Window的操作

基于Android U

Window的操作包括对Window的添加、更新和删除。对于Window的操作，最终都是交由WMS来进行处理的。Window的操作分为两大部分，一部分是WindowManager处理部分，另一部分是WMS处理部分。我们知道Window分为三大类，分别是Application Window（应用程序窗口）、Sub Window（子窗口）和System Window（系统窗口），对于不同类型的Window添加过程会有所不同，但是对于WMS处理部分，添加的过程基本上是一样的，WMS对于这三大类的Window基本上是“一视同仁”的，如下图。

系统窗口的添加过程

这里以系统窗口StatusBar为例，StatusBar是SystemUI的重要组成部分，具体就是指系统状态栏，用于显示时间、电量和信号等信息。

1
2
3
4
5
6
frameworks/base/packages/SystemUI/src/com/android/systemui/statusbar/phone/CentralSurfacesImpl.java
public void createAndAddWindows(@Nullable RegisterStatusBarResult result) {
    makeStatusBarView(result);  // 1
    mNotificationShadeWindowController.attach();
    mStatusBarWindowController.attach();  // 2
}

注释1处构建StatusBar的视图。

注释2处添加StatusBar的视图。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
frameworks/base/packages/SystemUI/src/com/android/systemui/statusbar/window/StatusBarWindowController.java
public void attach() {
    ...
    mLp = getBarLayoutParams(mContext.getDisplay().getRotation());  // 1
    ...

    mWindowManager.addView(mStatusBarWindowView, mLp);  // 2
    mLpChanged.copyFrom(mLp);

    mContentInsetsProvider.addCallback(this::calculateStatusBarLocationsForAllRotations);
    calculateStatusBarLocationsForAllRotations();
    mIsAttached = true;
    apply(mCurrentState);
}

private WindowManager.LayoutParams getBarLayoutParams(int rotation) {
    WindowManager.LayoutParams lp = getBarLayoutParamsForRotation(rotation);
    lp.paramsForRotation = new WindowManager.LayoutParams[4];
    for (int rot = Surface.ROTATION_0; rot <= Surface.ROTATION_270; rot++) {
        lp.paramsForRotation[rot] = getBarLayoutParamsForRotation(rot);
    }
    return lp;
}

private WindowManager.LayoutParams getBarLayoutParamsForRotation(int rotation) {
    int height = SystemBarUtils.getStatusBarHeightForRotation(mContext, rotation);
    WindowManager.LayoutParams lp = new WindowManager.LayoutParams(
            WindowManager.LayoutParams.MATCH_PARENT,
            height,
            WindowManager.LayoutParams.TYPE_STATUS_BAR,  // 3
            WindowManager.LayoutParams.FLAG_NOT_FOCUSABLE
                    | WindowManager.LayoutParams.FLAG_SPLIT_TOUCH
                    | WindowManager.LayoutParams.FLAG_DRAWS_SYSTEM_BAR_BACKGROUNDS,
            PixelFormat.TRANSLUCENT);
    lp.privateFlags |= PRIVATE_FLAG_COLOR_SPACE_AGNOSTIC;
    lp.token = new Binder();
    lp.gravity = Gravity.TOP;
    lp.setFitInsetsTypes(0 /* types */);
    lp.setTitle("StatusBar");
    lp.packageName = mContext.getPackageName();
    lp.layoutInDisplayCutoutMode = LAYOUT_IN_DISPLAY_CUTOUT_MODE_ALWAYS;
    final InsetsFrameProvider gestureInsetsProvider =
            new InsetsFrameProvider(mInsetsSourceOwner, 0, mandatorySystemGestures());
    final int safeTouchRegionHeight = mContext.getResources().getDimensionPixelSize(
            com.android.internal.R.dimen.display_cutout_touchable_region_size);
    if (safeTouchRegionHeight > 0) {
        gestureInsetsProvider.setMinimalInsetsSizeInDisplayCutoutSafe(
                Insets.of(0, safeTouchRegionHeight, 0, 0));
    }
    lp.providedInsets = new InsetsFrameProvider[] {
            new InsetsFrameProvider(mInsetsSourceOwner, 0, statusBars())
                    .setInsetsSize(getInsets(height)),
            new InsetsFrameProvider(mInsetsSourceOwner, 0, tappableElement())
                    .setInsetsSize(getInsets(height)),
            gestureInsetsProvider
    };
    return lp;

}

注释1处通过getBarLayoutParams()创建LayoutParams来配置StatusBar视图的属性，包括Width、Height、Type、Flag、Gravity等。注释3处还设置了TYPE_STATUS_BAR，表示StatusBar视图的窗口类型是状态栏。

注释2处调用了WindowManager的addView()方法，addView()方法定义在WindowManager的父类接口ViewManager中，而addView()方法则是在WindowManagerImpl中实现的。

1
2
3
4
5
6
7
frameworks/base/core/java/android/view/WindowManagerImpl.java
public void addView(@NonNull View view, @NonNull ViewGroup.LayoutParams params) {
    android.util.SeempLog.record_vg_layout(383,params);
    applyTokens(params);
    mGlobal.addView(view, params, mContext.getDisplayNoVerify(), mParentWindow,
            mContext.getUserId());
}

addView()方法的第一个参数是View，说明窗口也是以View的形式存在的。addView()方法中会调用WindowManagerGlobal的addView()方法。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
frameworks/base/core/java/android/view/WindowManagerGlobal.java
public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params,
        Display display, Window parentWindow, int userId) {
    ... // 参数检查

    final WindowManager.LayoutParams wparams = (WindowManager.LayoutParams) params;
    if (parentWindow != null) {
        parentWindow.adjustLayoutParamsForSubWindow(wparams);  // 1
    } else {
        // If there's no parent, then hardware acceleration for this view is
        // set from the application's hardware acceleration setting.
        final Context context = view.getContext();
        if (context != null
                && (context.getApplicationInfo().flags
                        & ApplicationInfo.FLAG_HARDWARE_ACCELERATED) != 0) {
            wparams.flags |= WindowManager.LayoutParams.FLAG_HARDWARE_ACCELERATED;
        }
    }

    ViewRootImpl root;
    View panelParentView = null;

    synchronized (mLock) {
        ...
        // 2
        if (windowlessSession == null) {
            root = new ViewRootImpl(view.getContext(), display);
        } else {
            root = new ViewRootImpl(view.getContext(), display,
                    windowlessSession, new WindowlessWindowLayout());
        }

        view.setLayoutParams(wparams);
        ...
        mViews.add(view);  // 3
        mRoots.add(root);  // 4
        mParams.add(wparams);  // 5

        // do this last because it fires off messages to start doing things
        try {
            root.setView(view, wparams, panelParentView, userId);  // 6
        } catch (RuntimeException e) {
            ...
        }
    }
}

WindowManagerGlobal中维护了三个和Window操作相关的列表，分别是：View列表（ArrayList<View> mViews）、布局参数列表 （ArrayList<WindowManager.LayoutParams> mParams）和ViewRootImpl列表（ArrayList<ViewRootImpl> mRoots）。

addView()首先会对参数view、params和display进行检查。

注释1处，如果当前窗口要作为子窗口，就会根据父窗口对子窗口的WindowManager.LayoutParams类型的wparams对象进行相应调整。注释3处将添加的View保存到View列表中。注释5处将窗口的参数保存到布局参数列表中。

在注释2处创建了ViewRootImpl并赋值给root，紧接着在注释4处将root存入到ViewRootImpl列表中。

注释6处将窗口和窗口的参数通过setView()方法设置到ViewRootImpl中，可见我们添加窗口这一操作是通过ViewRootImpl来进行的。ViewRootImpl身负了很多职责，主要有以下几点：

  • View树的根并管理View树；
  • 触发View的测量、布局和绘制；
  • 输入事件的中转站；
  • 管理Surface；
  • 负责与WMS进行进程间通信。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
frameworks/base/core/java/android/view/ViewRootImpl.java
public void setView(View view, WindowManager.LayoutParams attrs, View panelParentView,
        int userId) {
    synchronized (this) {
        if (mView == null) {
            ...
            try {
                ...
                res = mWindowSession.addToDisplayAsUser(mWindow, mWindowAttributes,
                        getHostVisibility(), mDisplay.getDisplayId(), userId,
                        mInsetsController.getRequestedVisibleTypes(), inputChannel, mTempInsets,
                        mTempControls, attachedFrame, compatScale);
                ...
            } catch (RemoteException | RuntimeException e) {
                ...
            } finally {
                ...
            }
            ...
        }
    }
}

调用mWindowSession的addToDisplayAsUser()方法，mWindowSession是IWindowSession类型的，它是一个Binder对象，用于进行进程间通信，IWindowSession是Client端的代理，它的Server端的实现为Session，此前的代码逻辑都是运行在本地进程的，而Session的addToDisplayAsUser()方法则运行在WMS所在的进程（SystemServer进程）中。

从图中可以看出，本地进程的ViewRootImpl要想和WMS进行通信需要经过Session，那么Session为何包含在WMS中呢？我们接着往下看Session的addToDisplayAsUser()方法。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/Session.java
public int addToDisplayAsUser(IWindow window, WindowManager.LayoutParams attrs,
        int viewVisibility, int displayId, int userId, @InsetsType int requestedVisibleTypes,
        InputChannel outInputChannel, InsetsState outInsetsState,
        InsetsSourceControl.Array outActiveControls, Rect outAttachedFrame,
        float[] outSizeCompatScale) {
    return mService.addWindow(this, window, attrs, viewVisibility, displayId, userId,
            requestedVisibleTypes, outInputChannel, outInsetsState, outActiveControls,
            outAttachedFrame, outSizeCompatScale);
}

在addToDisplayAsUser()方法中调用了WMS的addWindow()方法，并将自身也就是Session作为参数传了进去，每个应用程序进程都会对应一个Session，WMS会用ArrayList来保存这些Session，这就是为什么WMS包含Session的原因。这样剩下的工作就交给WMS来处理，在WMS中会为这个添加的窗口分配Surface，并确定窗口显示次序，可见负责显示界面的是画布Surface，而不是窗口本身。WMS会将它所管理的Surface交由SurfaceFlinger处理，SurfaceFlinger会将这些Surface混合并绘制到屏幕上。

Activity的添加过程

无论是哪种窗口，它的添加过程在WMS处理部分中基本是类似的，只不过会在权限和窗口显示次序等方面会有些不同。但是在WindowManager处理部分会有所不同，这里以最典型的应用程序窗口Activity为例，Activity在启动过程中，如果Activity所在的进程不存在则会创建新的进程，创建新的进程之后就会运行代表主线程的实例ActivityThread，ActivityThread管理着当前应用程序进程的线程，这在Activity的启动过程中运用得很明显，当界面要与用户进行交互时，会调用ActivithThread的handleResumeActivity()方法。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java
public void handleResumeActivity(ActivityClientRecord r, boolean finalStateRequest,
        boolean isForward, boolean shouldSendCompatFakeFocus, String reason) {
    ...
    if (!performResumeActivity(r, finalStateRequest, reason)) {  // 1
        return;
    }
    ...

    final Activity a = r.activity;

    ...
    if (r.window == null && !a.mFinished && willBeVisible) {
        r.window = r.activity.getWindow();
        View decor = r.window.getDecorView();
        ...
        ViewManager wm = a.getWindowManager();  // 2
        ...
        if (a.mVisibleFromClient) {
            if (!a.mWindowAdded) {
                a.mWindowAdded = true;
                wm.addView(decor, l);  // 3
            } else {
                ...
            }
        }
    } else if (!willBeVisible) {
        ...
    }
    ...
}

注释1处的performResumeActivity()方法最终会调用Activity的onResume()方法。

注释2处得到ViewManager类型的wm对象，注释3处调用了ViewManager的addView()方法，而addView()方法则是在WindowManagerImpl中实现的，此后的过程在上面的系统窗口StatusBar的添加过程中已经讲过，唯一需要注意的是ViewManager的addView()方法的第一个参数为DecorView，这说明Activity窗口中会包含DecorView。

Window的更新过程

Window的更新过程和Window的添加过程是类似的。需要调用ViewManager的updateViewLayout()方法，updateViewLayout()方法在WindowManagerImpl中实现。

1
2
3
4
5
6
frameworks/base/core/java/android/view/WindowManagerImpl.java
public void updateViewLayout(@NonNull View view, @NonNull ViewGroup.LayoutParams params) {
    android.util.SeempLog.record_vg_layout(384,params);
    applyTokens(params);
    mGlobal.updateViewLayout(view, params);
}

调用WindowManagerGlobal的updateViewLayout()方法。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
frameworks/base/core/java/android/view/WindowManagerGlobal.java
public void updateViewLayout(View view, ViewGroup.LayoutParams params) {
    ...
    final WindowManager.LayoutParams wparams = (WindowManager.LayoutParams)params;

    view.setLayoutParams(wparams);  // 1

    synchronized (mLock) {
        int index = findViewLocked(view, true);  // 2
        ViewRootImpl root = mRoots.get(index);  // 3
        mParams.remove(index);  // 4
        mParams.add(index, wparams);  // 5
        root.setLayoutParams(wparams, false);  // 6
    }
}

注释1处将更新的参数设置到View中。

注释2处得到要更新的窗口在View列表中的索引，注释3处在ViewRootImpl列表中根据索引得到窗口的ViewRootImpl。

注释4和5处用于更新布局参数列表，注释6处调用ViewRootImpl的setLayoutParams()方法将更新的参数设置到ViewRootImpl中。

1
2
3
4
5
6
7
8
frameworks/base/core/java/android/view/ViewRootImpl.java
public void setLayoutParams(WindowManager.LayoutParams attrs, boolean newView) {
    synchronized (this) {
        ...
        scheduleTraversals();
        ...
    }
}

ViewRootImpl的setLayoutParams()方法在最后会调用ViewRootImpl的scheduleTraversals()方法。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
frameworks/base/core/java/android/view/ViewRootImpl.java
void scheduleTraversals() {
    if (!mTraversalScheduled) {
        mTraversalScheduled = true;
        mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
        mChoreographer.postCallback(
                Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);  // 1
        notifyRendererOfFramePending();
        pokeDrawLockIfNeeded();
    }
}

注释1处的Choreographer译为“舞蹈指导”，用于接收显示系统的VSync信号，在下一个帧渲染时控制执行一些操作。Choreographer的postCallback()方法用于发起添加回调，这个添加的回调将在下一帧被渲染时执行。这个添加的回调指的是注释1处的TraversalRunnable类型的mTraversalRunnable。

1
2
3
4
5
6
7
frameworks/base/core/java/android/view/ViewRootImpl.java
final class TraversalRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        doTraversal();
    }
}

在TraversalRunnable的run()方法中调用了doTraversal()方法。

1
2
3
4
5
6
7
8
frameworks/base/core/java/android/view/ViewRootImpl.java
void doTraversal() {
    if (mTraversalScheduled) {
        ...
        performTraversals();
        ...
    }
}

doTraversal()方法中又调用了performTraversals()方法，performTraversals()方法使得ViewTree开始View的工作流程。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
frameworks/base/core/java/android/view/ViewRootImpl.java
private void performTraversals() {
    ...
    if (mFirst || windowShouldResize || viewVisibilityChanged || params != null
            || mForceNextWindowRelayout) {
        ...
        try {
            ...
            relayoutResult = relayoutWindow(params, viewVisibility, insetsPending);  // 1
            ...
        } catch (RemoteException e) {
        } finally {
            ...
        }
        ...
        if (!mStopped || mReportNextDraw) {
            if (mWidth != host.getMeasuredWidth() || mHeight != host.getMeasuredHeight()
                    || dispatchApplyInsets || updatedConfiguration) {
                int childWidthMeasureSpec = getRootMeasureSpec(mWidth, lp.width,
                        lp.privateFlags);
                int childHeightMeasureSpec = getRootMeasureSpec(mHeight, lp.height,
                        lp.privateFlags);
                ...
                 // Ask host how big it wants to be
                performMeasure(childWidthMeasureSpec, childHeightMeasureSpec);  // 2
                ...
            }
        }
    } else {
        ...
    }
    ...
    if (didLayout) {
        performLayout(lp, mWidth, mHeight);  // 3
        ...
    }
    ...

    if (!isViewVisible) {
        ...
    } else if (cancelAndRedraw) {
        ...
    } else {
        ...
        if (!performDraw() && mActiveSurfaceSyncGroup != null) { // 4
            mActiveSurfaceSyncGroup.markSyncReady();
        }
    }

    ...
}

注释1处的relayoutWindow()方法内部会调用IWindowSession的relayout()方法来更新Window视图，最终会调用WMS的relayoutWindow()方法。

注释2、3、4处分别调用performMeasure()、performLayout()、performDraw()方法，它们的内部又会调用View的measure()、layout()、draw()方法，这样就完成了View的工作流程。在performTraversals()方法中更新了Window视图，又执行Window中的View的工作流程，这样就完成了Window的更新。

Android
#Window
Window的操作
https://citrus-maxima.github.io/2024/03/10/Window的操作/
作者
柚子树
发布于
2024年3月10日
许可协议