Instrumentation框架分析及其使用

article/2025/9/21 0:38:43

本文旨在从Android系统源码出发，简单梳理Instrumentation框架的行为及逻辑结构，供有兴趣的同学一起学习

从am instrument谈起

am instrument命令的执行

我们知道，命令行运行Android测试的命令是adb shell am instrument，这个命令是如何调起我们的测试代码来进行测试的呢，让我们从am命令的处理源码来开始一步步的查看吧。

am.java是android系统处理am命令的类，其位于/frameworks/base/cmds/am/src/com/android/commands/am/下，有Android源码的同学可以到相关目录下自行查看

onRun方法是am处理各个不同命令的分发处，我们可以看到am命令有多种用法，其中am instrumentation命令会调用runInstrument()方法

public void onRun() throws Exception {mAm = ActivityManagerNative.getDefault();if (mAm == null) {System.err.println(NO_SYSTEM_ERROR_CODE);throw new AndroidException("Can't connect to activity manager; is the system running?");}String op = nextArgRequired();if (op.equals("start")) {runStart();} else if (op.equals("startservice")) {runStartService();} else if (op.equals("stopservice")) {runStopService();} else if (op.equals("force-stop")) {runForceStop();} else if (op.equals("kill")) {runKill();} else if (op.equals("kill-all")) {runKillAll();} else if (op.equals("instrument")) {runInstrument();} else if (op.equals("broadcast")) {sendBroadcast();} else if (op.equals("profile")) {runProfile();} else if (op.equals("dumpheap")) {runDumpHeap();} else if (op.equals("set-debug-app")) {runSetDebugApp();} else if (op.equals("clear-debug-app")) {runClearDebugApp();} else if (op.equals("bug-report")) {runBugReport();} else if (op.equals("monitor")) {runMonitor();} else if (op.equals("hang")) {runHang();} else if (op.equals("restart")) {runRestart();} else if (op.equals("idle-maintenance")) {runIdleMaintenance();} else if (op.equals("screen-compat")) {runScreenCompat();} else if (op.equals("to-uri")) {runToUri(0);} else if (op.equals("to-intent-uri")) {runToUri(Intent.URI_INTENT_SCHEME);} else if (op.equals("to-app-uri")) {runToUri(Intent.URI_ANDROID_APP_SCHEME);} else if (op.equals("switch-user")) {runSwitchUser();} else if (op.equals("start-user")) {runStartUserInBackground();} else if (op.equals("stop-user")) {runStopUser();} else if (op.equals("stack")) {runStack();} else if (op.equals("lock-task")) {runLockTask();} else if (op.equals("get-config")) {runGetConfig();} else {showError("Error: unknown command '" + op + "'");}
}

以下是runInsturmentation方法的源码

private void runInstrument() throws Exception {String profileFile = null;boolean wait = false;boolean rawMode = false;boolean no_window_animation = false;int userId = UserHandle.USER_CURRENT;Bundle args = new Bundle();String argKey = null, argValue = null;IWindowManager wm = IWindowManager.Stub.asInterface(ServiceManager.getService("window"));String abi = null;String opt;while ((opt=nextOption()) != null) {if (opt.equals("-p")) {profileFile = nextArgRequired();} else if (opt.equals("-w")) {wait = true;} else if (opt.equals("-r")) {rawMode = true;} else if (opt.equals("-e")) {argKey = nextArgRequired();argValue = nextArgRequired();args.putString(argKey, argValue);} else if (opt.equals("--no_window_animation")|| opt.equals("--no-window-animation")) {no_window_animation = true;} else if (opt.equals("--user")) {userId = parseUserArg(nextArgRequired());} else if (opt.equals("--abi")) {abi = nextArgRequired();} else {System.err.println("Error: Unknown option: " + opt);return;}}if (userId == UserHandle.USER_ALL) {System.err.println("Error: Can't start instrumentation with user 'all'");return;}String cnArg = nextArgRequired();ComponentName cn = ComponentName.unflattenFromString(cnArg);if (cn == null) throw new IllegalArgumentException("Bad component name: " + cnArg);InstrumentationWatcher watcher = null;UiAutomationConnection connection = null;if (wait) {watcher = new InstrumentationWatcher();watcher.setRawOutput(rawMode);connection = new UiAutomationConnection();}float[] oldAnims = null;if (no_window_animation) {oldAnims = wm.getAnimationScales();wm.setAnimationScale(0, 0.0f);wm.setAnimationScale(1, 0.0f);}if (abi != null) {final String[] supportedAbis = Build.SUPPORTED_ABIS;boolean matched = false;for (String supportedAbi : supportedAbis) {if (supportedAbi.equals(abi)) {matched = true;break;}}if (!matched) {throw new AndroidException("INSTRUMENTATION_FAILED: Unsupported instruction set " + abi);}}if (!mAm.startInstrumentation(cn, profileFile, 0, args, watcher, connection, userId, abi)) {throw new AndroidException("INSTRUMENTATION_FAILED: " + cn.flattenToString());}if (watcher != null) {if (!watcher.waitForFinish()) {System.out.println("INSTRUMENTATION_ABORTED: System has crashed.");}}if (oldAnims != null) {wm.setAnimationScales(oldAnims);}
}

该方法主要做了这么几件事：

  1. 解析参数并处理异常，目前支持的参数为（-w,-p,-r,-e,–no_window_animation,–no-window-animation,–user,–abi）
  2. 获取测试包名和TestRunner，格式为测试包名/TestRunner
  3. 进行一些参数的逻辑处理（通常没有使用到，可以暂不关注）
  4. 启动TestRunner进行测试（mAm.startInstrumentation(cn, profileFile, 0, args, watcher, connection, userId, abi)）
  5. 如果附带了-w参数，会等待至执行完成，否则直接结束处理

各个指令含义解析：

  • -w, 等待执行完成后才返回，否则直接返回（Instrumentation的执行在不同线程，不管是否带该参数都会正确执行）
  • -p, 带1个参数，将一些配置写入指定文件（具体用处还未研究，后续有需要再补充）
  • -r, 输出原始的数据（具体用处还未研究，后续有需要再补充）
  • -e, 带两个参数，将这两个参数作为键值对传递给TestRunner，由TestRunner处理（后面会提到）
  • –no_window_animation或–no-window-animation，执行Instrumentation过程中禁用动画效果，执行完后会恢复
  • –user, 带1个参数，使用指定的uid运行（具体用处还未研究，后续有需要再补充）
  • –abi, 带1个参数，使用指定的abi运行（具体用处还未研究，后续有需要再补充）

mAm是一个IActivityManager的对象，调用其startInstrumentation方法开始处理Instrumentation，下面我们来看看ActivityManager相关的知识

ActivityManager相关知识

ActivityManager是android框架的一个重要部分，它负责一新ActivityThread进程创建，Activity生命周期的维护,下图为这几个类之间的层次关系：

在这张图中，绿色的部分是在SDK中开放给应用程序开发人员的接口，蓝色的部分是一个典型的Proxy模式，红色的部分是底层的服务实现，是真正的动作执行者。这里的一个核心思想是Proxy模式，关于代理模式相关知识，请参考（暂却，后续补上）。以上仅是简单的介绍了下者几个类的关系，随着我们上文的步伐，我们会一点点分析出am命令是如何让Android系统跑起来测试用例的。

获取ActivityManager

还记得之前在am命令中启动Instrumentation的命令么？对的就是这个mAm.startInstrumentation(cn, profileFile, 0, args, watcher, connection, userId, abi)
其中的mAm为mAm = ActivityManagerNative.getDefault();
接下来便是要研究ActivityManagerNative.getDefault()了：

static public IActivityManager getDefault() {return gDefault.get();
}

gDefault的定义是IActivityManager的一个单例对象

private static final Singleton<IActivityManager> gDefault = new Singleton<IActivityManager>() {protected IActivityManager create() {IBinder b = ServiceManager.getService("activity");if (false) {Log.v("ActivityManager", "default service binder = " + b);}IActivityManager am = asInterface(b);if (false) {Log.v("ActivityManager", "default service = " + am);}return am;}
};

获取到名为activity的服务后，调用asInterface方法：

static public IActivityManager asInterface(IBinder obj) {if (obj == null) {return null;}IActivityManager in =(IActivityManager)obj.queryLocalInterface(descriptor);if (in != null) {return in;}return new ActivityManagerProxy(obj);
}

返回的是一个ActivityManagerProxy对象，然后按照原来的流程应该执行的是startInstrumentation方法

public boolean startInstrumentation(ComponentName className, String profileFile,int flags, Bundle arguments, IInstrumentationWatcher watcher,IUiAutomationConnection connection, int userId, String instructionSet)throws RemoteException {Parcel data = Parcel.obtain();Parcel reply = Parcel.obtain();data.writeInterfaceToken(IActivityManager.descriptor);ComponentName.writeToParcel(className, data);data.writeString(profileFile);data.writeInt(flags);data.writeBundle(arguments);data.writeStrongBinder(watcher != null ? watcher.asBinder() : null);data.writeStrongBinder(connection != null ? connection.asBinder() : null);data.writeInt(userId);data.writeString(instructionSet);mRemote.transact(START_INSTRUMENTATION_TRANSACTION, data, reply, 0);reply.readException();boolean res = reply.readInt() != 0;reply.recycle();data.recycle();return res;
}

将相关参数写入打包后调用mRemote.transact方法，这个mRemote即初始化ActivityManagerProxy时传入的IBinder对象，即ServiceManager.getService(“activity”)

public static IBinder getService(String name) {try {IBinder service = sCache.get(name);if (service != null) {return service;} else {return getIServiceManager().getService(name);}} catch (RemoteException e) {Log.e(TAG, "error in getService", e);}return null;
}

可见ServiceManager会先从sCache缓存中查看是否有对应的Binder对象，有则返回，没有则调用getIServiceManager().getService(name)，那么要获取这个以activity命名的Service，它是在哪里创建的呢？通过全局搜索，我们找到这个调用关系，由于中间的方法实在是太太太太太长了，大家有兴趣的自己去看源码吧，其调用过程如下：zygote->main->new SystemServer().run()->[SystemServer]startBootstrapServices()->[SystemServer]mActivityManagerService.setSystemProcess()->[ActivityManagerService]ServiceManager.addService(Context.ACTIVITY_SERVICE, this, true)

由此可见，这个名为mRemote的Binder对应的是ActivityManagerService，ActivityManagerService的transact方法继承了Binder的实现：

public final boolean transact(int code, Parcel data, Parcel reply,int flags) throws RemoteException {if (false) Log.v("Binder", "Transact: " + code + " to " + this);if (data != null) {data.setDataPosition(0);}boolean r = onTransact(code, data, reply, flags);if (reply != null) {reply.setDataPosition(0);}return r;
}

会调用onTransact方法：

public boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags)throws RemoteException {if (code == SYSPROPS_TRANSACTION) {// We need to tell all apps about the system property change.ArrayList<IBinder> procs = new ArrayList<IBinder>();synchronized(this) {final int NP = mProcessNames.getMap().size();for (int ip=0; ip<NP; ip++) {SparseArray<ProcessRecord> apps = mProcessNames.getMap().valueAt(ip);final int NA = apps.size();for (int ia=0; ia<NA; ia++) {ProcessRecord app = apps.valueAt(ia);if (app.thread != null) {procs.add(app.thread.asBinder());}}}}int N = procs.size();for (int i=0; i<N; i++) {Parcel data2 = Parcel.obtain();try {procs.get(i).transact(IBinder.SYSPROPS_TRANSACTION, data2, null, 0);} catch (RemoteException e) {}data2.recycle();}}try {return super.onTransact(code, data, reply, flags);} catch (RuntimeException e) {// The activity manager only throws security exceptions, so let's// log all others.if (!(e instanceof SecurityException)) {Slog.wtf(TAG, "Activity Manager Crash", e);}throw e;}
}

由于statusCode不为SYSPROPS_TRANSACTION会调用父类ActivityManagerNative的onTransact方法，方法由于statusCode很多，我们只挑选了符合我们要求的部分的源码：

case START_INSTRUMENTATION_TRANSACTION: {data.enforceInterface(IActivityManager.descriptor);ComponentName className = ComponentName.readFromParcel(data);String profileFile = data.readString();int fl = data.readInt

http://chatgpt.dhexx.cn/article/uaFbmgae.shtml

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