说一说Andorid的Context（上下文）

前言

Android中有一个常用的类Context，它贯穿着Android生命周期的始终。通常来讲，中文翻译为“上下文”，字面理解就是Android运行期间前后环境之间的联系，例如可以通过它整个系统运行时必要类、常量值等，在需要的时候就可以通过context获得。
这样说或许还是不太容易理解。我们知道，Android的底层实现是Linux的，所以这个“上下文”跟Linux中的上下文之间，有没有什么联系呢？或者说理解Linux中的上下文对理解Android的Context有没有帮助呢？我个人认为还是有的。所以本文先从Linux的角度学习一个它的“上下文”的原理，随后再通过源码的方式了解Android中的Context。

Linux的上下文切换

为什么要进行上下文切换

Linux是一个多任务系统，可以支持大于cpu数量的任务同时运行。不过这并不是真正的“同时”，只不过cpu会在极短的时间片上切换任务，使得用户看起来这些任务是在同时运行。
既然cpu要不断地进行任务切换，那么每个任务都有必要的信息需要保存和恢复，否则下次切换回运行时就不知道之前切换出去时的状态了。对于这种这些需要记录、保存的环境信息，我们称他们为“上下文”。

上下文的内容

cpu寄存器：容量小、速度快
程序计数器sp：指令位置

有了这两个，就可以知道一个任务从哪里加载、运行，从而使得原来的任务的状态不受影响，可以继续运行。

CPU寄存器与SP寄存器

因此，cpu对任务的切换，就是不断地保存、恢复上下文的过程，也叫做上下文切换。我们知道，Linux中存在进程和线程两个概念，在程序运行时也会不断地进行进程、线程的切换，每次切换都会涉及到上下文。除此之外，计算机中还存在硬件中断，用以执行一些重要但耗时少的任务，因此上下文切换存在三种类别：程上下文切换、线程上下文切换和中断上下文切换。

进程上下文切换

Linux进程分为用户空间和内核空间，内核空间权限最高，可以访问所有资源，而用户空间访问权限受限，必须通过系统调用才能通过内核访问受限资源。

用户态和内核态
当进程在用户态通过系统调用调用内核态资源时，cpu会发生上下文切换。但这种切换是一个进程内部的切换，所以不会涉及到虚拟内存等问题：

保存cpu寄存器里原来用户态的指令位置，将cpu寄存器更新为内核态指令位置，随后执行内核态任务；
系统调用结束后，cpu恢复之前保存的用户态指令，切换回用户空间，继续执行。

而进程的上下文切换就不太一样了，它要比用户态和内核态切换更多了保存进程的栈、全局变量、虚拟空间以及内核堆栈和寄存器等。同理，在加载新进程时，也要把新进程的这些信息更新过来。注意，进程的切换只能发生在内核态，因为进程是由内核管理的，这也是与用户、内核态切换不一样的地方。
频繁切换进程会耗费大量资源、浪费时间、效率低下，导致负载率升高。
还有一点需要知道，Linux通过TLB管理虚拟内存与物理内存之间的映射关系，它是由多个处理器共享的。因此，当切换进程任务，导致虚拟内存更新，Linux需要及时更新TLB，而此时，不但当前cpu不能正常工作，其它cpu也是无法正常工作的，需要更新完毕后才可以继续。

上下文切换时机

用户态和内核态切换：用户态使用系统调用时，例如需要读取文件时，使用read()。
进程切换：
- 进程执行完毕：释放cpu资源，以便就绪队列里其他进程继续执行；
- cpu的时间片调度：当前进程的时间片执行完，切换其他进程，以便使所有进程实现并行执行；
- 进程系统资源不足：系统挂起进程；
- 当前进程调用sleep：进程主动挂起；
- 执行优先级更高的进程：
- 硬件中断：

线程上下文切换

进程是资源拥有的基本单位，而线程是系统调度的基本单位。进程为线程提供了虚拟内存、全局变量等资源，一个进程内的线程共享这些资源。
因此，线程的上下文切换：

同一个进程内的线程切换：仅仅需要切换线程的私有数据、寄存器等线程私有资源即可；
不同进程内的线程切换：由于是不同进程，因此跟进程切换一样，需要更新虚拟内存、栈、全局变量、内核堆栈、寄存器等资源。
因此，线程的切换（同进程内）比进程切换更高效。

中断上下文切换

为了响应外部设备或硬件的某些问题，cpu需要及时处理硬件中断。中断的上下文切换同样不涉及用户态，因此不会影响到当前用户态的虚拟内存、全局变量，只需要保存当前进程的用户态状态，随后更新至中断响应程序的寄存器状态、内核堆栈、硬件中断参数等信息。
中断处理比进程的优先级更高，而且处理时间相对较短（打字、鼠标点击）。

Android中的Context

了解了Linux中的上下文概念后，我们一起来看一看Android中的Context“上下文”。

前言