3.3 Android窗口
3.3.1 概述
Android系統(tǒng)中，窗口管理系統(tǒng)是基于C/S模式的，客戶端（App）請(qǐng)求創(chuàng)建窗口和使用窗口，服務(wù)端（WMS）管理所有窗口，包括創(chuàng)建、刪除窗口，以及將某個(gè)窗口設(shè)置為焦點(diǎn)窗口（當(dāng)前正在和用戶交互的窗口）。
Android Gui系統(tǒng)
我們先簡(jiǎn)單來(lái)介紹一下Android的GUI系統(tǒng)，它包含以下部分內(nèi)容：
- 應(yīng)用框架系統(tǒng) — AMS
- 窗口和圖形系統(tǒng) — WMS
- 顯示渲染系統(tǒng) — SurfaceFlinger
- 用戶輸入系統(tǒng) — InputManager
它們之間的關(guān)系，如下圖所示：
簡(jiǎn)單來(lái)講，AMS負(fù)責(zé)Activity的啟動(dòng)，以及生命周期的管理。一個(gè)Activity對(duì)應(yīng)一個(gè)應(yīng)用窗口，WMS負(fù)責(zé)管理這個(gè)窗口（創(chuàng)建、刪除等）以及事件分發(fā)。View系統(tǒng)管理每個(gè)窗口中的具體布局，最終這個(gè)View系統(tǒng)中最頂端的根View（即DecorView）會(huì)被作為窗口，添加到WMS中。WMS管理著所有這些添加的窗口，負(fù)責(zé)管理這些窗口的層次，顯示位置等內(nèi)容。每個(gè)窗口都有一塊自己的Surface，SurfaceFlinger負(fù)責(zé)把這些Surface顯示到屏幕上。
窗口的概念
看AndroidSDK文檔的描述：Window是一個(gè)抽象基類，用于控制頂層窗口的外觀和行為，如繪制背景、標(biāo)題欄和按鍵處理等。View是一個(gè)基本的UI單元，占據(jù)屏幕的一塊矩形區(qū)域，用于繪制顯示UI，接收處理事件等。
而窗口的概念，從不同的角度來(lái)看，其含義是不一樣的，有時(shí)候是指Window，有時(shí)候是指View。我們知道，WMS管理所有的窗口，這里的窗口其實(shí)是一個(gè)View（DecorView），而不是Window。WMS負(fù)責(zé)管理這些View的Z-order，顯示區(qū)域，以及把消息派發(fā)到對(duì)應(yīng)的View。
3.3.2 窗口的類型
Framework中定義了三種類型的窗口：應(yīng)用窗口，子窗口，系統(tǒng)窗口。
應(yīng)用窗口
Activity對(duì)應(yīng)的窗口就是應(yīng)用窗口，其默認(rèn)的窗口類型是TYPE_BASE_APPLICATION。而Dialog的窗口類型是TYPE_APPLICATION，而很多Dialog的子類，修改了窗口類型，如ContextMenu，本質(zhì)是用Dialog來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但是在添加窗口前，修改了type類型，賦值為TYPE_APPLICATION_ATTACHED_DIALOG。從這個(gè)我們可以看到，WMS并沒(méi)有把應(yīng)用窗口與子窗口區(qū)分得那么清楚。
與應(yīng)用窗口相關(guān)的窗口表示類是PhoneWindow，PhoneWindow繼承自Window，其本身只是一個(gè)窗口封裝類，其核心是成員mDecorView，mDecorView是一個(gè)頂層的View，窗口的添加就是通過(guò)調(diào)用WindowManager.addView()把該View添加到WMS。
子窗口
子窗口是指該窗口必須要有一個(gè)父窗口，父窗口可以是一個(gè)應(yīng)用類型窗口，也可以是其他類型的窗口。例如前面手Q界面中，點(diǎn)擊右上角的按鈕顯示一個(gè)PopupWindow，它就是一個(gè)子窗口，其類型一般TYPE_APPLICATION_PANEL。既然稱為子窗口，其與父窗口的關(guān)系是比較容易理解的：B是A的子窗口，A不可見(jiàn)時(shí)，B也會(huì)不可見(jiàn)的。
系統(tǒng)窗口
一般來(lái)講，系統(tǒng)窗口應(yīng)該由系統(tǒng)來(lái)創(chuàng)建的，例如發(fā)生異常，ANR時(shí)的提示框，狀態(tài)欄，屏保等。但是，F(xiàn)ramework還是定義了一些可以被應(yīng)用所創(chuàng)建的系統(tǒng)窗口，如TYPE_TOAST，TYPE_INPUT_METHOD和TYPE_WALLPAPER等等。系統(tǒng)窗口的添加也是直接調(diào)用WindowManager.addView()將目標(biāo)View添加到WMS。
3.3.3 窗口的創(chuàng)建、顯示與移除
這里以應(yīng)用窗口為例簡(jiǎn)單介紹以下窗口的創(chuàng)建，顯示和移除過(guò)程。
窗口的創(chuàng)建
我們知道每個(gè)Activity對(duì)應(yīng)一個(gè)PhoneWindow，當(dāng)我們調(diào)用setContentView時(shí)，其實(shí)最終結(jié)果是把我們的View樹作為子View添加到PhoneWindow的DecorView中，而這個(gè)DecorView會(huì)在ActivityThread的handleResumeActivity方法中，通過(guò)WindowManager.addView()方法添加到WMS中去的。
AMS在接收到啟動(dòng)Activity請(qǐng)求時(shí)，首先生成一個(gè)token作為該Activity的唯一標(biāo)識(shí)，然后在WMS中添加一個(gè)AppWindowToken，其封裝了Activity的token。接著AMS啟動(dòng)應(yīng)用客戶端進(jìn)程并把token傳遞到該進(jìn)程，在客戶端進(jìn)程里完成Activity的初始化。在Activity的attach()方法中，Activity完成PhoneWindow的創(chuàng)建，并且把token傳遞給PhoneWindow。在Activity調(diào)用WindowManager.addView()時(shí)，在WindowManager內(nèi)部會(huì)把token和該View關(guān)聯(lián)，真正向WMS申請(qǐng)創(chuàng)建窗口的時(shí)候，再把token傳遞給WMS。WMS接收到創(chuàng)建窗口的請(qǐng)求的時(shí)候，通過(guò)mTokenMap查詢對(duì)應(yīng)該token的AppWindowToken，如果為空則拋出異常，否則創(chuàng)建一個(gè)WindowState并完成初始化工作和其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的調(diào)整工作。在這個(gè)過(guò)程中，token貫穿了服務(wù)端的AMS、WMS和客戶端的Activity、Window。
應(yīng)用請(qǐng)求創(chuàng)建窗口時(shí)，和應(yīng)用直接交互的是WindowManager對(duì)象，其負(fù)責(zé)管理一個(gè)應(yīng)用的所有本地窗口。當(dāng)應(yīng)用調(diào)用addView()創(chuàng)建窗口時(shí)，WindowManager會(huì)生成一個(gè)ViewRoot對(duì)象與之相對(duì)應(yīng)，并且把相應(yīng)的參數(shù)LayoutParams保存起來(lái)。addView()的執(zhí)行流程如下：
- 檢查所添加的窗口是否已經(jīng)添加過(guò)，不允許重復(fù)添加；
- 如果所添加窗口為子窗口類型，找到其父窗口，并保存在內(nèi)部變量中；
- 創(chuàng)建一個(gè)新的ViewRoot，并保存對(duì)應(yīng)的View（DecorView）和LayoutParams；
- 調(diào)用ViewRoot的setView()方法，完成添加工作。
ViewRoot本質(zhì)上是一個(gè)Handler，并且實(shí)現(xiàn)了ViewParent接口。ViewRoot的主要功能是：
- 負(fù)責(zé)分發(fā)消息事件，如Key、Motion事件等；
- 負(fù)責(zé)和WMS的交互，分發(fā)WMS的交互命令；
- 作為DecorView的parent，對(duì)DecorView進(jìn)行measure、layout和draw等操作；
在addView()的第3、4步完成之后，之后和WMS的交互工作就由ViewRoot負(fù)責(zé)。而ViewRoot和WMS之間的雙向?qū)υ挘饕峭ㄟ^(guò)以下兩個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的：IWindowSession，IWindow。其中IWindowSession負(fù)責(zé)ViewRoot到WMS的請(qǐng)求，IWindow則用于WMS回調(diào)ViewRoot。在ViewRoot對(duì)象內(nèi)部，存在著一個(gè)IWindowSession的靜態(tài)成員和一個(gè)IWindow的非靜態(tài)成員，所以一個(gè)進(jìn)程里只有一個(gè)IWindowSession對(duì)象，但是可以有多個(gè)IWindow對(duì)象。參見(jiàn)下圖：
到此為止，整個(gè)窗口管理系統(tǒng)整體架構(gòu)可表示如下：
窗口顯示
從Client端調(diào)用WindowManager的addView()方法到WMS完成WindowState的初始化，在這個(gè)過(guò)程中，主要是完成了窗口數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建以及Client端的窗口和Server端的窗口建立起連接關(guān)系：WMS能夠?qū)lient端的窗口進(jìn)行操作，同時(shí)WMS也能夠接收Client端窗口的請(qǐng)求，對(duì)WindowState進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
一個(gè)Window想要顯示在屏幕上，必須申請(qǐng)一個(gè)顯示緩存（Surface），這個(gè)顯示緩存的管理和維護(hù)是在底層圖形模塊實(shí)現(xiàn)的。WindowState申請(qǐng)到Surface對(duì)象之后，會(huì)將此Surface對(duì)象的相關(guān)數(shù)據(jù)拷貝到Client端的ViewRoot中，ViewRoot中也維護(hù)了一個(gè)Surface對(duì)象，這兩個(gè)對(duì)象是指向同一塊顯示緩存。ViewRoot有了這塊顯示緩存的引用之后，即可以通過(guò)lockCanvas來(lái)獲取繪畫畫布，繪制完畢之后通過(guò)unlockAndPostCanvas來(lái)將繪制內(nèi)容刷新到顯示緩存中。也就是說(shuō)，Client端窗口和Server端窗口共用一個(gè)Surface，Client負(fù)責(zé)繪制Surface的內(nèi)容，Server負(fù)責(zé)控制Surface在屏幕上的大小位置等。
ViewRoot通過(guò)IWindowSession的relayout方法來(lái)向WMS發(fā)送請(qǐng)求命令，包括窗口的顯示和隱藏，窗口的布局信息如位置大小，同時(shí)還會(huì)接收WMS的處理結(jié)果。WMS會(huì)根據(jù)屏幕大小和Client請(qǐng)求的布局參數(shù)來(lái)決定窗口最終的布局信息，同時(shí)也會(huì)根據(jù)Client請(qǐng)求的顯示隱藏命令來(lái)返回一個(gè)有效的或者無(wú)效的Surface對(duì)象。通常一個(gè)窗口的顯示過(guò)程為：
- Client請(qǐng)求顯示窗口，并且傳遞布局參數(shù)；
- WMS根據(jù)布局參數(shù)，申請(qǐng)一個(gè)Surface對(duì)象并返回給Client；
- Client對(duì)Surface進(jìn)行繪畫操作，完成后告訴WMS；
- WMS將Surface顯示在屏幕上，并且進(jìn)行層級(jí)等相應(yīng)調(diào)整；
于是一個(gè)窗口從添加到顯示可用以下時(shí)序圖表示：
一個(gè)橫跨Activity、View、Window、WMS以及Surface的整體概念如下如所示：
窗口的移除
窗口的移除是通過(guò)調(diào)用WindowManager.removeView()來(lái)完成的，具體流程如下：
ViewRootImpl在收到要?jiǎng)h除窗口的命令后，會(huì)執(zhí)行以下操作：
- 判斷是否可以立即刪除窗口，否則會(huì)等下次UI操作時(shí)執(zhí)行；
- 確認(rèn)需要?jiǎng)h除窗口時(shí)，會(huì)執(zhí)行doDie方法，通過(guò)dispatchDetachedFromWindow通知View樹，窗口要被刪除了；
- dispatchDetachedFromWindow執(zhí)行以下操作：通過(guò)dispatchDetachedFromWindow，通知View樹，窗口已經(jīng)移除了；把窗口對(duì)應(yīng)的HardRender、Surface給釋放了；通過(guò)mWindowSession，通知WMS，窗口要移除了，WMS會(huì)把跟這個(gè)窗口相關(guān)的WindowState，以及WindowToken給移除，同時(shí)更新其它窗口的顯示；通知Choreographer，這個(gè)窗口不需要顯示了，跟這個(gè)窗口相關(guān)的一些UI刷新操作，可以取消了。
- 當(dāng)根View收到dispatchDetachedFromWindow調(diào)用后，會(huì)遍歷View樹中的每一個(gè)View，把這個(gè)通知傳遞下來(lái)。
3.3.4 總結(jié)
這里我們總結(jié)一下，Android中窗口的相關(guān)內(nèi)容：
- 在Window System中，分為兩部分的內(nèi)容，一部分是運(yùn)行在SystemServer進(jìn)程中的WMS及相關(guān)類，另一部分是運(yùn)行在應(yīng)用進(jìn)程的WindowManager，ViewRoot等相關(guān)類。WMS用WindowState來(lái)描述一個(gè)窗口，而應(yīng)用進(jìn)程用DecorView、ViewRoot以及WindowManager.LayoutParams等來(lái)描述一個(gè)窗口的相關(guān)內(nèi)容。
- 對(duì)于WMS來(lái)講，窗口對(duì)應(yīng)一個(gè)View對(duì)象，而不是Window對(duì)象。通過(guò)WindowManager.addView()方法添加一個(gè)窗口，通過(guò)removeView方法移除一個(gè)窗口，通過(guò)updateViewLayout()方法更新一個(gè)窗口的屬性。
- Android把窗口分為三種類型：應(yīng)用窗口，子窗口以及系統(tǒng)窗口。不同類型的窗口，在執(zhí)行添加窗口操作時(shí)，對(duì)于WindowManager.LayoutParams中的參數(shù)token具有不同的要求。應(yīng)用窗口，LayoutParams中的token，必須是某個(gè)有效的Activity的mToken。而子窗口，LayoutParams中的token，必須是父窗口的ViewRootImpl中的W對(duì)象。
- 在調(diào)用WindowManager.addView()之前，如果沒(méi)有給token賦值，則會(huì)走默認(rèn)的token賦值邏輯：如果mParentWindow不為空，則會(huì)調(diào)用其adjustLayoutParamsForSubWindow方法，在該方法中，如果當(dāng)前要添加的窗口是應(yīng)用窗口，則會(huì)把當(dāng)前PhoneWindow的mToken賦值給token。如果是子窗口，則會(huì)把當(dāng)前PhoneWindow對(duì)應(yīng)的DecorView的mAttachInfo中的mWindowToken賦值給token。而View中的mAttachIno來(lái)自ViewRootImpl的mAttachInfo。因此這個(gè)token本質(zhì)就是父窗口的ViewRootImpl中的W類對(duì)象。
