Android源码分析之WindowManager.LayoutParams属性更新过程

1.来源

 

问题的来源是因为现在的公司准备转向Android，但是又不想放弃原来的系统，所以想把原来在linux上直接跑的系统移植到Android上来，当然一大重头任务就是对原有界面库的移植和Android图形系统的修改。

我们需要对Android的图形系统加以修改，以实现原有系统的图形效果。原来的系统中有一种页面切换效果，需要将它在Android上实现出来。一开始我是在应用程序层面上，重载装载页面的viewgroup的绘制函数实现的。但是，由于view的内容太过复杂以及在页面切换时系统需要做很多事情，所以切换的动画过程很卡，出现跳帧的现象。

所以我们想到在Android的底层，也就在SurfaceFlinger这个层面上做这种效果。

要想在SurfaceFlinger上面做出这种页面切换效果，而且能根据程序设置决定效果的样式，那么我们需要从应用程序层传递标志到SurfaceFlinger。

我们在SurfaceFlinger里的drawWithOpenGl里，可以得到一个Layer的alpha值，而在应用程序里，我们可以通过来改变此activity对应的surface的alpha值。

Window window = null;
WindowManager.LayoutParams wl;
window = getWindow();
wl = window.getAttributes();
wl.alpha = 0.5f;
window.setAttributes(wl);

 

所以需要以Window的LayoutParams.alpha为例，研究Android的图形系统是怎样将WindowManager.LayoutParams里的alpha属性传递到SurfaceFlinger中的drawWithOpenGL中去的。

2.过程分析

1.从Activity类开始

既然在程序中首先是在Activity类中通过getWindow()方法取得Window,那么我们就从Activity类开始。

public Window getWindow() {
    return mWindow;
}

它的实现也很简单，就是返回了一个Window的实例mWindow.
那么我们转到Window类中去看看。

2.Window类

找到它的位置：./frameworks/base/core/java/android/view/Window.java，按它的类的说明：它是一个顶层的窗口外观和行为策略的抽象类。它的实例应该被用作顶层窗口而添加到Window Manager中去。它提供标准的UI策略，例如背景，标题区域以及默认键处理等。

它有一个惟一的实现类：android.policy.PhoneWindow.

我们先看public void setAttributes(WindowManager.LayoutParams a) ，这个函数的功能是详细的定制窗口的属性：

public void setAttributes(WindowManager.LayoutParams a) {
    mWindowAttributes.copyFrom(a);
    if (mCallback != null) {
        mCallback.onWindowAttributesChanged(mWindowAttributes);
    }
}

可见这个函数的功能就是将传进来的属性拷贝到它的成员变量里面，然后调用回调变量的方法。

在Window类里面找到mCallback的赋值，发现它是通过Window::setCallback()方法对这个变量赋值的。接下来就要找Window::setCallback()方法的调用。由于我们的Activity类中有mWindow变量，所以它应该调用了setCallback().我们回到Activity.java中，看getWindow()方

3.再回到Activity

在Activity::attch()方法里，果然有mWindow成员的赋值以及设置回调对象：mWindow.setCallback(this);从这一句发现，山Window类设置的回调对象就是Activity类，所以在第2小节里，回调对象调用onWindowAttributesChanged()方法也是就调用Activity::onWindowAttributesChanged()方法：

 

public void onWindowAttributesChanged(WindowManager.LayoutParams params) {
    if (mParent == null) {
        View decor = mDecor;
        if (decor != null && decor.getParent() != null) {
            getWindowManager().updateViewLayout(decor, params);
        }
    }
}

这里面的getWindowManager()方法返回Activity类的WindowManager成员变量。经过层层追踪，这个mWindowManager成员变量其实就是一个WindowManagerImpl对象经过包装后的LocalWindowManager对象的实例。

4.WindowManager

它的updateViewLayout()方法的实现在WindowManagerImpl.java中：

public void updateViewLayout(View view, ViewGroup.LayoutParams params) {
    if (!(params instanceof WindowManager.LayoutParams)) {
        throw new IllegalArgumentException("Params must be WindowManager.LayoutParams");
    }

    final WindowManager.LayoutParams wparams
        = (WindowManager.LayoutParams)params;

    view.setLayoutParams(wparams);

    synchronized (this) {
        int index = findViewLocked(view, true);
        ViewRootImpl root = mRoots[index];
        mParams[index] = wparams;
        root.setLayoutParams(wparams, false);
    }
}

这段代码的大概过程是：先取得先将传入的参数转换成WindowManager.LayoutParams, 然后根据第一个参数 view（其实它是一个decoview）找到此Activity对象的mRoot,然后调用它的setLayoutParams()方法。

5.ViewRootImpl

在ViewRootImpl.java中，我们查看ViewRootImpl::setLayoutParams()方法，它只是将传入的窗口属性参数保存起来，然后设置属性变化标志符，然后就调用了scheduleTraversals()方法。那么经过调度，最终会运行performTraversals()这个方法。在这个方法里，由会调用relayoutWindow()方法

6.relayoutWindow()

在这个方法里，最重要的一句就是这一句：

int relayoutResult = sWindowSession.relayout(
        mWindow, mSeq, params,
        (int) (mView.getMeasuredWidth() * appScale + 0.5f),
        (int) (mView.getMeasuredHeight() * appScale + 0.5f),
        viewVisibility, insetsPending ? WindowManagerImpl.RELAYOUT_INSETS_PENDING : 0,
        mWinFrame, mPendingContentInsets, mPendingVisibleInsets,
        mPendingConfiguration, mSurface);

由ViewRootImpl的成员变量mWindowSession调用它的方法relayout对窗口重新布局。

sWindowSession其实是与WindowManagerService类进行通信的一个会话，它最终调用的是WindowManagerService::relayoutWindow()方法

7.WindowManagerService

WindowManagerService::relayoutWindow()的主要作用是将传入的窗口属性保存到与每个Window相关联的WindowState上去：

//通过session和client,在HashMap<IBinder, WindowState> 找到WindowState变量
WindowState win = windowForClientLocked(session, client, false);
。。。//将属性进行相应的转换后保存到WindowState
if ((attrChanges & WindowManager.LayoutParams.ALPHA_CHANGED) != 0) {//这二个条件来自WindowManager.java，先不管
    winAnimator.mAlpha = attrs.alpha;
}

winAnimator是WindowState实例的一个成员，它用来实现状态变化时的动画效果。

8.在java层面上属性设置完毕

到一步，我们的属性设置从Activity类一直传递到WindowManager中的WindowState中的WindowStateAnimator实例中保存起来，那么它什么时候传递到native的SurfaceFlinger中呢。

9.关注WindowManagerService类

WMS中有一个内部类AnimationRunnable，它实现了runnable接口，WMS服务一直运行，那么我们看一看它到底运行了什么东西：

public void run() {
    synchronized(mWindowMap) {
        mAnimationScheduled = false;
        // Update animations of all applications, including those
        // associated with exiting/removed apps
        synchronized (mAnimator) {
            Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_WINDOW_MANAGER, "wmAnimate");
            final ArrayList<WindowStateAnimator> winAnimators = mAnimator.mWinAnimators;
            //mAnimator 是一个WindowAnimator的实例
            //mAnimator.mWinAnimators 实际上是一个WindowState数组 by amw
            winAnimators.clear();
            final int N = mWindows.size();//mWindows:Z有序的WindowState数组
            for (int i = 0; i < N; i++) {
                final WindowStateAnimator winAnimator = mWindows.get(i).mWinAnimator;
                if (winAnimator.mSurface != null) {
                    winAnimators.add(winAnimator);
                }
            }
            mAnimator.animate();
            //上面的大概过程就是将WMS管理的WindowState放到的WindowAnimator中，
            //然后将WindowAnimator放到可系统更新过程中直到被调度
            //由类名可以推测Window的动画也是这样产生的。
            Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_WINDOW_MANAGER);
        }
    }
}

可以看到，它实现上运行的东西非常简单，就是把与每个Window对应的WindowState放到到WMS的一个成员变量mAnimator的mWinAnimators数组中，然后调用mAnimator的animate()方法。

mAnimator是WindowAniamtor类的实例，它用来保存每个WindowState动画的轨迹和Surface操作。mAnimator.mWinAnimators是一个WindowStateAnimator类型的数组。

10.WindowAnimator

在WindowAnimator::animate()方法中，最关键的：

final int N = mWinAnimators.size();
for (int i = 0; i < N; i++) {
    mWinAnimators.get(i).prepareSurfaceLocked(true);//by amw
}

它针对每个WindowStateAnimator调用它的prepareSurfaceLocked()方法

11.prepareSurfaceLocked()

在这个方法里，通过

mSurface.setAlpha(mShownAlpha);

设置Surface的属性，那么我们查看Surface.java可以知道，setAlpha()方法是一个native方法，所以它实际上调用的是android_view_surface.cpp中的Surface_setAlpha方法。这个方法又调用SurfaceControl::setAlpha()方法。它又调用SurfaceComposerClient::setAlpha方法。在这个方法里：

status_t Composer::setAlpha(const sp<SurfaceComposerClient>& client,
        SurfaceID id, float alpha) {
        LOGD("Composer::setAlpha...SurfaceID: %");//by amw
    Mutex::Autolock _l(mLock);
    layer_state_t* s = getLayerStateLocked(client, id);
    if (!s)
        return BAD_INDEX;
    s->what |= ISurfaceComposer::eAlphaChanged;
    s->alpha = alpha;
    return NO_ERROR;
}

它得到LayerState,设置它的事件类型以及相应的值。然后返回。

12.SurfaceFlinger

由于surfaceFlinger继承自BnSurfaceComposerClient，所以它能响应来自BpSurfaceComposerClient的请求。响应函数为SurfaceFlinger::onTransact();

在这里面就是根据消息类型调用不同的方法来处理，对我们关注的alpha的值的处理：

case SET_TRANSACTION_STATE: {
    LOGD("SET_TRANSACTION_STATE");
    CHECK_INTERFACE(ISurfaceComposer, data, reply);
    size_t count = data.readInt32();
    ComposerState s;
    Vector<ComposerState> state;
    state.setCapacity(count);
    for (size_t i=0 ; i<count ; i++) {
        s.read(data);
        state.add(s);
    }
    int orientation = data.readInt32();
    uint32_t flags = data.readInt32();
    setTransactionState(state, orientation, flags);
} break;

读取相应的值，然后调用setTransactionState()方法：

const size_t count = state.size();
for (size_t i=0 ; i<count ; i++) {
    const ComposerState& s(state[i]);
    sp<Client> client( static_cast<Client *>(s.client.get()) );
    transactionFlags |= setClientStateLocked(client, s.state);//set a state to the relative layer.  --by amw
}

对每个相关联的Layer，设置它的state:

 

 

uint32_t SurfaceFlinger::setClientStateLocked(
        const sp<Client>& client,
        const layer_state_t& s)
{
        if (what & eAlphaChanged) {//................in SurfaceComposerClient.cpp, Composer::setAlpha(),  s->what |= ISurfaceComposer::eAlphaChanged;
        if (layer->setAlpha(uint8_t(255.0f*s.alpha+0.5f)))// LayerBase::setAlpha is called at there. --by amw
            flags |= eTraversalNeeded;
        }
       ...
}

从上面可以看到，每个Layer 根据它的state，重新设置了它的alpha值。

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