Android解析WindowManagerService（一）WMS的誕生

時間  2019-12-05
標籤 android 解析 windowmanagerservice wms 誕生 欄目 Android 简体版
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前言

此前我用多篇文章介紹了WindowManager，這個系列咱們來介紹WindowManager的管理者WMS，首先咱們先來學習WMS是如何產生的。本文源碼基於Android 8.0，與Android 7.1.2相比有一個比較直觀的變化就是Java FrameWork採用了Lambda表達式。
java

1.WMS概述

WMS是系統的其餘服務，不管對於應用開發仍是Framework開發都是重點的知識，它的職責有不少，主要有如下幾點：android

窗口管理

WMS是窗口的管理者，它負責窗口的啓動、添加和刪除，另外窗口的大小和層級也是由WMS進行管理的。窗口管理的核心成員有DisplayContent、WindowToken和WindowState。git

窗口動畫

窗口間進行切換時，使用窗口動畫能夠顯得更炫一些，窗口動畫由WMS的動畫子系統來負責，動畫子系統的管理者爲WindowAnimator。數組

輸入系統的中轉站

經過對窗口的觸摸從而產生觸摸事件，InputManagerService（IMS）會對觸摸事件進行處理，它會尋找一個最合適的窗口來處理觸摸反饋信息，WMS是窗口的管理者，所以，WMS「理所應當」的成爲了輸入系統的中轉站。ide

Surface管理

窗口並不具有有繪製的功能，所以每一個窗口都須要有一塊Surface來供本身繪製。爲每一個窗口分配Surface是由WMS來完成的。oop

WMS的職責能夠簡單總結爲下圖。post

2.WMS的誕生

WMS的知識點很是多，在瞭解這些知識點前，咱們十分有必要知道WMS是如何產生的。WMS是在SyetemServer進程中啓動的，不瞭解SyetemServer進程的能夠查看在Android系統啓動流程（三）解析SyetemServer進程啓動過程這篇文章。
先來查看SyetemServer的main方法：
frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java學習

public static void main(String[] args) {
       new SystemServer().run();
}複製代碼

main方法中只調用了SystemServer的run方法，以下所示。
frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java動畫

private void run() {
         try {
            System.loadLibrary("android_servers");//1
            ...
            mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext);//2
            mSystemServiceManager.setRuntimeRestarted(mRuntimeRestart);
            LocalServices.addService(SystemServiceManager.class, mSystemServiceManager);
            // Prepare the thread pool for init tasks that can be parallelized
            SystemServerInitThreadPool.get();
        } finally {
            traceEnd();  // InitBeforeStartServices
        }
        try {
            traceBeginAndSlog("StartServices");
            startBootstrapServices();//3
            startCoreServices();//4
            startOtherServices();//5
            SystemServerInitThreadPool.shutdown();
        } catch (Throwable ex) {
            Slog.e("System", "******************************************");
            Slog.e("System", "************ Failure starting system services", ex);
            throw ex;
        } finally {
            traceEnd();
        }
    ...
    }複製代碼

run方法代碼不少，這裏截取了關鍵的部分，在註釋1處加載了libandroid_servers.so。在註釋2處建立SystemServiceManager，它會對系統的服務進行建立、啓動和生命週期管理。接下來的代碼會啓動系統的各類服務，在註釋3中的startBootstrapServices方法中用SystemServiceManager啓動了ActivityManagerService、PowerManagerService、PackageManagerService等服務。在註釋4處的方法中則啓動了BatteryService、UsageStatsService和WebViewUpdateService。註釋5處的startOtherServices方法中則啓動了CameraService、AlarmManagerService、VrManagerService等服務，這些服務的父類爲SystemService。從註釋三、四、5的方法名稱能夠看出，官方把大概80多個系統服務分爲了三種類型，分別是引導服務、核心服務和其餘服務，其中其餘服務爲一些非緊要和一些不須要當即啓動的服務，WMS就是其餘服務的一種。
咱們來查看startOtherServices方法是如何啓動WMS的：

frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java

private void startOtherServices() {
 ...
            traceBeginAndSlog("InitWatchdog");
            final Watchdog watchdog = Watchdog.getInstance();//1
            watchdog.init(context, mActivityManagerService);//2
            traceEnd();
            traceBeginAndSlog("StartInputManagerService");
            inputManager = new InputManagerService(context);//3
            traceEnd();
            traceBeginAndSlog("StartWindowManagerService");
            ConcurrentUtils.waitForFutureNoInterrupt(mSensorServiceStart, START_SENSOR_SERVICE);
            mSensorServiceStart = null;
            wm = WindowManagerService.main(context, inputManager,
                    mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL,
                    !mFirstBoot, mOnlyCore, new PhoneWindowManager());//4
            ServiceManager.addService(Context.WINDOW_SERVICE, wm);//5
            ServiceManager.addService(Context.INPUT_SERVICE, inputManager);//6
            traceEnd();   
           ... 
           try {
            wm.displayReady();//7
               } catch (Throwable e) {
            reportWtf("making display ready", e);
              }
           ...
           try {
            wm.systemReady();//8
               } catch (Throwable e) {
            reportWtf("making Window Manager Service ready", e);
              }
            ...      
}複製代碼

startOtherServices方法用於啓動其餘服務，其餘服務大概有70多個，上面的代碼只列出了WMS以及和它相關的IMS的啓動邏輯，剩餘的其餘服務的啓動邏輯也都大同小異。
在註釋一、2處分別獲得Watchdog實例並對它進行初始化，Watchdog用來監控系統的一些關鍵服務的運行情況，後文會再次提到它。在註釋3處建立了IMS，並賦值給IMS類型的inputManager對象。註釋4處執行了WMS的main方法，其內部會建立WMS，須要注意的是main方法其中一個傳入的參數就是註釋1處建立的IMS，WMS是輸入事件的中轉站，其內部包含了IMS引用並不意外。結合上文，咱們能夠得知WMS的main方法是運行在SystemServer的run方法中，換句話說就是運行在"system_server"線程」中，後面會再次提到"system_server"線程。
註釋5和註釋6處分別將WMS和IMS註冊到ServiceManager中，這樣若是某個客戶端想要使用WMS，就須要先去ServiceManager中查詢信息，而後根據信息與WMS所在的進程創建通訊通路，客戶端就可使用WMS了。註釋7處用來初始化顯示信息，註釋8處則用來通知WMS，系統的初始化工做已經完成，其內部調用了WindowManagerPolicy的systemReady方法。
咱們來查看註釋4處WMS的main方法，以下所示。
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService .java

public static WindowManagerService main(final Context context, final InputManagerService im, final boolean haveInputMethods, final boolean showBootMsgs, final boolean onlyCore, WindowManagerPolicy policy) {
        DisplayThread.getHandler().runWithScissors(() ->//1
                sInstance = new WindowManagerService(context, im, haveInputMethods, showBootMsgs,
                        onlyCore, policy), 0);
        return sInstance;
    }複製代碼

在註釋1處調用了DisplayThread的getHandler方法，用來獲得DisplayThread的Handler實例。DisplayThread是一個單例的前臺線程，這個線程用來處理須要低延時顯示的相關操做，並只能由WindowManager、DisplayManager和InputManager實時執行快速操做。註釋1處的runWithScissors方法中使用了Java8中的Lambda表達式，它等價於以下代碼：

DisplayThread.getHandler().runWithScissors(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
             sInstance = new WindowManagerService(context, im, haveInputMethods, showBootMsgs,
                        onlyCore, policy);//2
            }
        }, 0);複製代碼

在註釋2處建立了WMS的實例，這個過程運行在Runnable的run方法中，而Runnable則傳入到了DisplayThread對應Handler的runWithScissors方法中，說明WMS的建立是運行在「android.display」線程中。須要注意的是，runWithScissors方法的第二個參數傳入的是0，後面會提到。來查看Handler的runWithScissors方法裏作了什麼：

frameworks/base/core/java/android/os/Handler.java

public final boolean runWithScissors(final Runnable r, long timeout) {
        if (r == null) {
            throw new IllegalArgumentException("runnable must not be null");
        }
        if (timeout < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("timeout must be non-negative");
        }
        if (Looper.myLooper() == mLooper) {//1
            r.run();
            return true;
        }
        BlockingRunnable br = new BlockingRunnable(r);
        return br.postAndWait(this, timeout);
    }複製代碼

開頭對傳入的Runnable和timeout進行了判斷，若是Runnable爲null或者timeout小於0則拋出異常。註釋1處根據每一個線程只有一個Looper的原理來判斷當前的線程（"system_server"線程）是不是Handler所指向的線程（"android.display"線程），若是是則直接執行Runnable的run方法，若是不是則調用BlockingRunnable的postAndWait方法，並將當前線程的Runnable做爲參數傳進去 ，BlockingRunnable是Handler的內部類，代碼以下所示。
frameworks/base/core/java/android/os/Handler.java

private static final class BlockingRunnable implements Runnable {
        private final Runnable mTask;
        private boolean mDone;
        public BlockingRunnable(Runnable task) {
            mTask = task;
        }
        @Override
        public void run() {
            try {
                mTask.run();//1
            } finally {
                synchronized (this) {
                    mDone = true;
                    notifyAll();
                }
            }
        }
        public boolean postAndWait(Handler handler, long timeout) {
            if (!handler.post(this)) {//2
                return false;
            }
            synchronized (this) {
                if (timeout > 0) {
                    final long expirationTime = SystemClock.uptimeMillis() + timeout;
                    while (!mDone) {
                        long delay = expirationTime - SystemClock.uptimeMillis();
                        if (delay <= 0) {
                            return false; // timeout
                        }
                        try {
                            wait(delay);
                        } catch (InterruptedException ex) {
                        }
                    }
                } else {
                    while (!mDone) {
                        try {
                            wait();//3
                        } catch (InterruptedException ex) {
                        }
                    }
                }
            }
            return true;
        }
    }複製代碼

註釋2處將當前的BlockingRunnable添加到Handler的任務隊列中。前面runWithScissors方法的第二個參數爲0，所以timeout等於0，這樣若是mDone爲false的話會一直調用註釋3處的wait方法使得當前線程（"system_server"線程）進入等待狀態，那麼等待的是哪一個線程呢？咱們往上看，註釋1處，執行了傳入的Runnable的run方法（運行在"android.display"線程），執行完畢後在finally代碼塊中將mDone設置爲true，並調用notifyAll方法喚醒處於等待狀態的線程，這樣就不會繼續調用註釋3處的wait方法。所以得出結論，"system_server"線程線程等待的就是"android.display"線程，一直到"android.display"線程執行完畢再執行"system_server"線程，這是由於"android.display"線程內部執行了WMS的建立，顯然WMS的建立優先級更高些。
WMS的建立就講到這，最後咱們來查看WMS的構造方法：

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService .java

private WindowManagerService(Context context, InputManagerService inputManager, boolean haveInputMethods, boolean showBootMsgs, boolean onlyCore) {
       ...
       mInputManager = inputManager;//1
       ...
        mDisplayManager = (DisplayManager)context.getSystemService(Context.DISPLAY_SERVICE);
        mDisplays = mDisplayManager.getDisplays();//2
        for (Display display : mDisplays) {
            createDisplayContentLocked(display);//3
        }
       ...
        mActivityManager = ActivityManagerNative.getDefault();//4
       ...
        mAnimator = new WindowAnimator(this);//5
        mAllowTheaterModeWakeFromLayout = context.getResources().getBoolean(
                com.android.internal.R.bool.config_allowTheaterModeWakeFromWindowLayout);
        LocalServices.addService(WindowManagerInternal.class, new LocalService());
        initPolicy();//6
        // Add ourself to the Watchdog monitors.
        Watchdog.getInstance().addMonitor(this);//7
     ...
    }複製代碼

註釋1處用來保存傳進來的IMS，這樣WMS就持有了IMS的引用。註釋2處經過DisplayManager的getDisplays方法獲得Display數組（每一個顯示設備都有一個Display實例），接着遍歷Display數組，在註釋3處的createDisplayContentLocked方法會將Display封裝成DisplayContent，DisplayContent用來描述一快屏幕。
註釋4處獲得AMS實例，並賦值給mActivityManager ，這樣WMS就持有了AMS的引用。註釋5處建立了WindowAnimator，它用於管理全部的窗口動畫。註釋6處初始化了窗口管理策略的接口類WindowManagerPolicy（WMP），它用來定義一個窗口策略所要遵循的通用規範。註釋7處將自身也就是WMS經過addMonitor方法添加到Watchdog中，Watchdog用來監控系統的一些關鍵服務的運行情況（好比傳入的WMS的運行情況），這些被監控的服務都會實現Watchdog.Monitor接口。Watchdog每分鐘都會對被監控的系統服務進行檢查，若是被監控的系統服務出現了死鎖，則會殺死Watchdog所在的進程，也就是SystemServer進程。

查看註釋6處的initPolicy方法，以下所示。
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService.java

private void initPolicy() {
        UiThread.getHandler().runWithScissors(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                WindowManagerPolicyThread.set(Thread.currentThread(), Looper.myLooper());
                mPolicy.init(mContext, WindowManagerService.this, WindowManagerService.this);//1
            }
        }, 0);
    }複製代碼

initPolicy方法和此前講的WMS的main方法的實現相似，註釋1處執行了WMP的init方法，WMP是一個接口，init方法的具體實如今PhoneWindowManager（PWM）中。PWM的init方法運行在"android.ui"線程中，它的優先級要高於initPolicy方法所在的"android.display"線程，所以"android.display"線程要等PWM的init方法執行完畢後，處於等待狀態的"android.display"線程纔會被喚醒從而繼續執行下面的代碼。

在本文中共提到了3個線程，分別是"system_server"、"android.display"和"android.ui"，爲了便於理解，下面給出這三個線程之間的關係。

"system_server"線程中會調用WMS的main方法，main方法中會建立WMS，建立WMS的過程運行在"android.display"線程中，它的優先級更高一些，所以要等建立WMS完畢後纔會喚醒處於等待狀態的"system_server"線程。
WMS初始化時會執行initPolicy方法，initPolicy方法會調用PWM的init方法，這個init方法運行在"android.ui"線程，而且優先級更高，所以要先執行完PWM的init方法後，纔會喚醒處於等待狀態的"android.display"線程。
PWM的init方法執行完畢後會接着執行運行在"system_server"線程的代碼，好比本文前部分提到WMS的
systemReady方法。

參考資料
《深刻理解Android內核設計思想》第二版
《深刻理解Android：卷III》
WMS—啓動過程
Android Watchdog源碼簡析--Based on Android 6.0.1
Watchdog實現分析

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