调用应用的生命周期函数并设置应用状态为APP_STATE_READY：

调用OHOSApplication的OnStart函数
应用状态设置为APP_STATE_READY
将AppRunningRecord中的应用状态也设置为APP_STATE_READY
启动Pending状态的Abilities，即状态为ABILITY_STATE_CREATE的Ability

启动Ability

在startAbility函数执行过程中，会根据Want对象中的BundleName与AbilityName创建AbilityRequest对象，最终在AppMgrServiceInner中创建AppRunningRecord对象。在创建时会为其添加ModuleRunningRecord，并且为ModuleRunningRecord添加AbilityRunningRecord。AbilityRunningRecord则是根据AbilityRecord中的AbilityInfo生成。

三者对应关系如下：

Application启动成功后，会根据AbilityRunningRecord启动Ability，即startAbility时指定的Ability

1. 创建AbilityLocalRecord

根据AbilityInfo与token生成AbilityLocalRecord，AbilityLocalRecord主要用于存储信息，如AbilityInfo、EventRunner、AbilityImpl、AbilityThread等。其被AbilityRecordMgr管理，可以通过其获取Ability相关信息。

2. 创建AbilityStage

接下来调用OHOSApplication::AddAbilityStage生成AbilityStage，该函数接受的参数是AbilityLocalRecord：

首先创建stageContext，类型为AbilityRuntime::ContextImpl
将stageContext的父context设置为OHOSApplication中的Application Context
寻找hap包内的AbilityStage.abc（ark运行时）并使用JsRuntime加载这个文件
如果hap内没有module.json（FA模型），会手动拼接AbilityStage.abc的路径为/assets/js/AbilityStage.abc，在加载该文件时会直接返回一个空的NativeReference对象
创建AbilityStage，Stage下具体实现类为JsAbilityStage，并将AbilityStage.abc解析出来的对象赋值给jsAbilityStageObj_
在Stage模型下创建js侧可用的AbilityStageContext对象（参考sdk目录下的api\application\AbilityStageContext.d.ts），FA模型由于jsAbilityStageObj_对象为空，不在此创建context
调用JS侧的OnCreate函数
将AbilityLocalRecord缓存至AbilityStage中
以moduleName为键缓存AbilityStage

AbilityStage作为Module级别的运行时，在Module加载与销毁的时候，可以通知开发者在此执行自己的逻辑，即生命周期。AbilityStage中记录了Module中的所有AbilityLocalRecord，OHOSApplication则记录了应用中所有的AbilityStage。

3. 创建AbilityThread

接着由MainThread创建AbilityThread，AbilityThread持有AbilityImpl，用于创建并管理调度ability的生命周期，一个ability对应一个AbilityThread：

创建AbilityThread对象并执行Attach函数
根据模型决定abilityName
- FA：AceAbility
- Stage：JsAbility
创建AbilityHandler，其继承自EventHandler，用于post调度Ability的任务。其会被设置到AbilityImpl与AbilityLocalRecord中

4. 创建Ability

通过AbilityLoader::GetInstance().GetAbilityByName(abilityName)创建Ability对象
- AceAbility：通过REGISTER_AA(AceAbility)注册abilityName
  - REGISTER_AA则调用AbilityLoader::GetInstance().RegisterAbility注册abilityName，并返回new出来的Ability对象，即AceAbility
- JsAbility：调用 Ability::Create函数，当前Runtime为JS类型则创建JsAbility
创建Ability的AppExecFwk::ContextDeal与AbilityRuntime::AbilityContextImpl，AbilityContextImpl中的Ability相关的函数如startAbility借由AbilityManagerClient实现，其他api借助AbilityRuntime::ContextImpl实现。具体参考[4.1 Context概览图](#4.1 Context概览图)

5. 创建AbilityImpl

Ability创建完成后接着创建与其对应的AbilityImpl对象。AbilityImpl通过AbilityImplFactory创建，AbilityImpl持有Ability的引用，是Ability的包装类，会在合适的时机调用生命周期函数。不同模式实现类不同：

FA：PageAbilityImpl
Stage：NewAbilityImpl

6. Init Ability

接下来由AbilityImpl执行Ability初始化操作：

执行持有的Ability的Init，AceAbility与JsAbility都会先调用父类Ability的Init：
- Ability
  - 一些初始化工作，如lifecycle初始化、application、context等的赋值
  - 如果不是stage模式会创建AbilityWindow，内部会创建WindowScene，用于与窗口的交互
- AceAbility无额外的Init逻辑
- JsAbility
  - 通过JsRuntime解释执行ability文件，如MainAbility.abc
  - 创建js侧可用的ability context对象（参考sdk目录下的api\application\AbilityContext.d.ts）

7. Forground Application

初始化Ability后执行attach AbilityThread，在此期间如果application的状态不是APP_STATE_FOREGROUND，则将application置入前台：

改变ApplicationImpl的状态为APP_STATE_FOREGROUND并执行OHOSApplication::OnForeground()
将待置入前台的ability置入前台
将application加入最近应用列表

8. Forground Ability

在将待置入前台的ability置入前台的过程中，根据ability的token找到对应的ModuleRunningRecord，并调用其OnAbilityStateChanged函数：

该函数会设置AbilityRunningRecord的状态为ABILITY_STATE_FOREGROUND，并回调OnAbilityRequestDone。
在AppScheduler::OnAbilityRequestDone的回调中，则通过MissionListManager找到对应的AbilityRecord，执行其ForegroundAbility函数.
最终调用链会执行到AbilityThread中AbilityImpl的HandleAbilityTransaction函数内，这里只关注Foreground的流程

8.1 Start

如果当前Ability的生命周期状态为AAFwk::ABILITY_STATE_INITIAL，优先执行start流程：

FA

调用AbilityImpl::Start(const Want &want)
调用内部持有的ability_的OnStart函数
FA对应的是AceAbility，内部会先调用Ability::OnStart(want)
根据应用的bundleName，决定window的类型
FA模型下会创建并初始化main window
更新context中的displayID、density等信息，并回调JS中的onUpdateConfiguration
更新resourceManager中的density、屏幕方向等信息
更新SystemProperties中的device info、color mode等信息
更新resourceManager中的locale信息

最后初始化AceContainer、创建FlutterAceView、执行js page的代码、调用js侧的onCreate

Stage

调用AbilityImpl::Start(const Want &want)
调用内部持有的ability_的OnStart函数
Stage对应的是JSAbility，内部会先调用Ability::OnStart(want);
同FA模型，区别是此时不会创建window

最后回调js中的onCreate

8.2 Forground

FA

在FA模型中，执行的是Active流程：

调用PageAbilityImpl::AbilityTransactionNew
该函数根据目标状态与当前状态执行不同的函数，在当前情况下会调用AbilityImpl::Active函数
调用内部持有的ability_的OnActive函数
FA对应的是AceAbility，内部会优先调用Ability::OnActive，继而执行abilityWindow_->OnPostAbilityActive()，最终会调用show来显示窗口
接着调用AceContainer::OnActive，最终回调js的onActive
将Ability状态设置为ABILITY_STATE_ACTIVE