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）。

1
2
3
4


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。

1
2
3
4


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。

1
2
3
4
5
6


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。

1
2


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。

1
2


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：

1
2


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。