Window, WindowManager和WindowManagerService之間的關係

時間  2019-11-08
標籤 window windowmanager windowmanagerservice 之間 關係 欄目 Windows 简体版
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前言

上面3個名詞在開發中常常聽到，在Android開發中，Window是全部視圖的載體，如Activity，Dialog和Toast的視圖，咱們想要對Window進行添加和刪除就要經過WindowManager來操做，而WindowManager就是經過Binder與WindowManagerService進行跨進程通訊，把具體的實現工做交給WindowManagerService（下面簡稱WMS）。下面分別介紹它們，理清它們的基本脈絡。java

本文基於Android8.0, 相關源碼位置以下:
frameworks/base/core/java/android/view/*.java（*表明Window, WindowManager, ViewManager, WindowManagerImpl，WindowManagerGlobal, ViewRootImpl）
frameworks/base/core/java/com/android/internal/policy/PhoneWindow.java	
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService.java	
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/Session.java
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Window

一、Window是什麼

Window在Android開發中是一個窗口的概念，它是一個抽象類，咱們打開Window，以下:android

public abstract class Window {
    public static final int FEATURE_NO_TITLE = 1;
    public static final int FEATURE_CONTENT_TRANSITIONS = 12;
    //...
     public abstract View getDecorView();
     public abstract void setContentView(@LayoutRes int layoutResID);
     public abstract void setContentView(View view);
     public abstract void setContentView(View view, ViewGroup.LayoutParams params);
     public <T extends View> T findViewById(@IdRes int id) {
        return getDecorView().findViewById(id);
    }
    //...
}
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能夠看到裏面有咱們熟悉的一些字段和方法，以Activity對應的Window爲例，具體的實現類是PhoneWindow，在PhoneWindow中有一個頂級View---DecorView，繼承自FrameLayout，咱們能夠經過getDecorView()得到它，當咱們調用Activity的setContentView時，其實最終會調用Window的setContentView，當咱們調用Activity的findViewById時，其實最終調用的是Window的findViewById，這也間接的說明了Window是View的直接管理者。可是Window並非真實存在的，它更多的表示一種抽象的功能集合，View纔是Android中的視圖呈現形式，繪製到屏幕上的是View不是Window，可是View不能單獨存在，它必需依附在Window這個抽象的概念上面，Android中須要依賴Window提供視圖的有Activity，Dialog，Toast，PopupWindow，StatusBarWindow（系統狀態欄），輸入法窗口等，所以Activity，Dialog等視圖都對應着一個Window。設計模式

二、Window的類型（應用窗口，子窗口，系統窗口)與層級

Window的類型type被定義在WindowManager中的靜態內部類LayoutParams中，以下：session

public interface WindowManager extends ViewManager {
    //...
    public static class LayoutParams extends ViewGroup.LayoutParams implements Parcelable {
        //應用程序窗口type值
        public static final int FIRST_APPLICATION_WINDOW = 1;//表明應用程序窗口的起始值
        public static final int TYPE_BASE_APPLICATION   = 1;//窗口的基礎值，其餘窗口的type值要大於這個值
        public static final int TYPE_APPLICATION        = 2;//普通應用程序窗口，token必須設置爲Activity的token來指定窗口屬於誰
        public static final int TYPE_APPLICATION_STARTING = 3;
        public static final int TYPE_DRAWN_APPLICATION = 4;
        public static final int LAST_APPLICATION_WINDOW = 99;//表明應用程序窗口的結束值
        
        //子窗口type值
        public static final int FIRST_SUB_WINDOW = 1000;//表明子窗口的起始值
        public static final int TYPE_APPLICATION_PANEL = FIRST_SUB_WINDOW;
        public static final int TYPE_APPLICATION_MEDIA = FIRST_SUB_WINDOW + 1;
        public static final int TYPE_APPLICATION_SUB_PANEL = FIRST_SUB_WINDOW + 2;
        public static final int TYPE_APPLICATION_ATTACHED_DIALOG = FIRST_SUB_WINDOW + 3;
        public static final int TYPE_APPLICATION_MEDIA_OVERLAY  = FIRST_SUB_WINDOW + 4;
        public static final int TYPE_APPLICATION_ABOVE_SUB_PANEL = FIRST_SUB_WINDOW + 5;
        public static final int LAST_SUB_WINDOW = 1999;//表明子窗口的結束值
        
        //系統窗口的type值
        public static final int FIRST_SYSTEM_WINDOW     = 2000;//表明系統窗口的起始值
        public static final int TYPE_STATUS_BAR         = FIRST_SYSTEM_WINDOW;//系統狀態欄
        public static final int TYPE_SEARCH_BAR         = FIRST_SYSTEM_WINDOW+1;//搜索條窗口
        public static final int TYPE_PHONE              = FIRST_SYSTEM_WINDOW+2;//通話窗口
        //...
        public static final int LAST_SYSTEM_WINDOW      = 2999;//表明系統窗口結束值
    }
}
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LayoutParams中以TYPE開頭的值有不少，但整體能夠分爲3類：ide

  • 應用程序窗口：type值範圍是1~99，Activity就是一個典型的應用程序窗口，type值是TYPE_BASE_APPLICATION，WindowManager的LayoutParams默認type值是TYPE_APPLICATION。
  • 子窗口：type值範圍是1000~1999，PupupWindow就是一個典型的子窗口，type值是TYPE_APPLICATION_PANEL，子窗口不能獨立存在，必須依附於父窗口
  • 系統窗口：type值範圍是2000~2999,系統窗口的類型不少，上面並無所有列舉出來，系統狀態欄就是一個典型的系統窗口，type值是TYPE_STATUS_BAR，與應用程序窗口不一樣的是，系統窗口的建立是須要聲明權限的。

type值決定了決定了Window顯示的層級（z-ordered），即在屏幕Z軸方向的顯示次序，通常狀況下type值越大，則窗口顯示的越靠前，在Window的3種類型中，應用程序窗口的層級範圍是1~99，子窗口的層級範圍是1000~1999，系統窗口的層級範圍是2000~2999，層級範圍對應着type值，若是想要Window位於全部的Window上，採用較大的層級便可，例如系統層級。函數

三、Window的屬性

Window的類型flag一樣被定義在WindowManager中的靜態內部類LayoutParams中，以下：oop

public interface WindowManager extends ViewManager {
    //...
    public static class LayoutParams extends ViewGroup.LayoutParams implements Parcelable {
        public static final int FLAG_ALLOW_LOCK_WHILE_SCREEN_ON     = 0x00000001;
        public static final int FLAG_DIM_BEHIND        = 0x00000002;
        public static final int FLAG_BLUR_BEHIND        = 0x00000004;
        public static final int FLAG_NOT_FOCUSABLE      = 0x00000008;
        public static final int FLAG_NOT_TOUCHABLE      = 0x00000010;
        public static final int FLAG_NOT_TOUCH_MODAL    = 0x00000020;
        public static final int FLAG_KEEP_SCREEN_ON     = 0x00000080;
		//...
    }
}
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LayoutParams中定義的flag屬性一樣不少，這裏挑幾個常見的講解：this

  • FLAG_ALLOW_LOCK_WHILE_SCREEN_ON：只要窗口對用戶可見，就容許在屏幕開啓狀態下鎖屏。
  • FLAG_KEEP_SCREEN_ON： 只要窗口對用戶可見，屏幕就一直亮着。
  • FLAG_SHOW_WHEN_LOCKED：窗口能夠在鎖屏的界面上顯示。
  • FLAG_NOT_FOCUSABLE：窗口不能獲取焦點，也不能接受任何輸入事件，此標誌同時會啓用FLAG_NOT_TOUCH_MODAL，最終事件會直接傳遞給下層的具備焦點的窗口。
  • FLAG_NOT_TOUCH_MODAL：當前窗口區域之外的觸摸事件會傳遞給底層的窗口，當前窗口區域內的觸摸事件則本身處理，通常來講都要開啓此標記，不然其餘Window將沒法收到單機事件。
  • FLAG_NOT_TOUCHABLE：窗口不接收任何觸摸事件

能夠看到LayoutParams中的type和flag很是重要，能夠控制Window的顯示特性。知道了Window的相關信息，就能更好的瞭解WindowManager。spa

WindowManager

WindowManager是一個接口，裏面經常使用的方法有：添加View，更新View和刪除View，WindowManager繼承自ViewManager，這三個方法定義在ViewManager中，以下：設計

public interface ViewManager {
    public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params);
    public void updateViewLayout(View view, ViewGroup.LayoutParams params);
    public void removeView(View view);
}

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能夠看到這些方法傳入的參數是View，不是Window，說明WindowManager管理的是Window中的View，咱們經過WindowManager操做Window就是在操做Window中的View。WindowManager的具體實現類是WindowManagerImp，咱們看一下相應方法的實現，以下：

public final class WindowManagerImpl implements WindowManager {
    private final WindowManagerGlobal mGlobal = WindowManagerGlobal.getInstance();
    private final Context mContext;
    private final Window mParentWindow;
    //...
    
    private WindowManagerImpl(Context context, Window parentWindow) {
        mContext = context;
        mParentWindow = parentWindow;
    }
    
      @Override
    public void addView(@NonNull View view, @NonNull ViewGroup.LayoutParams params) {
        //...
        mGlobal.addView(view, params, mContext.getDisplay(), mParentWindow);
    }

    @Override
    public void updateViewLayout(@NonNull View view, @NonNull ViewGroup.LayoutParams params) {
        //...
        mGlobal.updateViewLayout(view, params);
    }
    
     @Override
    public void removeView(View view) {
        mGlobal.removeView(view, false);
    }
}
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能夠看到WindowManagerImp也沒有作什麼，它把3個方法的操做都委託給了WindowManagerGlobal這個單例類，咱們還看到了mParentWindow這個字段，它是Window類型，是從構造中被傳入，因此WindowManager會持有Window的引用，這樣WindowManager就能夠對Window作操做了。好比mGlobal.addView，咱們能夠理解爲往window中添加View，在WindowManagerGlobal中，以下：

public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params,Display display, Window parentWindow){
    //...
    ViewRootImpl root;
    root = new ViewRootImpl(view.getContext(), display);//註釋1
    //...
    root.setView(view, wparams, panelParentView);
}
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最終會走到ViewRootlmp的setView中, 以下：

public void setView(View view, WindowManager.LayoutParams attrs, View panelParentView) {
  	//... 
    //這裏會進行View的繪製流程
    requestLayout();
     //...
    //經過session與WMS創建通訊
     res = mWindowSession.addToDisplay(mWindow, mSeq, mWindowAttributes,
                                getHostVisibility(), mDisplay.getDisplayId(),
                                mAttachInfo.mContentInsets, mAttachInfo.mStableInsets,
                                mAttachInfo.mOutsets, mInputChannel);
    //...
}
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在ViewRootlmp的setView中，首先經過requestLayout()發起View繪製流程，而後在mWindowSession的addToDisplay中經過Binder與WMS進行跨進程通訊，請求顯示窗口上的視圖，至此View就會顯示到屏幕上。這個mWindowSession是一個IWindowSession.AIDL接口類型，用來實現跨進程通訊，在WMS內部會爲每個應用的請求保留一個單獨的Session，一樣實現了IWindowSession接口，應用與WMS之間的通訊就經過這個Session。那麼這個mWindowSession何時被賦值的呢？就在上面的註釋1中，咱們打開ViewRootlmp的構造函數，以下：

public ViewRootImpl(Context context, Display display) {
    mWindowSession = WindowManagerGlobal.getWindowSession();
    //...
}
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能夠看到mWindowSession是經過WindowManagerGlobal的單例類的getWindowSession()得到的，咱們打開WindowManagerGlobal的getWindowSession()，以下：

public static IWindowSession getWindowSession() {
        synchronized (WindowManagerGlobal.class) {
            if (sWindowSession == null) {
                try {
                    InputMethodManager imm = InputMethodManager.getInstance();
                    //一、首先獲取WMS的本地代理
                    IWindowManager windowManager = getWindowManagerService();
                    //二、經過WMS的本地代理的openSession來獲取Session
                    sWindowSession = windowManager.openSession(
                            new IWindowSessionCallback.Stub() {
                                @Override
                                public void onAnimatorScaleChanged(float scale) {
                                    ValueAnimator.setDurationScale(scale);
                                }
                            },
                            imm.getClient(), imm.getInputContext());
                } catch (RemoteException e) {
                    throw e.rethrowFromSystemServer();
                }
            }
            return sWindowSession;
        }
    }
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咱們首先看1，getWindowManagerService()源碼以下：

public static IWindowManager getWindowManagerService() {
        synchronized (WindowManagerGlobal.class) {
            if (sWindowManagerService == null) {
                //獲取WMS的本地代理對象
                sWindowManagerService = IWindowManager.Stub.asInterface(
                        ServiceManager.getService("window"));
              	//...
                } catch (RemoteException e) {
                    throw e.rethrowFromSystemServer();
                }
            }
            return sWindowManagerService;
        }
    }
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能夠看到， ServiceManager.getService("window")就是得到WMS，而後經過IWindowManager.Stub.asInterface()轉換成WMS在應用進程的本地代理，getWindowManagerService()就是返回WMS在本地應用進程的代理。（這裏涉及到Binder知識）

而後看2，經過WMS的本地代理的openSession來獲取Session，咱們能夠在WMS中找到這個函數實現，以下：

@Override
    public IWindowSession openSession(IWindowSessionCallback callback, IInputMethodClient client, IInputContext inputContext) {
        //...
        //爲每一個窗口請求建立一個Session並返回
        Session session = new Session(this, callback, client, inputContext);
        return session;
    }

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至此創建起與WMS的通訊的橋樑。而後WindowManager就間接的經過Session向WMS發起顯示窗口視圖的請求，WMS會嚮應用返回和窗口交互的信息。至於mGlobal.updateViewLayout和mClobal.removeView也是相似的過程，可自行研究。

WindowManagerService

WindowManagerService是一個系統級服務，由SystemService啓動，實現了IWindowManager.AIDL接口，它的主要功能分爲如下倆方面:

一、窗口管理

它負責窗口的啓動，添加和刪除，它還負責窗口的層級顯示（z-orderes）和維護窗口的狀態。咱們繼續上面的mGlobal.addView，上面講到這個方法是向WMS發起一個顯示窗口視圖的請求，最終會走到mWindowSession.addToDisplay()方法，咱們能夠在Session中找到這個函數實現，以下：

@Override
    public int addToDisplay(IWindow window, int seq, WindowManager.LayoutParams attrs, int viewVisibility, int displayId, Rect outContentInsets, Rect outStableInsets, Rect outOutsets, InputChannel outInputChannel) {
        //返回WMS中addWindow所返回的結果
        return mService.addWindow(this, window, seq, attrs, viewVisibility, displayId,
                outContentInsets, outStableInsets, outOutsets, outInputChannel);
    }
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能夠看到addToDisplay方法中最終返回了WMS中addWindow所返回的結果，Window的添加請求就交給WMS去處理，addWindow的實如今WMS中，裏面代碼很長，這裏就再也不深究了（留在下一篇文章從一個例子分析），addWindow主要作的事情是先進行窗口的權限檢查，由於系統窗口須要聲明權限，而後根據相關的Display信息以及窗口信息對窗口進行校對，再而後獲取對應的WindowToken，再根據不一樣的窗口類型檢查窗口的有效性，若是上面一系列步驟都經過了，就會爲該窗口建立一個WindowState對象，以維護窗口的狀態和根據適當的時機調整窗口狀態，最後就會經過WindowState的attach方法與SurfaceFlinger通訊。所以SurfaceFlinger能使用這些Window信息來合成surfaces,並渲染輸出到顯示設備。

二、輸入事件的中轉站

當咱們的觸摸屏幕時就會產生輸入事件，在Android中負責管理事件的輸入是InputManagerService，在啓動IMS的時候會在native層建立NativeInputManager，在NativeInputManager的構造中會建立InputManager和Eventhub（監聽/dev/input/設備節點中全部事件的輸入），在InputManager構造中會依此建立InputDispatcher、InputReader、InputReaderThread、InputDispatcherThread。

InputReader運行在InputReaderThread中，它會不斷循環從EventHub（調用EventHub的getEvent()方法）中讀取原始輸入事件，InputReader將這些原始輸入事件加工後就交給運行在InputDispatcherThread中的InputDispatcher，而InputDispatcher它會尋找一個最合適的窗口來處理輸入事件，WMS是窗口的管理者，WMS會把全部窗口的信息更新到InputDispatcher中，這樣InputDispatcher就能夠將輸入事件派發給合適的Window，Window就會把這個輸入事件傳給頂級View，而後就會涉及咱們熟悉的事件分發機制。

咱們來再來看在ViewRootImp的setView中調用mWindowSession.addToDisplay方法時傳入的參數：

public void setView(View view, WindowManager.LayoutParams attrs, View panelParentView) {
  	//... 
   	mInputChannel = new InputChannel();
    //...
    //經過session與WMS創建通訊,同時經過InputChannel接收輸入事件回調
     res = mWindowSession.addToDisplay(mWindow, mSeq, mWindowAttributes,
                                getHostVisibility(), mDisplay.getDisplayId(),
                                mAttachInfo.mContentInsets, mAttachInfo.mStableInsets,
                                mAttachInfo.mOutsets, mInputChannel);
    //...
     if (mInputChannel != null) {
         //...
         //處理輸入事件回調
         mInputEventReceiver = new WindowInputEventReceiver(mInputChannel, Looper.myLooper());
     }

}
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注意這個傳入的mInputChannel參數，它實現了Parcelable接口，用於接受WMS返回來的輸入事件。

它們之間的類圖關係以下：

總結

經過上面簡單的介紹，咱們知道Window是View的載體，咱們想要對Window進行刪除，添加，更新View就得經過WindowManager，WindowManager與WMS經過Session進行通訊，具體的實現就交給了WMS處理，WMS會爲每個Window建立一個WindowState並管理它們，具體的渲染工做WMS就交給SurfaceFinger處理。本文所討論的WMS系統相關結構以下：

參考資料：

《Android源碼設計模式》

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