OpenHarmony源碼解析之Ability子系統(tǒng)(零)
51CTO和華為官方合作共建的鴻蒙技術(shù)社區(qū)
00. 簡介
本文檔基于 OpenHarmony 2.2 Beta2 源碼的 L2 設(shè)備部分編寫。
因鴻蒙系統(tǒng)目前處在快速發(fā)展時(shí)期，本文中的一些內(nèi)容可能會過時(shí)，建議在閱讀的同時(shí)參考最新代碼以了解更實(shí)時(shí)的知識。
Ability 子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對 Ability 的運(yùn)行及生命周期進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度和管理，應(yīng)用進(jìn)程能夠支撐多個(gè) Ability，Ability 具有跨應(yīng)用進(jìn)程間和同一進(jìn)程內(nèi)調(diào)用的能力。Ability 管理服務(wù)統(tǒng)一調(diào)度和管理應(yīng)用中各 Ability，并對Ability的生命周期變更進(jìn)行管理。
該子系統(tǒng)在 OpenHarmony 架構(gòu)中的位置見下圖中紅框 (這里有意增加了紅框的尺寸，因?yàn)槠鋬?nèi)部邏輯除了 Ability 框架外，還包含了部分用戶程序框架與系統(tǒng)服務(wù)層的內(nèi)容)。對于應(yīng)用進(jìn)程來說，Ability 子系統(tǒng)是與之關(guān)系最緊密的核心系統(tǒng)模塊。
OpenHarmony 架構(gòu)圖：
01.基礎(chǔ)知識
Ability 子系統(tǒng)的架構(gòu)如下圖所示?？梢钥吹狡浞謨蓚€(gè)模塊，其中 Ability Kit 模塊位于 User Process (用戶進(jìn)程)，而 AbilityManagerService 模塊位于 Service Layer (服務(wù)層)。這兩個(gè)模塊內(nèi)部由多個(gè)相關(guān)聯(lián)的子模塊組成。
Ability 子系統(tǒng)架構(gòu)圖：
要理解 Ability 框架，需要先了解以下概念：
0) Ability
Ability 是系統(tǒng)調(diào)度應(yīng)用的最小單元，是能夠完成一個(gè)獨(dú)立功能的組件，一個(gè)應(yīng)用可以包含一個(gè)或多個(gè) Ability。
Ability 分為 FA (Feature Ability) 和 PA (Particle Ability) 兩種類，其中 FA 支持 Page Ability，PA 支持 Service Ability 和 Data Ability。
1) Ability 生命周期
Ability 生命周期 (Ability Life Cycle) 是 Ability 被調(diào)度到 INACTIVE \ ACTIVE \ BACKGROUND 等各個(gè)狀態(tài)的統(tǒng)稱 (主要涉及 PageAbility 類型和 ServiceAbility 類型的 Ability)。
PageAbility 類型的 Ability 生命周期流轉(zhuǎn)如下圖所示：
ServiceAbility 類型的 Ability 生命周期流轉(zhuǎn)如下圖所示：
如果希望了解更詳細(xì)的關(guān)于 Ability 的知識，可以搜索參閱關(guān)于鴻蒙 Ability 的其他文檔。我們之后也會編寫一些詳解 Ability 的文檔并分享。
2) 服務(wù)層
服務(wù)層 (Service Layer) 的各模塊運(yùn)行在 OpenHarmony 的各系統(tǒng)進(jìn)程中，用于與底層交互并支撐上層框架層的功能，其通過 IPC 調(diào)用的方式與用戶進(jìn)程相互傳遞信息。
Ability 子系統(tǒng)在服務(wù)層的模塊為 AbilityManagerService。
3) 用戶進(jìn)程
用戶進(jìn)程 (User Process)是指 OpenHarmony 上層的應(yīng)用進(jìn)程，包括系統(tǒng)應(yīng)用與三方應(yīng)用等，各應(yīng)用一般運(yùn)行在獨(dú)立的用戶進(jìn)程中。用戶進(jìn)程包含框架層的各模塊邏輯，其通過框架層的接口以 IPC 調(diào)用的方式使用服務(wù)層的系統(tǒng)服務(wù)。
02. 類間關(guān)系
本段將展示服務(wù)層和用戶進(jìn)程兩部分的 Ability 子系統(tǒng)類關(guān)系圖。
在學(xué)習(xí) Ability 子系統(tǒng)的類圖之前，我們應(yīng)先了解 OpenHarmony 的 IPC 調(diào)用框架圖，這是各系統(tǒng)服務(wù)工作的基礎(chǔ)機(jī)制之一。
0) IPC 框架
目前 OpenHarmony 尚未在源碼全面使用 IDL 來生成 IPC 調(diào)用接口。各系統(tǒng)服務(wù)暫時(shí)采用人工編寫的方式來定義服務(wù)接口，主要的類之間的關(guān)系見下圖：
IPC 框架圖 (UML)
標(biāo)黃的四個(gè)部分是編寫服務(wù)時(shí)需要實(shí)現(xiàn)的四個(gè)類：
- Interface 是一個(gè)抽象基類，不能實(shí)例化，其用于定義跨進(jìn)程調(diào)用的各函數(shù)的名字 \ 參數(shù)以及返回類型;
- Proxy 類繼承了 IRemoteProxy
類，其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了 Client 端的各函數(shù)，將參數(shù)序列化，并通過 IPC 驅(qū)動(dòng)傳遞到 Server 端，并接收 Server 端的返回值; - Stub 類繼承了 IRemoteStub
類，但其仍是抽象類，不能實(shí)例化，其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了將 Client 端傳來的數(shù)據(jù)反序列化,傳遞給對應(yīng)函數(shù)，并將返回值序列化，并通過 IPC 驅(qū)動(dòng)傳遞到 Client 端; - Service 類繼承了 Stub 類，這是 Server 端的業(yè)務(wù)核心類，用于實(shí)現(xiàn)各接口的真正邏輯。
因代碼量比較多，這里只做簡要介紹。如果希望詳細(xì)了解 IPC 框架的機(jī)制與實(shí)現(xiàn)，我們將來也會編寫并分享相關(guān)文檔。
1) 服務(wù)層
Ability 子系統(tǒng)在系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)程中的類間關(guān)系如下圖，標(biāo)綠色的類是整個(gè)流程的核心類，藍(lán)色的框體代表與外部模塊進(jìn)行交互，粉色的類代表跨進(jìn)程調(diào)用的接口類：
Ability 子系統(tǒng)服務(wù)層 (UML)
核心類：
AbilityManagerService：
此類是 Ability 子系統(tǒng)的系統(tǒng)服務(wù)的總管。該類實(shí)現(xiàn)了 IAbilityManager 的 Stub 的所有接口，用以執(zhí)行來自用戶進(jìn)程的 IPC 調(diào)用。
Ability 子系統(tǒng)服務(wù)的各功能由各子模塊 (Manager) 負(fù)責(zé)，而 AbilityManagerService 中則包含了各子模塊的實(shí)例。
當(dāng)執(zhí)行相應(yīng)的 IPC 調(diào)用時(shí)，AbilityManagerService 會調(diào)用相應(yīng)的子模塊的函數(shù)進(jìn)行處理，并將結(jié)果通過 IPC 返回給調(diào)用方。
AbilityRecord：
此類是應(yīng)用 Ability 在系統(tǒng)服務(wù)中的映射。該類持有 IAbilityScheduler 的 Proxy 對象，用以對相應(yīng) Ability 所在進(jìn)程進(jìn)行 IPC 調(diào)用。
前文已介紹，Ability 是應(yīng)用程序的最核心的組件，當(dāng)應(yīng)用的 Ability 在使用時(shí)，其會在系統(tǒng)服務(wù)中產(chǎn)生一個(gè)對應(yīng)的 AbilityRecord 對象，記錄了該 Ability 的屬性和狀態(tài)，AbilityRecord 對象由 AbilityManagerService 管理，當(dāng)需要操作 \ 調(diào)度 Ability 時(shí)，就會調(diào)用相應(yīng)的 AbilityRecord 的函數(shù)，并通過 IAbilityScheduler 的 Proxy 調(diào)用到用戶進(jìn)程，使用戶進(jìn)程做出響應(yīng)動(dòng)作 (如生命周期切換等)。
組成 AbilityManagerService 的重要模塊：
AppScheduler：
此類調(diào)用 AppMgrClient 中的接口，用以與用戶進(jìn)程框架 (AppManager) 模塊進(jìn)行交互，Ability 所屬的用戶進(jìn)程即由 AppManager 管理。
AbilityManagerService 持有此類的實(shí)例，用以進(jìn)行與 AppManager 系統(tǒng)服務(wù)間的交互。
AbilityStackManager：
此類掌管所有 FA (Feature Ability)，即 Page Ability。
FA 的可見性 \ 層次結(jié)構(gòu)等狀態(tài)由該 Manager 進(jìn)行計(jì)算和調(diào)度，并對相應(yīng)的 AbilityRecord 進(jìn)行操作。
AbilityConnectManager：
此類掌管所有 PA (Particle Ability) 中的 Service Ability。
Service Ability 的連接 \ 生命周期等狀態(tài)由該 Manager 進(jìn)行計(jì)算和調(diào)度，并對相應(yīng)的 AbilityRecord 進(jìn)行操作。
DataAbilityManager：
此類掌管所有 PA (Particle Ability) 中的 Data Ability。
Data Ability 的連接 \ 加載等邏輯由該 Manager 進(jìn)行計(jì)算和調(diào)度，并對相應(yīng)的 AbilityRecord 進(jìn)行操作。
其他主要類：
MissionRecord：
此類對應(yīng)了名為 Mission 的邏輯概念，屬于同一個(gè)邏輯棧的 Page Ability 合為一個(gè) Misson，這些 Ability 的 AbilityRecord 會以棧的形式保存在相應(yīng)的 MissionRecord 中。
MissionRecord 中的 AbilityRecord 順序即是 Mission 中的 Ability 存在順序，該順序與 Ability 的進(jìn)入和退出邏輯相關(guān)。
MissionStack：
此類對應(yīng)了名為 Stack 的邏輯概念，屬于同一個(gè)顯示區(qū)域的 Mission 合為一個(gè) Stack，這些 Mission 的 MissionRecord 會以棧的形式保存在相應(yīng)的 MissionStack 中。
要注意的是，MissionStack 中的 MissionRecord 與 Mission 的順序無關(guān)，每個(gè) MissionRecord 會保存其自身的順序關(guān)系。
各 MissionStack 實(shí)例保存在 AbilityStackManager 中，由 AbilityStackManager 進(jìn)行管理。
ConnectionRecord：
當(dāng) Service Ability 被以 connectAbility() 的方式連接時(shí)，會在系統(tǒng)層產(chǎn)生一個(gè) ConnectionRecord 對象。ConnectionRecord 用以記錄和控制該 Connection 的數(shù)據(jù)與狀態(tài)。
各 ConnectionRecord 實(shí)例保存在 AbilityConnectManager 中，由 AbilityConnectManager 進(jìn)行管理。
DataAbilityRecord：
當(dāng) Data Ability 被調(diào)用時(shí)，會在系統(tǒng)層產(chǎn)生一個(gè) DataAbilityRecord 對象。DataAbilityRecord 用以記錄和控制該 Data Ability 的數(shù)據(jù)與狀態(tài)。
各 DataAbilityRecord 實(shí)例保存在 DataAbilityManager 中，由 AbilityConnectManager 進(jìn)行管理。
2) 用戶進(jìn)程
Ability 子系統(tǒng)在用戶進(jìn)程中的類間關(guān)系如下圖，標(biāo)綠色的類是整個(gè)流程的核心類，藍(lán)色的框體代表與外部模塊進(jìn)行交互，粉色的類代表跨進(jìn)程調(diào)用的接口類：
Ability 子系統(tǒng)用戶進(jìn)程 (UML)
核心類：
AbilityThread：
此類是 Ability 在用戶進(jìn)程中的總管，該類實(shí)現(xiàn)了 IAbilityScheduler 的 Stub 的所有接口，用以執(zhí)行來自系統(tǒng)服務(wù)的 IPC 調(diào)用。
當(dāng)執(zhí)行相應(yīng)的 IPC 調(diào)用時(shí)，AbilityThread 會對該 Ability 的數(shù)據(jù)與狀態(tài)進(jìn)行處理，并將結(jié)果通過 IPC 返回給調(diào)用方。
Ability：
該類是應(yīng)用程序的各 Ability 的基類，含有 Ability 運(yùn)作時(shí)所需要的各用戶進(jìn)程中的數(shù)據(jù)，并定義了各生命周期切換時(shí)的回調(diào)接口。
Ability 繼承了 AbilityContext 類，AbilityContext 是一個(gè) Context 類，其功能是與系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行交互，可以獲取和改變一些與應(yīng)用有關(guān)的屬性值。
Ability 的實(shí)例被構(gòu)建在 AbilityThread 對象中。
與 AbilityThread \ Ability 交互緊密的重要類：
AbilityHandler：
該類是一個(gè) EventHandler 類，其綁定了該應(yīng)用進(jìn)程的主 EventRunner，用以執(zhí)行應(yīng)用的主消息循環(huán)。
Ability 的主要操作都會 post 到此 EventHandler 循環(huán)中完成。
AbilityHandler 的實(shí)例被構(gòu)建在 AbilityThread 對象中。
AbilityImpl (DataAbilityImpl \ PageAbilityImpl \ ServiceAbilityImpl)：
該類用以直接控制對應(yīng)的 Ability 的操作和狀態(tài)。對于三種不同類型的 Ability，AbilityImpl 派生出三種不同的派生類 (DataAbilityImpl \ PageAbilityImpl \ ServiceAbilityImpl)，用以差異處理這三類 Ability。
AbilityThread 的實(shí)例被構(gòu)建在 AbilityThread 對象中。
AbilityLoader：
該類用以保存各 Ability 的構(gòu)建函數(shù)，當(dāng)通過相應(yīng)的 Ability 的名稱來構(gòu)建時(shí)，會由 AbilityLoader 來查詢并調(diào)用其構(gòu)建函數(shù)。
AbilityLoader 使用了單例模式，在用戶進(jìn)程中只有一個(gè)實(shí)例。
AbilityWindow：
該類是 Window 對象的派生類，用以控制對應(yīng) Ability 的圖形界面方面的邏輯，與 OpenHarmony 的圖形子系統(tǒng)進(jìn)行間接交互。
AbilityWindow 會隨者 Ability 的構(gòu)建而構(gòu)建，其實(shí)例存于對應(yīng)的 Ability 對象中。
其他主要類：
MainThread：
該類用于管理應(yīng)用進(jìn)程的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，是應(yīng)用程序的核心類。該類實(shí)現(xiàn)了 IAppScheduler 的 Stub 的所有接口，用以執(zhí)行來自系統(tǒng)服務(wù)的 IPC 調(diào)用。
MainThread 并不屬于 Ability 子系統(tǒng)，而屬于用戶程序框架子系統(tǒng)，但該類與 Ability 子系統(tǒng)關(guān)系密切。
Ability 子系統(tǒng)的各類對象 (如 AbilityThread) 的管理，以及 Ability 的創(chuàng)建等流程，都由此類處理。
AbilityRecordMgr：
該類存放了所屬應(yīng)用進(jìn)程的所有 AbilityThread 對象，AbilityThread 被封裝在 LocalAbilityRecord 類中，并以 map 的形式存儲于 AbilityRecordMgr 中。
AbilityRecordMgr 同樣是用戶程序框架子系統(tǒng)的一部分，其實(shí)例存儲在 MainThread 類中。
AbilityManagerClient：
該類是與 AbilityManagerService 交互的橋梁，其持有 IAbilityManager 的 Proxy 對象，用以對 AbilityManagerService 所屬的系統(tǒng)進(jìn)程進(jìn)行 IPC 調(diào)用。
該類被 AbilityContext 等眾多類使用，用來調(diào)用 AbilityManagerService 的各接口，以執(zhí)行控制系統(tǒng)服務(wù)或獲取系統(tǒng)服務(wù)狀態(tài)的邏輯。
03. 總結(jié)
Ability 子系統(tǒng)是支撐鴻蒙應(yīng)用程序運(yùn)行的核心模塊，對于系統(tǒng)開發(fā)者\(yùn) 應(yīng)用開發(fā)者來說，都很有必要去深入了解。
本文檔對 Ability 子系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)做了介紹，由于該模塊代碼量較多，邏輯較復(fù)雜，該講解也僅是在框架層面，未深究其細(xì)節(jié)。
如果希望了解更多有關(guān) Ability 子系統(tǒng)的知識，敬請期待我們后續(xù)將要分享的 《OpenHarmony 源碼解析之 Ability 子系統(tǒng) (一)》，在這篇我們會挑選一些 Ability 子系統(tǒng)的局部流程進(jìn)行詳細(xì)講解。
51CTO和華為官方合作共建的鴻蒙技術(shù)社區(qū)
