前言

一、Art虚拟机启动

二、首次进入Java世界

2.1 禁用子线程创建

2.2 创建zygote socket并监听

2.3 加载系统资源

2.4 GC初始化并启动

2. 5启动System server进程

2.6 Zygote进入Looper处理socket消息

三关于Zygote的一些疑问

前言

虚拟机创建完成后，接下去就可以用JNI反射调用Java了，其实接下来的语法用过JNI的都应该比较熟悉了，直接是CallStaticVoidMethod反射调用ZygoteInit的main函数，进入Java世界；

一、Art虚拟机启动

main(){...//这里的runtime.start的实现是在 frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp 中的AndroidRuntime对象if (zygote) {runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);} else if (className) {runtime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit", args, zygote);} else {fprintf(stderr, "Error: no class name or --zygote supplied.\n");app_usage();LOG_ALWAYS_FATAL("app_process: no class name or --zygote supplied.");}
}//frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp 中的AndroidRuntime对象
// 参数 className 等于 "com.android.internal.os.ZygoteInit"
// 参数 options 就是虚拟机的各种args
void start(const char* className, const char* options){// start the virtual machine Java在虚拟机中运行的JNIEnv* env;if (startVm(&mJavaVM, &env) != 0) {return;}//向刚刚新建的虚拟机注册JNI本地接口if (startReg(env) < 0) {return;}// jni 调用 java 方法，获取对应类的静态main方法jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass,"main","([Ljava/lang/String;)V");// jni调用 java方法，调用到ZygoteInit类的main函数char* slashClassName = toSlashClassName(className);//将字符中的.转换为/jclass startClass = env->FindClass(className);//终于进入Java世界env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);//正常情况，如果zygoteInit.main 函数并不会退出，内部是实现死循环，后面的代码并不会执行，一旦main函数退出，那么就需要及时释放虚拟机占有的相关的内存资源free(slashClassName);ALOGD("Shutting down VM\n");if (mJavaVM->DetachCurrentThread() != JNI_OK)//退出当前线程ALOGW("Warning: unable to detach main thread\n");if (mJavaVM->DestroyJavaVM() != 0) //创建一个DestroyJavaVM线程，该线程会等待所有子线程结束后关闭虚拟机ALOGW("Warning: VM did not shut down cleanly\n");
}

二、首次进入Java世界

保证在Zygote主进程init过程中无法通过Java中的Thread类创建子线程
创建zygote socket并监听
preload Android资源
GC初始化并启动
移除Zygote进程中创建线程限制
启动System server进程
运行zygote进程的select loop

frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java

public static void main(String argv[]) {ZygoteServer zygoteServer = new ZygoteServer();//当前是zygote 主线程, GC相关的子线程其实已经是创建ok了;// Mark zygote start. This ensures that thread creation will throw an error.// 后续的代码逻辑中试图通过new Thread() 会抛出异常；除非接触这个限制// Zygote Init处理的时候无法java类Thread类来创建子线程;ZygoteHooks.startZygoteNoThreadCreation();  // Zygote goes into its own process group.// 设置zygote进程组id为zygote的pidtry {Os.setpgid(0, 0);} catch (ErrnoException ex) {throw new RuntimeException("Failed to setpgid(0,0)", ex);}try {......boolean startSystemServer = false;String socketName = "zygote";String abiList = null;......zygoteServer.registerServerSocket(socketName);// In some configurations, we avoid preloading resources and classes eagerly.// In such cases, we will preload things prior to our first fork.if (!enableLazyPreload) { //走这个分支preload(bootTimingsTraceLog); //加载各种系统资源} else {Zygote.resetNicePriority();}gcAndFinalize();......//解除创建子线程限制ZygoteHooks.stopZygoteNoThreadCreation();if (startSystemServer) { //创建system_server进程startSystemServer(abiList, socketName, zygoteServer);}//zygote进程等待AMS的socket请求,内部处理完之后，抛出异常Zygote.MethodAndArgsCaller，被catch后执行;zygoteServer.runSelectLoop(abiList);//下面的逻辑代码不会执行，zygote进程zygoteServer.closeServerSocket();} catch (Zygote.MethodAndArgsCaller caller) {caller.run();} catch (Throwable ex) {Log.e(TAG, "System zygote died with exception", ex);zygoteServer.closeServerSocket();throw ex;}
}

2.1 禁用子线程创建

ZygoteHooks.startZygoteNoThreadCreation();

严禁在zygote中创建多线程，除非后续放开

//Java中的通过Thread类的创建线程
static void Thread_nativeCreate(JNIEnv* env, jclass, jobject java_thread, jlong stack_size,jboolean daemon) {// There are sections in the zygote that forbid thread creation.Runtime* runtime = Runtime::Current();//上面的ZygoteHooks_startZygoteNoThreadCreation作用就是下面的判断条件第二个,设置为tureif (runtime->IsZygote() && runtime->IsZygoteNoThreadSection()) {jclass internal_error = env->FindClass("java/lang/InternalError");CHECK(internal_error != nullptr);env->ThrowNew(internal_error, "Cannot create threads in zygote");return;}Thread::CreateNativeThread(env, java_thread, stack_size, daemon == JNI_TRUE);
}

2.2 创建zygote socket并监听

void registerServerSocket(String socketName) {if (mServerSocket == null) {int fileDesc;final String fullSocketName = ANDROID_SOCKET_PREFIX + socketName;try {String env = System.getenv(fullSocketName);fileDesc = Integer.parseInt(env);} catch (RuntimeException ex) {throw new RuntimeException(fullSocketName + " unset or invalid", ex);}try {FileDescriptor fd = new FileDescriptor();fd.setInt$(fileDesc);//将对应的socket转换为fd, 作为server端,等待client 发送数据mServerSocket = new LocalServerSocket(fd);} catch (IOException ex) {throw new RuntimeException("Error binding to local socket '" + fileDesc + "'", ex);}}
}

2.3 加载系统资源

在zygote init中，Android的相关资源被预加载到Zygote进程空间中。这些资源在后续所有的应用程序进程中都是共享的，因为Android Java层进程都是Zygote的子进程。

这里有个疑问，为什么这些资源不放到init 进程，又或者说为什么不放到system_server进程呢？

可以思考下，欢迎大家追在评论中留言；

static void preload() {...preloadClasses(); preloadResources();preloadOpenGL();preloadSharedLibraries();preloadTextResources();WebViewFactory.prepareWebViewInZygote();
}

preloadClasses：加载class类到虚拟机中，需要加载的类是由/system/etc/preloaded-classes文件指定。它是由相关preloaded-classes文件生成，如：
\frameworks\base\preloaded-classes
\frameworks\base\compiled-classes-phone

虚拟机会通过classloader把preloaded-classes文件中指定的类都加载到虚拟机中，方便应用程序的调用处理。此处会涉及到手机内存空间和手机开机性能问题，手机性能优化方面可以进一步深入研究。

preloadResources：加载系统资源,比如 drawables colors
preloadOpenGL: 加载显示资源
preloadSharedLibraries：加载共享库，包含android.so、compiler_rt.so和jnigraphics.so
preloadTextResources：加载语言库

2.4 GC初始化并启动

/*package*/ static void gcAndFinalize() {final VMRuntime runtime = VMRuntime.getRuntime();/* runFinalizationSync() lets finalizers be called in Zygote,* which doesn't have a HeapWorker thread.*/System.gc(); //先看GC部分runtime.runFinalizationSync(); //再分析VmRuntime.runFinalizationSyncSystem.gc();
}public static void gc() {boolean shouldRunGC;synchronized (LOCK) {shouldRunGC = justRanFinalization;if (shouldRunGC) {justRanFinalization = false;} else {runGC = true;}}if (shouldRunGC) {Runtime.getRuntime().gc(); // }}System.runFinalization();
///libcore/ojluni/src/main/java/java/lang/System.java
public static void runFinalization() {boolean shouldRunGC;synchronized (LOCK) {shouldRunGC = runGC;runGC = false;}if (shouldRunGC) {Runtime.getRuntime().gc();}Runtime.getRuntime().runFinalization();synchronized (LOCK) {justRanFinalization = true;}
}/libcore/ojluni/src/main/java/java/lang/Runtime.java
private static native void runFinalization0();

2. 5启动System server进程

在startSystemServer()方法里，通过Zygote.forkSystemServer() native函数调用来创建system server 进程。从创建中可以看到，system server进程是zygote进程的子进程。内部调用fork函数

/* Hardcoded command line to start the system server */
String args[] = {"--setuid=1000","--setgid=1000","--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,1018,1021,1032,3001,3002,3003,3006,3007,3009,3010","--capabilities=" + capabilities + "," + capabilities,"--nice-name=system_server","--runtime-args","com.android.server.SystemServer",
};
ZygoteConnection.Arguments parsedArgs = null;int pid;try {parsedArgs = new ZygoteConnection.Arguments(args);ZygoteConnection.applyDebuggerSystemProperty(parsedArgs);ZygoteConnection.applyInvokeWithSystemProperty(parsedArgs);/* Request to fork the system server process */// 内部执行fork 函数，返回两次，其中pid = 0 表示子进程返回;pid = Zygote.forkSystemServer(parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,parsedArgs.gids,parsedArgs.debugFlags,null,parsedArgs.permittedCapabilities,parsedArgs.effectiveCapabilities);} catch (IllegalArgumentException ex) {throw new RuntimeException(ex);
}
.....
//后续执行com.android.server.SystemServer的main函数;

后续重点介绍下System_server 进程的启动流程；

2.6 Zygote进入Looper处理socket消息

在runSelectLoop()方法中

监听socket，通过Os.poll函数来等待POLLIN事件的到来。
通过ZygoteConnection来读取socket传过来的command并创建进程。
zygote进程在运行select loop后，zygote进程就进入无限循环，一直等待socket的command，并做处理。
//zygote进程在此进入无限循环

while (true) {StructPollfd[] pollFds = new StructPollfd[fds.size()];for (int i = 0; i < pollFds.length; ++i) {pollFds[i] = new StructPollfd();pollFds[i].fd = fds.get(i);pollFds[i].events = (short) POLLIN;}try {//zygote进程被阻塞，直至以下条件达到时退出：//a file descriptor becomes ready;//the call is interrupted by a signal handler; or//the timeout expires.Os.poll(pollFds, -1);} catch (ErrnoException ex) {throw new RuntimeException("poll failed", ex);}for (int i = pollFds.length - 1; i >= 0; --i) {if ((pollFds[i].revents & POLLIN) == 0) {continue;}if (i == 0) {ZygoteConnection newPeer = acceptCommandPeer(abiList);peers.add(newPeer);fds.add(newPeer.getFileDesciptor());} else {//调用ZygoteConnection的runOnce()方法来fork进程。boolean done = peers.get(i).runOnce();if (done) {peers.remove(i);fds.remove(i);}}}
}

至此，zygote进程启动处理完成，最后一直停留在select loop中运行。

三关于Zygote的一些疑问

3.1 孵化应用进程这种事为什么不交给SystemServer来做，而专门设计一个Zygote？

我们知道，应用在启动的时候需要做很多准备工作，包括启动虚拟机，加载各类系统资源等等，这些都是非常耗时的，如果能在zygote里就给这些必要的初始化工作做好，子进程在fork的时候就能直接共享，那么这样的话效率就会非常高。这个就是zygote存在的价值，这一点呢SystemServer是替代不了的，主要是因为SystemServer里跑了一堆系统服务，这些是不能继承到应用进程的。而且我们应用进程在启动的时候，内存空间除了必要的资源外，最好是干干净净的，不要继承一堆乱七八糟的东西。所以呢，不如给SystemServer和应用进程里都要用到的资源抽出来单独放在一个进程里，也就是这的zygote进程，然后zygote进程再分别孵化出SystemServer进程和应用进程。孵化出来之后，SystemServer进程和应用进程就可以各干各的事了。

3.2 Zygote的IPC通信机制为什么不采用binder？如果采用binder的话会有什么问题么？

网上大部分答案都是采用binder，引入线程池，但fork在多线程的情况下，可能会产生死锁问题，这部分解析目前还不是很理解，后续完善；

3.3 Zygote进程是多线程还是单线程呢？

是多线程，除了zygote主线程之外，还有和GC 相关的其他几个线程；

在主线程中调用fork之后，子进程只会保留一个线程，其他几个GC 线程没有克隆过来，是后续创建的；

3.4 对3.3 的追加问题: GC 几个线程是什么时候创建出来的呢？

/art/runtime/runtime.cc

在虚拟机的启动过程中, 创建GC相关的线程；

bool Runtime::Start() {
        ...
        StartDaemonThreads(); //启动GC 相关的几个线程;
        ....
return true;
}

void Runtime::StartDaemonThreads() {
        Thread* self = Thread::Current();
        //进入Java 世界, Daemons.java 似乎比ZygoteInit.java
        env->CallStaticVoidMethod(WellKnownClasses::java_lang_Daemons,

WellKnownClasses::java_lang_Daemons_start);
}

/libcore/libart/src/main/java/java/lang/Daemons.java
//启动4个GC 相关的线程
public static void start() {
        ReferenceQueueDaemon.INSTANCE.start();
        FinalizerDaemon.INSTANCE.start();
        FinalizerWatchdogDaemon.INSTANCE.start();
        HeapTaskDaemon.INSTANCE.start();
}

3.5 Zygote 进程启动的出现了GC，请问下System.gc() 和 Runtime. getRuntime(). gc()会做什么事情？

System.gc() 在内部调用 Runtime.gc()。
硬要说区别的话 Runtime.gc() 是 native method。存在于 /libcore/ojluni/src/main/native/Runtime.c
而 System.gc() 是非 native method，它依次调用 Runtime.gc()；
System.gc 调用附带一个免责声明，无法保证垃圾收集器的调用。即gc()函数的作用只是提醒虚拟机，程序员希望进行一次垃圾回收。但是这次回收不能保证一定进行，具体什么时候回收取决于jvm。如果每次调用gc方法后想让gc必须执行，可以追加调用system. runFinalization方法。

调用gc方法在默认情况下，会显示触发full gc，同时对老年代和新生代进行回收，尝试释放被丢弃对象占用的内存。

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