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聊聊Framework的学习方法

大家好，我是陆晓明，现在在一家互联网手机公司担任Android系统开发工程师。很高兴可以在极客时间Android开发高手课专栏里，分享一些我在手机行业9年的经验以及学习Android的方法。

今天我要跟你分享的是Framework的学习和调试的方法。

首先，Android是一种基于Linux的开放源代码软件栈，为广泛的设备和机型而创建。下图是Android平台的主要组件。

从图中你可以看到主要有以下几部分组成：

• Linux内核
• Android Runtime
• 原生C/C++库
• Java API框架（后面我称之为Framework框架层）
• 系统应用

我们在各个应用市场看到的，大多是第三方应用，也就是安装在data区域的应用，它们可以卸载，并且权限也受到一些限制，比如不能直接设置时间日期，需要调用到系统应用设置里面再进行操作。

而我们在应用开发过程中使用的四大组件，便是在Framework框架层进行实现，应用通过约定俗成的规则，在AndroidMainfest.xml中进行配置，然后继承对应的基类进行复写。系统在启动过程中解析AndroidMainfest.xml，将应用的信息存储下来，随后根据用户的操作，或者系统的广播触发，启动对应的应用。

那么，我们先来看看Framework框架层都有哪些东西。

Framework框架层是应用开发过程中，调用的系统方法的内部实现，比如我们使用的TextView、Button控件，都是在这里实现的。再举几个例子，我们调用ActivityManager的getRunningAppProcesses方法查看当前运行的进程列表，还有我们使用NotificationManager的notify发送一个系统通知。

让我们来看看Framework相关的代码路径。

如何快速地学习、梳理Framework知识体系呢？常见的学习方法有下面几种：

• 阅读书籍（方便梳理知识体系，但对于解决问题只能提供方向）。
• 直接阅读源码（效率低，挑战难度大）。
• 打Log和打堆栈 （效率有所提升，但需要反复编译，添加Log和堆栈代码）。
• 直接联调，实时便捷（需要调试版本）。

首先可以通过购买相关的书籍进行学习，其中主要的知识体系有Linux操作系统，比如进程、线程、进程间通信、虚拟内存，建立起自己的软件架构。在此基础上学习Android的启动过程、服务进程SystemServer的创建、各个服务线程（AMS/PMS等）的创建过程，以及Launcher的启动过程。熟悉了这些之后，你还要了解ART虚拟机的主要工作原理，以及init和Zygote的主要工作原理。之后随着在工作和实践过程中你会发现，Framework主要是围绕应用启动、显示、广播消息、按键传递、添加服务等开展，这些代码的实现主要使用的是Java和C++这两种语言。

通过书籍或者网络资料学习一段时间后，你会发现很多问题都没有现成的解决方案，而此时就需要我们深入源码中进行挖掘和学习。但是除了阅读官方文档外，别忘了调试Framework也是一把利刃，可以让你游刃有余快速定位和分析源码。

下面我们来看看调试Framework的Java部分，关于C++的部分，需要使用GDB进行调试，你可以在课下实践一下，调试的过程可以参考《深入Android源码系列（一）》。

我们这里使用Android Studio进行调试，在调试前我们要先掌握一些知识。Java代码的调试，主要依据两个因素，一个是你要调试的进程；一个是调试的类对应的包名路径，同时还要保证你所运行的手机环境和你要调试的代码是匹配的。只要这两个信息匹配，编译不通过也是可以进行调试的。

我们调试的系统服务是在SystemServer进程中，可以使用下面的命令验证（我这里使用Genymotion上安装Android对应版本镜像的环境演示）。

ps -A |grep system_server  查看系统服务进程pid
cat /proc/pid/maps |grep services 通过cat查看此进程的内存映射，看看是否services映射到内存里面。

这里我们看到信息：/system/framework/oat/x86/services.odex 。

odex是Android系统对于dex的进一步优化，目的是为了提升执行效率。从这个信息便可以确定，我们的services.jar确实是跑到这里了，也就是我们的系统服务相关联的代码，可以通过调试SystemServer进程进行跟踪。

下来我们来建立调试环境。

• 打开Genymotion，选择下载好Android 9.0的镜像文件，启动模拟器。

• 找到模拟器对应的ActivityManagerService.java代码。 我是从http://androidxref.com/下载Android 9.0对应的代码。

• 打开Android Studio，File -> New -> New Project然后直接Next直到完成就行。

• 新建一个包名，从ActivityManagerService.java文件中找到它，这里为com.android.server.am，然后把ActivityManagerService.java放到里面即可。

• 在ActivityManagerService.java的startActivity方法上面设置断点，然后找到菜单的Run -> Attach debugger to Android process勾选Show all process，选中SystemServer进程确定。

这时候我们点击Genymotion模拟器中桌面的一个图标，启动新的界面。

会发现这时候我们设定的断点已经生效。

你可以看到断下来的堆栈信息，以及一些变量值，然后我们可以一步步调试下去，跟踪启动的流程。

对于学习系统服务线程来讲，通过调试可以快速掌握流程，再结合阅读源码，便可以快速学习，掌握系统框架的整个逻辑，从而节省学习的时间成本。

以上我们验证了系统服务AMS服务代码的调试，其他服务调试方法也是一样，具体的线程信息，可以使用下面的命令查看。

ps -T 353 
这里353是使用ps -A |grep SystemServer查出 SystemServer的进程号

在上面图中，PID = TID的只有第一行这一行，如果PID = TID的话，也就是这个线程是主线程。下面是我们平时使用Logcat查看输出的信息。

03-10 09:33:01.804   240   240 I hostapd : type=1400 audit(0.0:1123): avc: de
03-10 09:33:37.320   353  1213 D WificondControl: Scan result ready event
03-10 09:34:00.045   404   491 D hwcomposer: hw_composer sent 6 syncs in 60s

这里我还框了一个ActivityManager的线程，这个是线程的名称，通过查看这行的TID（368）就知道下面的Log就是这个线程输出的。

03-10 08:47:33.574   353   368 I ActivityManager: Force stopping com.android.providers

学习完上面的知识，相信你应该学会了系统服务的调试。通过调试分析，我们便可以将系统服务框架进行庖丁解牛般的学习，面对大量庞杂的代码掌握起来也可以轻松一些。

我们回过头来，再次在终端中输入ps -A，看看下面这一段信息。

你可以看到这里的第一列，代表的是当前的用户，这里有system root和u0_axx，不同的用户有不同的权限。我们当前关注的是第二列和第三列，第二列代表的是PID，也就是进程ID；第三列代表的是PPID，也就是父进程ID。

你发现我这里框住的都是同一个父进程，那么我们来找下这个323进程，看看它到底是谁。

root 323 1 1089040 127540 poll_schedule_timeout f16fcbc9 S zygote

这个名字在学习Android系统的时候，总被反复提及，因为它是我们Android世界的孵化器，每一个上层应用的创建，都是通过Zygote调用fork创建的子进程，而子进程可以快速继承父进程已经加载的资源库，这里主要指的是应用所需的JAR包，比如/system/framework/framework.jar，因为我们应用所需的基础控件都在这里，像View、TextView、ImageView。

接下来我来讲解下一个调试，也就是对TextView的调试（其他Button调试方式一样）。如前面所说，这个代码被编译到/system/framework/framework.jar，那么我们通过ps命令和cat /proc/pid/maps命令在Zygote中找到它，同时它能够被每一个由Zygote创建的子进程找到，比如我们当前要调试Gallery的主界面TextView。

我们验证下，使用ps -A |grep gallery3d查到Gallery对应的进程PID，使用cat /proc/pid/maps |grep framework.jar看到如下信息：

efcd5000-efcd6000 r--s 00000000 08:06 684                                /system/framework/framework.jar

这说明我们要调试的应用进程在内存映射中确实存在，那么我们就需要在gallery3d进程中下断点了。

下来我们建立调试环境：

• 打开Genymotion，选择下载好Android 9.0的镜像文件，启动模拟器，然后在桌面上启动Gallery图库应用。

• 找到模拟器对应的TextView.java代码。

• 打开Android Studio，File -> New -> New Project然后直接Next直到完成就行。

• 新建一个包名，从TextView.java文件中找到它的包名，这里为android.widget，然后把TextView.java放到里面即可。

• 在TextView.java的onDraw方法上面设置断点，然后找到菜单的Run -> Attach debugger to Android process勾选Show all process，选中com.android.gallery3d进程（我们已知这个主界面有TextView控件）确定。

然后我们点击下这个界面左上角的菜单，随便选择一个点击，发现断点已生效，具体如下图所示。

然后我们可以使用界面上的调试按钮（或者快捷键）进行调试代码。

今天我讲解了如何调试Framework中的系统服务进程的AMS服务线程，其他PMS、WMS的调试方法跟AMS一样。并且我也讲解了如何调试一个应用里面的TextView控件，其他的比如Button、ImageView调试方法跟TextView也是一样的。

通过今天的学习，我希望能够给你一个学习系统框架最便捷的路径。在解决系统问题的时候，你可以方便的使用调试分析，从而快速定位、修复问题。