Qt android浅析-白红宇

Qt android浅析

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发布时间：2019-05-24

本文共 16893 字，大约阅读时间需要 56 分钟。

转自：

Qt5支持编写Android应用。

典型main：

int main(int argc, char *argv[]){    QApplication a(argc, argv);    MainWindow w;    w.show();    return a.exec();}

这会在Android设备上显示一个空白窗口。

但是：

问题1， main函数“冲突”。我们知道Android进程源于zygote的fork，作为进程入口的函数main早就执行过了，那么上述代码这中Qt的入口函数main又何时怎么被执行的呢？

问题2，Android activity的生命周期是如何转化为qt的生命周期的？

问题3，qt主线程和Android主线程的关系是什么样的？

以下基于Qt 5.10.1分析（源码参考）。

helloworld工程分析

在qtcreator新建一个helloworld的工程，编译后，在qt的build目录下，可以看到目录结构：

- android_build/- libhelloworld.so- main.o- mainwindow.o

.o文件显然对应各个cpp文件，so文件是.o文件的“集合”。android-build的目录经过简单的查看，可以知道是一个gradle组织的android工程。

所以qt的Android支持，简单看就是将我们写的qt代码生成so文件，并通过自动生成的Android模板工程来最终生成一个apk文件。

看下android_build中的build.gradle：

……sourceSets {    main {        manifest.srcFile 'AndroidManifest.xml'        java.srcDirs = [qt5AndroidDir + '/src', 'src', 'java']        aidl.srcDirs = [qt5AndroidDir + '/src', 'src', 'aidl']        res.srcDirs = [qt5AndroidDir + '/res', 'res']        resources.srcDirs = ['src']        renderscript.srcDirs = ['src']        assets.srcDirs = ['assets']        jniLibs.srcDirs = ['libs']   }}……

build.gradle中通过sourceSets调整了com.android.application插件的默认源码、资源路径。

主要引入了qt5AndroidDir目录下的src、aidl和res。

qt5AndroidDir定义在gradle.properties：

qt5AndroidDir=/Users/xxxx/Qt5.10.1/5.10.1/android_armv7/src/android/java

一般指向qt安装目录中的android_armv7/src/android/java.

看下libs目录:

libs├── QtAndroid-bundled.jar└── armeabi-v7a    ├── gdbserver    ├── libQt5Core.so    ├── libQt5Gui.so    ├── libQt5Widgets.so    ├── libgdbserver.so    ├── libgnustl_shared.so    ├── libhelloworld.so    ├── libplugins_imageformats_libqgif.so    ├── libplugins_imageformats_libqicns.so    ├── libplugins_imageformats_libqico.so    ├── libplugins_imageformats_libqjpeg.so    ├── libplugins_imageformats_libqtga.so    ├── libplugins_imageformats_libqtiff.so    ├── libplugins_imageformats_libqwbmp.so    ├── libplugins_imageformats_libqwebp.so    ├── libplugins_platforms_android_libqtforandroid.so    └── libplugins_styles_libqandroidstyle.so

qt运行所需的几个核心so拷贝被拷贝到了libs目录下，这样就会被打包到最终的apk中。还引入了一个QtAndroid-bundled.jar依赖。

总结

qt编写的代码会生成为一个动态库，以工程名命名

qt生成Android应用的策略是借助了一个模板工程

不难猜测，qt应用的运行模式是，通过模板工程生成的Android应用，以native调用方式执行qt代码

启动流程

上节分析可知，Android代码主导了整个进程的运行。那么寻找Qt应用入口就从Android代码入手。

Android应用入口一般是Application，模板工程android-build中，QtApplication继承了Applicaiton，但是浏览一遍并没有发现加载libhelloworld.so的地方，先略过。

Application加载后会会执行“主Activity”，也就是<intent-filter>指定有category.LAUNCHER的那个Activity，在模板工程中是QtActivity。

这样，主Activity的onCreate就不亚于第二入口:

@Overridepublic void onCreate(Bundle savedInstanceState){    super.onCreate(savedInstanceState);    onCreateHook(savedInstanceState);}

onCreateHook

protected void onCreateHook(Bundle savedInstanceState) {    m_loader.APPLICATION_PARAMETERS = APPLICATION_PARAMETERS;    m_loader.ENVIRONMENT_VARIABLES = ENVIRONMENT_VARIABLES;    m_loader.QT_ANDROID_THEMES = QT_ANDROID_THEMES;    m_loader.QT_ANDROID_DEFAULT_THEME = QT_ANDROID_DEFAULT_THEME;    m_loader.onCreate(savedInstanceState);}

这里看到的m_loader是类QtActivityLoader

Loader

QtActivityLoader.create:

……m_displayDensity = m_activity.getResources().getDisplayMetrics().densityDpi;ENVIRONMENT_VARIABLES += "\tQT_ANDROID_THEME=" + QT_ANDROID_DEFAULT_THEME        + "/\tQT_ANDROID_THEME_DISPLAY_DPI=" + m_displayDensity + "\t";if (null == m_activity.getLastNonConfigurationInstance()) {//代码分析看应该总是null，可能是预留的功能吧    if (m_contextInfo.metaData.containsKey("android.app.background_running")            && m_contextInfo.metaData.getBoolean("android.app.background_running")) {        ENVIRONMENT_VARIABLES += "QT_BLOCK_EVENT_LOOPS_WHEN_SUSPENDED=0\t";    } else {        ENVIRONMENT_VARIABLES += "QT_BLOCK_EVENT_LOOPS_WHEN_SUSPENDED=1\t";    }    if (m_contextInfo.metaData.containsKey("android.app.auto_screen_scale_factor")            && m_contextInfo.metaData.getBoolean("android.app.auto_screen_scale_factor")) {        ENVIRONMENT_VARIABLES += "QT_AUTO_SCREEN_SCALE_FACTOR=1\t";    }    startApp(true);//上面大部分只是在设置ENVIRONMENT_VARIABLES，这里是关键}

找到一个亲切的函数——startApp:

//查AndroidManifest.xml，易得， 
   if (m_contextInfo.metaData.containsKey("android.app.use_local_qt_libs")                    && m_contextInfo.metaData.getInt("android.app.use_local_qt_libs") == 1) {    ……//根据AndroidManifest和ENVIRONMENT_VARIABLES的值来配置loaderParams，此处省略一万字    //这里调用loaderClassName()设置LOADER_CLASS_NAME，对于QtActivityLoader是org.qtproject.qt5.android.QtActivityDelegate(loaderClassName()函数的名字取得不准确，个人更趋向于叫delegaterClassName())    loaderParams.putString(LOADER_CLASS_NAME_KEY, loaderClassName());    loadApplication(loaderParams);    return;}//如果不使用本地qt库，则绑定ministro的服务，并且在绑定后会启动下载流程if (!m_context.bindService(new Intent(org.kde.necessitas.ministro.IMinistro.class.getCanonicalName()),        m_ministroConnection,        Context.BIND_AUTO_CREATE)) {    throw new SecurityException("");}

startApp处理了是否需要ministro介入Qt启动流程的事，ministro可以不在应用中嵌入qt库，而是在运行的时候去下载必要库。QtCreator创建的工程生成的apk是自带qt库的，读者可以忽略ministro.

最后startApp调用了loadApplication——加载Qt库并运行：

……//这里上文分析了，加载到的是类是：org.qtproject.qt5.android.QtActivityDelegateClass
    loaderClass = classLoader.loadClass(loaderParams.getString(LOADER_CLASS_NAME_KEY)); // load QtLoader classObject qtLoader = loaderClass.newInstance(); // create an instance//反射调用loadApplicationMethod prepareAppMethod = qtLoader.getClass().getMethod("loadApplication",        contextClassName(),        ClassLoader.class,        Bundle.class);if (!(Boolean)prepareAppMethod.invoke(qtLoader, m_context, classLoader, loaderParams))    throw new Exception("");QtApplication.setQtContextDelegate(m_delegateClass, qtLoader);//这里会加载libhelloworld.so，以及它依赖的其他库，如libQt5Core.so等if (libName != null)    System.loadLibrary(libName);//反射调用startApplicationMethod startAppMethod=qtLoader.getClass().getMethod("startApplication");if (!(Boolean)startAppMethod.invoke(qtLoader))    throw new Exception("");

这里涉及qt Android封装中一个重要的类——delegate。对于QtActivity而言是QtActivityDelegate.

到此为止，接触了QtActivity， QtActivityLoader ， QtActivityDeleagate，这3个类是其Android封装中很重要的类，注意梳理3个类间关系。

startApp主要工作是找到loaderClass（成为delegate更合适），然后调用它的loadApplication和startApplication.

Delegate

loadApplication主要用来读取loadParams，并设置一些全局值，不是本文重点，不深入分析。

startApplication是重头戏：

//qtbase-5.10.1/src/android/jar/src/org/qtproject/qt5/android/QtActivityDelegate.javapublic boolean startApplication() {    ……    if (null == m_surfaces)        onCreate(null);    ……}public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {    ……    //创建一个名字是startApplication的“回调”    startApplication = new Runnable() {        @Override        public void run() {            try {                String nativeLibraryDir = QtNativeLibrariesDir.nativeLibrariesDir(m_activity);                //调用QtNative.startApplication                QtNative.startApplication(m_applicationParameters,                    m_environmentVariables,                    m_mainLib,                    nativeLibraryDir);                m_started = true;            } catch (Exception e) {                e.printStackTrace();                m_activity.finish();            }        }    };    //创建一个布局，startApplication回调将在QtLayout.onSizeChanged重载中调用    m_layout = new QtLayout(m_activity, startApplication);//QtLayout extends ViewGroup    ……    //设置为ContentView    m_activity.setContentView(m_layout, new ViewGroup.LayoutParams(ViewGroup.LayoutParams.MATCH_PARENT,                       ViewGroup.LayoutParams.MATCH_PARENT));    ……}

QtActivityDelegate的startApplication调用了自己的onCreate，onCreate中主要是创建一个QtLayout，作为contentView，并在QtLayout onSizeChanged的时候调用局部变量startApplication指向的回调。然后启动任务抛给了QtNative.startApplication.

QtNative.startApplication:

public static boolean startApplication(String params,                                           String environment,                                           String mainLibrary,                                       String nativeLibraryDir) throws Exception{    synchronized (m_mainActivityMutex) {        res = startQtAndroidPlugin();        ……        startQtApplication(f.getAbsolutePath() + params, environment);//native startQtApplication        m_started = true;    }}public static native boolean startQtAndroidPlugin();public static native void startQtApplication(String params, String env);

调到了native方法，实现在qtbase-5.10.1/src/plugins/platforms/android/androidjnimain.cpp：

static jboolean startQtAndroidPlugin(JNIEnv* /*env*/, jobject /*object*//*, jobject applicationAssetManager*/){    m_androidPlatformIntegration = nullptr;    m_androidAssetsFileEngineHandler = new AndroidAssetsFileEngineHandler();    return true;}static jboolean startQtApplication(JNIEnv *env, jobject /*object*/, jstring paramsString, jstring environmentString){    //通过dlopen+dlsym定位libhelloworld.so中的main函数，也就是qt代码的main函数    m_mainLibraryHnd = dlopen(m_applicationParams.constFirst().data(), 0);    if (Q_UNLIKELY(!m_mainLibraryHnd)) {        qCritical() << "dlopen failed:" << dlerror();        return false;    }    m_main = (Main)dlsym(m_mainLibraryHnd, "main");    ……    //创建线程调用startMainMethod    jboolean res = pthread_create(&m_qtAppThread, nullptr, startMainMethod, nullptr) == 0;    ……}static void *startMainMethod(void */*data*/){    ……    int ret = m_main(m_applicationParams.length(), const_cast
   
    (params.data()));    ……}

这里native代码中的startQtApplication通过dlsym定位了qt代码中的main函数，然后创建了一个线程来执行这个main函数的代码（所以qt主线程，并不是Android的主线程）。而main函数，我们知道会一直执行QApplication.exec()直到退出。

至此，qt工程生成的libhelloworld.so开始执行main函数，开始表现得就像传统的桌面qt应用一样。

让我们梳理下。

总结

主要的启动流程是QtActivity.create -> QtActivityLoader.startApp -> QtActivityDelegate.startApplication -> QtNative.startApplicaiton

qt的主线程并不是Android的主线程，二者相互独立

qt的main函数并不是android应用中的入口函数，只是用作android代码启动qt代码的调用入口（其实c语言中的main也有异曲同工之处）

AndroidManifest中留了很多“启动”qt代码的参数

退出流程

入口找到了，找下出口。

传统qt应用，会在主窗口关闭后，事件循环结束，然后QApplication.exec()退出，主函数退出。

Android中qt创建的“窗口”实际上是Activity中的一块Surface。而且我们知道Android Activity的生命周期onDestroy算是退出。但，也不尽然，因为onDestroy后，进程可以驻留后台等待系统唤起。

那么，qt的Android封装是如何对接的？

先看其QtActivity的lauchMode：android:launchMode="singleTop"

singleTop，简而言之：如果已经在栈顶，复用，否则，重新创建。这意味着，一旦QtActivity退到其他Activity后面，下次回到栈顶就需要重新创建。

所以onDestroy是一个很合理的“退出点”。这和之前的onCreate作为启动入口正好在Android生命周期上是对应的。

onDestroy之前onStop会先触发。

@Overrideprotected void onStop(){    super.onStop();    QtApplication.invokeDelegate();//??}@Overrideprotected void onDestroy(){    super.onDestroy();    QtApplication.invokeDelegate();//??}

onStop和onDestropy都是一句QtApplication.invokeDelegate搞定，挺优雅的实现，不过对于分析流程而言有点障碍，我们先看下究竟invokeDelegate做了什么？

分析别人代码，笔者喜欢猜流程。

比如这里，之前分析启动流程的时候QtActivity是一个壳，调用QtActivityLoader帮忙加载libhelloworld.so，而真正的又处理发生在QtActivityDelegate.这和QtApplication.invokeDelegate应该不会只是名字上的巧合。

可以合理猜测QtApplication.invokeDelegate的任务是“优雅”地把QtActivity要做的事委托给QtActivityDelegate。

带着这个猜测分析看看吧。

QtApplication.invokeDelegate

private static int stackDeep=-1;public static InvokeResult invokeDelegate(Object... args){    InvokeResult result = new InvokeResult();    if (m_delegateObject == null)        return result;    //通过调用栈查找要被代理的函数    StackTraceElement[] elements = Thread.currentThread().getStackTrace();    if (-1 == stackDeep) {        for (int it=0;it

invokeDelegate根据被代理函数的名字，查表调用了代理函数。

看下m_delegateMethods的赋值：

//QtLoader.loadApplication中调用到：QtApplication.setQtContextDelegate(m_delegateClass, qtLoader);//m_delegateClass = QtActivity.class//qtLoader = new QtActivityDelegatepublic static void setQtContextDelegate(Class
    clazz, Object listener){    m_delegateObject = listener;//代理类设为QtActivityDelegate    activityClassName = clazz.getCanonicalName();//activityClassName设为QtActivity    //反射获取QtActivityDelegate的方法    ArrayList
   
     delegateMethods = new ArrayList
    
     ();    for (Method m : listener.getClass().getMethods()) {        if (m.getDeclaringClass().getName().startsWith("org.qtproject.qt5.android"))            delegateMethods.add(m);    }    //反射获取QtApplication的字段    ArrayList
     
       applicationFields = new ArrayList
      
       ();    for (Field f : QtApplication.class.getFields()) {        if (f.getDeclaringClass().getName().equals(QtApplication.class.getName()))            applicationFields.add(f);    }    //关联代理方法    //1. 关联到m_delegateMethods表    //2. 关联到QtApplication的字段，如Method onKeyUp    for (Method delegateMethod : delegateMethods) {        try {            clazz.getDeclaredMethod(delegateMethod.getName(), delegateMethod.getParameterTypes());            //1. 关联到m_delegateMethods表            if (QtApplication.m_delegateMethods.containsKey(delegateMethod.getName())) {       QtApplication.m_delegateMethods.get(delegateMethod.getName()).add(delegateMethod);            } else {                ArrayList
       
         delegateSet = new ArrayList
        
         (); delegateSet.add(delegateMethod); QtApplication.m_delegateMethods.put(delegateMethod.getName(), delegateSet); } //2. 关联到QtApplication的字段，如Method onKeyUp for (Field applicationField:applicationFields) { if (applicationField.getName().equals(delegateMethod.getName())) { try { applicationField.set(null, delegateMethod); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } } } catch (Exception e) { } }}

加了注释应该比较容易理解作者的意图了。这里交叉对比了QtActivity和QtAcitivtyDelegate的方法，然后构建了一个“代理方法表”，以方便在全局范围内，通过QtApplication.invokeDelegate调用。

现在，继续之前的退出流程分析。

onStop

QtActivity.onStop被QtActivityDelegate.onStop代理：

//QtActivityDelegate.onStoppublic void onStop(){    QtNative.setApplicationState(ApplicationSuspended);//ApplicationSuspended=0}//QtNative.setApplicationStatepublic static void setApplicationState(int state){    synchronized (m_mainActivityMutex) {        switch (state) {            case QtActivityDelegate.ApplicationActive:                m_activityPaused = false;                Iterator
   
     itr = m_lostActions.iterator();                while (itr.hasNext())                    runAction(itr.next());                m_lostActions.clear();                break;            default:                m_activityPaused = true;                break;        }    }    updateApplicationState(state);//我们关注下这个}public static native void updateApplicationState(int state);

跟native代码：

//androidjnimain.cpp/*enum ApplicationState {        ApplicationSuspended    = 0x00000000,        ApplicationHidden       = 0x00000001,        ApplicationInactive     = 0x00000002,        ApplicationActive       = 0x00000004    };*/static void updateApplicationState(JNIEnv */*env*/, jobject /*thiz*/, jint state){    ……    if (state == Qt::ApplicationActive)        QtAndroidPrivate::handleResume();    else if (state == Qt::ApplicationInactive)        QtAndroidPrivate::handlePause();    if (state <= Qt::ApplicationInactive) {        if (QAndroidEventDispatcherStopper::instance()->stopped())            return;        QAndroidEventDispatcherStopper::instance()->goingToStop(true);        QWindowSystemInterface::handleApplicationStateChanged(Qt::ApplicationState(state));        if (state == Qt::ApplicationSuspended)//onStop会触发这个分支            QAndroidEventDispatcherStopper::instance()->stopAll();    }    else {        ……    }}

这里主要调用了QAndroidEventDispatcherStopper::instance()->stopAll();，native代码不是重点，不深入分析QAndroidEventDispatcherStopper了。这里stopAll会导致qt main函数中QtApplicaiton.exec循环退出。

循环退出后，qt主线程：

static void *startMainMethod(void */*data*/){    ……    int ret = m_main(m_applicationParams.length(), const_cast
   
    (params.data()));    ……    sem_post(&m_terminateSemaphore);    sem_wait(&m_exitSemaphore);//在这里等待信号量    sem_destroy(&m_exitSemaphore);    // We must call exit() to ensure that all global objects will be destructed    exit(ret);    return 0;}

“主函数”退出后，会发出m_terminateSemaphore信号，并等待m_exitSemaphore信号。直到m_exitSemaphore信号到来前，线程还不会退出。

onDestroy

QtActivity.onDestroy被QtActivityDelegate.onDestroy代理：

//QtActivityDelegate.onDestroypublic void onDestroy(){    if (m_quitApp) {        QtNative.terminateQt();        QtNative.setActivity(null, null);        if (m_debuggerProcess != null)            m_debuggerProcess.destroy();        System.exit(0);// FIXME remove it or find a better way    }}//QtNative.terminateQtpublic static native void terminateQt();

跟native代码：

//androidjnimain.cppstatic void terminateQt(JNIEnv *env, jclass /*clazz*/){    // QAndroidEventDispatcherStopper is stopped when the user uses the task manager to kill the application    if (!QAndroidEventDispatcherStopper::instance()->stopped()) {        sem_wait(&m_terminateSemaphore);//等待m_terminateSemaphore        sem_destroy(&m_terminateSemaphore);    }    ……    if (!QAndroidEventDispatcherStopper::instance()->stopped()) {        sem_post(&m_exitSemaphore);//发送m_exitSemaphore        pthread_join(m_qtAppThread, nullptr);    }}

先等待m_terminateSemaphore信号量，然后发送m_exitSemaphore信号量。和startMainMethod的退出相辅相成。

至此，退出流程也分析完了。

总结