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发布于 2026-01-06 1 阅读
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Android 实用技巧 - 深入探索冷启动 🥶 Activity.startActivity() 凝视启动窗口 👀 基因分叉 🍴 应用诞生 ✨ 应用操控 早期初始化 结论

Android Vitals - 深入探索冷启动🥶

Activity.startActivity()

盯着起跑窗口👀

分叉的受精卵🍴

一款应用诞生了✨

应用程序操控

早期初始化

结论

题图：罗曼·盖伊的《冰与火之歌》 。

本系列博客专注于生产环境中 Android 应用的稳定性和性能监控。上周，我写了一篇关于在Android Vitals 中测量时间的文章——现在几点了？

在接下来的几篇博文中，我将探讨如何监控冷启动。根据应用程序启动时间文档：

冷启动是指应用程序从头开始运行：在此之前，系统进程尚未创建该应用程序的进程。冷启动通常发生在以下情况下：应用程序自设备启动以来首次启动，或自系统终止该应用程序以来首次启动。

冷启动时，系统有 3 个任务：

  1. 正在加载并启动应用程序。
  2. 显示启动窗口。
  3. 创建应用程序流程。

本文将深入探讨冷启动的开始过程，从点击启动器图标到创建应用程序进程。

图示：文档中的冷启动

使用WebSequenceDiagram创建的图表。

Activity.startActivity()

Google 地图启动器图标

当用户点击启动器图标时，启动器应用程序进程会调用Activity.startActivity()，该函数会委托给Instrumentation.execStartActivity()：

public class Instrumentation {

  public ActivityResult execStartActivity(...) {
    ...
    ActivityTaskManager.getService()
        .startActivity(...);
  }
}

启动器应用程序进程随后会向进程内的 ActivityTaskManagerService.startActivity() 发起进程间通信(IPC)调用。该进程承载着大部分系统服务。system_serversystem_server

图表：startActivity IPC

盯着起跑窗口👀

在创建新的应用程序进程之前，该进程会通过PhoneWindowManager.addSplashScreen()system_server创建一个启动窗口：

public class PhoneWindowManager implements WindowManagerPolicy {

  public StartingSurface addSplashScreen(...) {
    ...
    PhoneWindow win = new PhoneWindow(context);
    win.setIsStartingWindow(true);
    win.setType(TYPE_APPLICATION_STARTING);
    win.setTitle(label);
    win.setDefaultIcon(icon);
    win.setDefaultLogo(logo);
    win.setLayout(MATCH_PARENT, MATCH_PARENT);

    addSplashscreenContent(win, context);

    WindowManager wm = (WindowManager) context.getSystemService(
      WINDOW_SERVICE
    );
    View view = win.getDecorView();
    wm.addView(view, params);
    ...
  }

  private void addSplashscreenContent(PhoneWindow win,
      Context ctx) {
    TypedArray a = ctx.obtainStyledAttributes(R.styleable.Window);
    int resId = a.getResourceId(
      R.styleable.Window_windowSplashscreenContent,
      0
    );
    a.recycle();
    Drawable drawable = ctx.getDrawable(resId);
    View v = new View(ctx);
    v.setBackground(drawable);
    win.setContentView(v);
  }
}

启动窗口是指用户在应用进程启动期间（即冷启动完成之前）看到的内容。用户可能会长时间盯着启动窗口，所以务必确保它看起来美观大方😎。

图示：显示起始窗口

启动窗口的内容是从已启动活动的windowSplashscreenContent和windowBackground可绘制对象加载的。要了解更多信息，请查看“Android 应用启动美化指南”。

Google 地图启动窗口

如果用户从“最近使用”屏幕而不是点击启动器图标来恢复活动，则该system_server进程会调用TaskSnapshotSurface.create()来创建一个起始窗口，该窗口会绘制活动的已保存快照。

启动窗口显示后，system_server进程即可启动应用程序进程，并调用ZygoteProcess.startViaZygote()：

public class ZygoteProcess {
  private Process.ProcessStartResult startViaZygote(...) {
    ArrayList<String> argsForZygote = new ArrayList<>();
    argsForZygote.add("--runtime-args");
    argsForZygote.add("--setuid=" + uid);
    argsForZygote.add("--setgid=" + gid);
    argsForZygote.add("--runtime-flags=" + runtimeFlags);
    ...
    return zygoteSendArgsAndGetResult(openZygoteSocketIfNeeded(abi),
                                          zygotePolicyFlags,
                                          argsForZygote);
  }
}

ZygoteProcess.zygoteSendArgsAndGetResult()通过套接字将起始参数发送到Zygote 进程。

分叉的受精卵🍴

根据 Android内存管理文档：

每个应用程序进程都是从一个名为 Zygote 的现有进程派生而来的。Zygote 进程在系统启动时启动，并加载通用框架代码和资源（例如活动主题）。要启动一个新的应用程序进程，系统会派生 Zygote 进程，然后在新的进程中加载​​并运行应用程序的代码。这种方法使得分配给框架代码和资源的大部分 RAM 页面可以在所有应用程序进程之间共享。

系统启动时，Zygote 进程启动并调用ZygoteInit.main()：

public class ZygoteInit {

  public static void main(String argv[]) {
    ...
    if (!enableLazyPreload) {
        preload(bootTimingsTraceLog);
    }
    // The select loop returns early in the child process after
    // a fork and loops forever in the zygote.
    caller = zygoteServer.runSelectLoop(abiList);
    // We're in the child process and have exited the
    // select loop. Proceed to execute the command.
    if (caller != null) {
      caller.run();
    }
  }

  static void preload(TimingsTraceLog bootTimingsTraceLog) {
    preloadClasses();
    cacheNonBootClasspathClassLoaders();
    preloadResources();
    nativePreloadAppProcessHALs();
    maybePreloadGraphicsDriver();
    preloadSharedLibraries();
    preloadTextResources();
    WebViewFactory.prepareWebViewInZygote();
    warmUpJcaProviders();
  }
}

如您所见，ZygoteInit.main()执行了 2 项重要操作：

  • 它会预加载 Android 框架类和资源、共享库、图形驱动程序等。这种预加载不仅可以节省内存，还可以缩短启动时间。
  • 然后它调用ZygoteServer.runSelectLoop()，该函数打开一个套接字并等待。

当在该套接字上收到 fork 命令时，ZygoteConnection.processOneCommand()通过ZygoteArguments.parseArgs()解析参数，并调用Zygote.forkAndSpecialize()：

public final class Zygote {

  public static int forkAndSpecialize(...) {
    ZygoteHooks.preFork();

    int pid = nativeForkAndSpecialize(...);

    // Set the Java Language thread priority to the default value.
    Thread.currentThread().setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);

    ZygoteHooks.postForkCommon();
    return pid;
  }
}

图示：受精卵分叉

注意：Android 10 新增了对一种名为“未专用应用进程 ( USAP )”的优化的支持，它包含一个等待专用化的分支 Zygote 池。这种优化可以略微加快启动速度，但会占用更多内存（默认情况下已关闭）。Android 11 搭载了IORap，性能更佳。

一款应用诞生了✨

子进程 fork 后，会运行RuntimeInit.commonInit()
，该函数会安装默认的 UncaughtExceptionHandler。然后，子进程会运行ActivityThread.main()：

public final class ActivityThread {

  public static void main(String[] args) {
    Looper.prepareMainLooper();

    ActivityThread thread = new ActivityThread();
    thread.attach(false, startSeq);

    Looper.loop();
  }

  final ApplicationThread mAppThread = new ApplicationThread();

  private void attach(boolean system, long startSeq) {
    if (!system) {
      IActivityManager mgr = ActivityManager.getService();
      mgr.attachApplication(mAppThread, startSeq);
    }
  }
}

这里有两个有趣的部分：

图示：ActivityManagerService.attachApplication

应用程序操控

在此system_server过程中，ActivityManagerService.attachApplication()会调用ActivityManagerService.attachApplicationLocked()，从而完成应用程序的设置：

public class ActivityManagerService extends IActivityManager.Stub {

  private boolean attachApplicationLocked(
      IApplicationThread thread, int pid, int callingUid,
      long startSeq) {
    thread.bindApplication(...);

    // See if the top visible activity is waiting to run
    //  in this process...
    mAtmInternal.attachApplication(...);

    // Find any services that should be running in this process...
    mServices.attachApplicationLocked(app, processName);

    // Check if a next-broadcast receiver is in this process...
    if (isPendingBroadcastProcessLocked(pid)) {
        sendPendingBroadcastsLocked(app);
    }
    return true;
  }
}

几个关键要点：

图示：handleBindApplication()

早期初始化

如果您需要尽早运行代码，您有以下几种选择：

结论

我们首先对冷启动过程有了较为深入的了解：

图示：文档中的冷启动

现在我们确切地知道会发生什么了：

冷启动顺序图

启动活动的用户体验始于用户触摸屏幕的那一刻，然而应用程序开发者对触摸屏幕之前所花费的时间几乎没有影响ActivityThread.handleBindApplication()，因此应用程序冷启动监控应该从这里开始。

这篇文章很长，而关于冷启动的内容还远未结束。敬请期待更多内容！

文章来源：https://dev.to/pyricau/android-vitals-diving-into-cold-start-waters-5hi6
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