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进阶之路 | 奇妙的四大组件之旅

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前言

本文已经收录到我的Github个人博客，欢迎大佬们光临寒舍：

我的GIthub博客

学习清单：

  • Activity的工作过程
  • Service的工作过程
  • Service的启动过程
  • Service的绑定过程
  • BroadcastReceiver的工作过程
  • BroadcastReceiver的注册过程
  • BroadcastReceiver的发送和接收过程
  • ContentProvider的工作过程

一.为什么要学习四大组件?

何为“四大”：

  • Activity
  • Service
  • BroadcastReceiver
  • ContentProvider

谈到四大组件，相信在座各位都再熟悉不过了，光闻其名，未见其声，“四大”二字一出，足见其在安卓系统中的地位，可谓是安卓界的F4。

其地位之崇高，在某种程度上也可以体现他的重要性，所以说，光会使用四大组件还是不能体现我们对他的重视（ai hu）的，我们还要分析其工作过程，能够更好地理解系统内部的运行机制，从而加深对Android体系结构的认识；同时，四大组件还是面试必问的知识点之一。

综上，掌握好四大组件相关的知识，对于一个Android开发者来说是非常重要的！

以下内容紧张赤鸡，请系好保险带，我们要开车（hu you）了。— No picture,say a J8!

二.核心知识点归纳

2.1 概述

2.1.1 Activity

  • 类型：展示型组件

  • 作用：展示一个界面并和用户交互

  • 使用：

    A.需要在AndroidManifest中注册

    B.需要借助Intent启动，两种方式：

  • 显示Intent:

    Intent intent=new Intent(xxx.this,xxx.class); startActivity(intent);

  • 隐式Intent:

    Intent intent=new Intent(); intent.setAction(xxx); intent.addCategory(xxx); startActivity(intent);

  • 四种启动模式：
  • standard：标准模式
  • singleTop：栈顶复用模式
  • singleTask：栈内复用模式
  • singleInstance：单实例模式

想了解启动模式的读者，可以看下笔者写的一篇文章：进阶之路 | 奇妙的Activity之旅中的2.2部分

  • 通过finish()结束一个Activity

2.1.2 Service

  • 类型：计算型组件

  • 作用：在后台执行一系列计算任务，耗时的后台计算建议在单独的线程中执行

  • 使用：

    A.需要在AndroidManifest中注册

    B.需要借助Intent启动：Intent intent = new Intent(xxx.this, xxx.class); startService(intent);

    C.两种运行状态：

  • 启动状态：通过startService()
  • 绑定状态：通过bindService()

​ D.停止方式：unBindService()；stopService()；

2.1.3 BroadcastReceiver

  • 类型：消息型组件
  • 作用：在不同的组件乃至不同的应用之间传递消息
  • 使用：

  • 两种注册方式：

    A.动态注册：通过Context.registerReceiver()& Context.unRegisterReceiver()，必须要启动应用才能注册并接收广播。

    B.静态注册：在AndroidManifest文件中注册，不需要启动应用即可接收广播。

  • 需要借助Intent发送广播：Intent intent = new Intent("xxx"); sendBroadcast(intent);

  • 四种广播类型：

    A.普通广播

    B.有序广播

    C.本地广播

    D.粘性广播

  • 没有停止概念

2.1.4 ContentProvider

  • 类型：共享型组件
  • 作用：向其他组件乃至其他应用共享数据(安卓IPC的一种方式)
  • 使用：
  • 需要在AndroidManifest中注册
  • 无需借助Intent启动

  • 四种操作：注意需要处理好线程同步（因为这些操作运行在Binder线程）

    A.insert()：添加数据

    B.update()：更新数据

    C.delete()：删除数据

    D.query()：查询数据

  • 无需手动停止

想详细了解IPC机制的读者，可以看下笔者写的一篇文章：进阶之路 | 奇妙的 IPC 之旅

2.2 工作过程

差不多该进入今天的主题了，为了逼格，为了高薪，大伙往前冲！

2.2.1 Activity

Activity启动过程流程图：

一眼看上去有点晕晕的，墙裂建议配合源码一起服用，效果极佳，笔者推荐一篇文章：图解Activity启动流程，进阶高级

Q1：结论：

  • ActivityManagerService、ApplicationThread都是Binder
  • Application的创建也是通过Instrumentation来完成的，这个过程和Activity对象一样，都是通过类加载器来实现的
  • Activity的启动过程最终回到ApplicationThread中，通过ApplicationThread.scheduleLaunchActivity() 将启动Activity的消息发送并交由Handler H处理。
  • Handler H对消息的处理会调用handleLaunchActivity()->performLaunchActivity()得以最终完成Activity的创建和启动。

Q2：重点类：

  • Instrumentation：

instrumentation是Android系统里面的一套控制方法或者”钩子“。 这些钩子可以在正常的生命周期（正常是由操作系统控制的)之外控制Android控件的运行；它们同时可以控制Android如何加载应用程序。

  • ActivityManagerService「AMS」：

AMS是系统的引导服务，应用进程的启动、切换和调度、四大组件的启动和管理都需要AMS的支持。

  • ActivityStackSupervisor:

  • ActivityStackSupervisor在AMS中的构造方法中被创建。

  • AMS 通过操作ActivityStackSupervisor来管理Activity

  • ActivityStack:
  • ActivityStack从名称来看是跟栈相关的类，其实它是一个管理类，用来管理系统所有Activity的各种状态
  • 它由ActivityStackSupervisor来进行管理的
  • ApplicationThread:
  • ActivityThread的私有内部类，也是一个Binder对象
  • 在此处它是作为IApplicationThread对象的Server端，等待Client端的请求然后进行处理，最大的Client就是AMS

2.2.2 Service

源码流程分析：Service的工作过程

1.启动过程：

2.绑定过程：

结论：

  • ContextImpl是Context的具体实现，通过Activity.attach()和Activity建立关联。Activity.attach()中还会完成Window的创建并和Activity&Window的关联，由此事件可传递给Window。
  • ActivityServices是一个辅助ActivityManagerService(AMS)进行Service管理的类，包括Service的启动、绑定和停止。
  • 和Activity类似的，Service的启动/绑定过程最终回到ApplicationThread中，通过ActivityThread.handleCreateService()/ActivityThread.handleBindService完成Service的启动/绑定，注意绑定Service的后续还必须告知客户端已经成功连接Service的这一流程，由ActivityManagerService.publishService()去完成。

2.2.3 BroadcastReceiver

源码流程分析：BroadcastReceiver 的工作过程分析

1.注册

四大组件的静态注册都是在应用安装时由PackageManagerService（PMS）解析注册，当动态注册BroadcastReceiver时流程为：

2.发送和接收

结论：

  • 动态注册广播最终会跨进程交给AMS，并把远程Receiver( 实际上传的是IIntentReceiver，是个Binder 对象)和远程IntentFilter保存起来，完成注册任务
  • 发送广播时，系统为intent添加了两个标记位：
  • FLAG_EXCLUDE_STOPPED_PACKAGES ：广播不会发送给已经停止的APP（系统为所有广播默认添加该标记）
  • FLAG_INCLUDE_STOPPED_PACKAGES ：广播也会发送到已经停止的APP（两个标记共存时，以该标记为准）
  • 最终在ReceiverDispatcher .performReceive ()里回调了Receiver 的onReceive()，使得广播得以接收并处理

Q2:实现原理：

从实现原理看上，广播使用了观察者模式，基于消息的发布/订阅事件模型

具体实现流程要点粗略概括如下：

  • 广播接收者BroadcastReceiver通过Binder机制向AMS进行注册
  • 广播发送者通过Binder机制向AMS发送广播
  • AMS查找符合相应条件（IntentFilter/Permission等）的BroadcastReceiver，将广播发送到BroadcastReceiver（一般情况下是Activity）相应的消息循环队列中
  • 消息循环执行拿到此广播，回调BroadcastReceiver中的onReceive()方法

2.2.4 ContentProvider

1.启动流程总概

  • 启动的入口为ActivityThread.main()：创建ActivityThread实例并创建主线程消息队列
  • ActivityThread.attach()：远程调用AMS.attachApplication()并提供ApplicationThread用于和AMS的通信
  • AMS.attachApplication()：通过ActivityThread.bindApplication()方法和Handler H来调回ActivityThread.handleBindApplication()
  • ActivityThread.handleBindApplication()：先创建Application、再加载ContentProvider、最后回调Application.onCreate()
2.Query过程流程

insert()、delete()和update()的实现原理和query()类似，限于篇幅，这里不展开,感兴趣的读者可以主动去探究

源码流程分析：ContentProvider的工作过程

结论：

  • ContentProvider的multiprocess属性：ContentProvider是否是单例，一般用单例

  • 访问ContentProvider需要ContentResolver，其真正实现类是ApplicationContentResolver。当ContentProvider所在进程未启动时，第一次访问它会触发ContentProvider的创建以及进程启动

  • 当ContentProvider所在的进程启动时，会同时被启动并被发布到AMS中

注意：ContentProvider.onCreate()要先于Application.onCreate()执行

  • 同样的，最终通过ActivityThread.handleBindApplication()完成ContentProvider的创建。

三.课堂小测试

恭喜你！已经看完了前面的文章，相信你对四大组件已经有一定深度的了解，下面，进行一下课堂小测试，验证一下自己的学习成果吧！

Q1：为什么要使用ContentProvider?它和SQL在实现上有什么区别?

  • ContentProvider 屏蔽了数据存储的细节,内部实现透明化,用户只需关心URI即可(是否匹配)
  • ContentProvider能实现不同APP的数据共享,SQL只能是自己程序才能访问
  • ContentProvider还能增删本地的文件,XML等信息

Q2：Android引入四大组件的用意

这个问题在笔者刚开始学习Android的时候就一直困惑，直到看了一篇Google Android 团队：Dianne Hackborn发表在Google+上的一篇post的译文

见解：Google Android Framework团队决定，不要让一个明确的Main方法作为APP的入口，因为需要让系统对APP怎样运行有更多的控制权，在该系统中，用户永远不需要考虑开启和停止一个APP，而把这些事交给系统去管理。所以他们设计了四大组件以作为APP功能的载体和入口：

  • Activity

    一个APP与用户交互的入口

  • BroadcastReceiver

  • 一种让系统在正常的用户流（user flow）之外，传递事件给APP的机制。
  • 最重要的是，因为这是另一个被精心定义的APP的入口，即使APP当前并不在运行，系统也可以将Broadcasts传递给APP。
  • Service

当APP由于各种各样的原因需要在后台运行时，Service就是一个这样的入口

  • ContentProvider
  • 人们通常会将它当作对数据库的抽象，因为有许多的API和支持库就是这样使用ContentProvider的
  • 但是从系统设计的角度，这并不是ContentProvider的初衷。对于系统来说，ContentProvider实际上是一个入口，用于获取一个APP内部的公开的被命名的数据项（data items），每个数据项都被一个URI scheme所标识。

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本文参考链接：

  • 《Android 开发艺术探索》
  • 进阶之路 | 奇妙的Activity之旅
  • 进阶之路 | 奇妙的 IPC 之旅
  • 图解Activity启动流程，进阶高级
  • Service的工作过程
  • BroadcastReceiver 的工作过程分析
  • ContentProvider的工作过程
  • 关于Android四大组件最权威最深刻最准确的解读
  • Android开发艺术探索读书笔记（三）
  • 要点提炼|开发艺术之四大组件
  • 「Android」四大组件，你真的都掌握了？
  • "ContentProvider和数据库"的区别和联系专题

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