Android4.0 Keyguard解锁屏机制

Keyguard解锁屏是Android系统中必不可少的模块，用户在开机后或者在点击Power按钮屏幕变亮后首先看到的画面即为解锁屏模块对应的界面。Keyguard模块功能相对简单：
      第一：直观地显示手机当前的关键信息：比如电池信息、运营商信息、日期信息以及通话短信信息等。
      第二：增强手机的安全性能：为了安全，用户可以在Setting里的Secure选项中设置password、pattern、account等不同的安全策略，防止非法用户访问手机系统。
      但从代码实现的角度该模块逻辑还是比较复杂，不但需要监听系统中的多种event，比如sim、电话、电池以及Carrier等状态，还要正确反映、显示屏幕的不同状态。为了对Keyguard模块的处理逻辑有更清晰的理解，下面首先从系统构成的角度概括介绍Keyguard解锁屏模块的框架，然后对解锁屏模块中重要的处理逻辑进行详细介绍。
一、系统介绍

      Keyguard解锁屏模块的框架类图如下：

      图中仅列出了Keyguard解锁屏模块涉及的重要类，这些类实现了Keyguard模块的主要功能，它们的作用如下：
      PhoneWindowManager是解锁屏模块对外交互的接口，窗口管理Service、电源管理Service等外部模块都是通过PhoneWindowManager访问Keyguard内部功能。
      KeyguardViewMediator类为解锁屏模块的中介者，以中介的身份处理keyguard状态变化，处理event、power管理、PhoneWindowManager通知等请求，并作为回调对象供解锁屏模块的其它类回调。
      KeyguardUpdateMonitor类为解锁屏模块的监听者，它负责监听时间、sim卡、运营商信息、电池信息、电话信息等状态的变化，并通知keyguard View模块更新显示。
      KeyguardViewManager类为解锁屏view模块的管理者，管理解锁屏界面的创建、显示、隐藏以及重置等。
      LockPatternKeyguardView类为解锁屏模块的View界面，为所有解锁屏界面的host view。根据设置的安全策略，显示不同的解锁屏界面。Google原生代码中实现了6种解锁屏界面：
     1) LockScreen：用于显示屏幕加锁状态
     2) PatternUnlockScreen：实现图案解锁模式
     3) SimPukUnlockScreen：屏幕实现SIM PUK码解锁模式
     4) SimUnlockScreen：实现Sim PIN码解锁模式
     5) AccountUnlockScreen：实现 GOOGLE 帐户解锁
     6) PasswordUnlockScreen：实现自定义密码解锁模式
二、主要逻辑
1、Keyguard模块启动、显示逻辑
     即手机开机进入系统到锁屏界面显示的过程。手机系统启动过程中会自动启动Keyguard解锁屏模块，该模块的创建始于WindowManagerService类，时序图如下：

     1）WindowManagerService在启动时会实例化PhoneWindowManager对象mPolicy，并在窗口管理Policy线程PolicyThread中初始化，代码如下：

public void run() {
    Looper.prepare();
    WindowManagerPolicyThread.set(this, Looper.myLooper());
    ......
    mPolicy.init(mContext, mService, mService, mPM);
    ......
    Looper.loop();
}

     从代码中可以看到PhoneWindowManager在独立的线程和Looper消息队列中处理Message事件，该Looper对象也为解锁屏模块使用以处理所有handler消息。
    2）mPolicy函数init中创建解锁屏模块的中介者——KeyguardViewMediator对象。
    3）在KeyguardViewMediator的构造函数中创建LockPatternKeyguardViewProperties、KeyguardUpdateMonitor、KeyguardViewManager等重要对象：

public KeyguardViewMediator(Context context, PhoneWindowManager callback,
            LocalPowerManager powerManager) {
        ……
        mUpdateMonitor = new KeyguardUpdateMonitor(context);
        mUpdateMonitor.registerInfoCallback(this);
        mUpdateMonitor.registerSimStateCallback(this);
        mLockPatternUtils = new LockPatternUtils(mContext);
        mKeyguardViewProperties
= new LockPatternKeyguardViewProperties(mLockPatternUtils, mUpdateMonitor);
        mKeyguardViewManager = new KeyguardViewManager(
                context, WindowManagerImpl.getDefault(), this,
                mKeyguardViewProperties, mUpdateMonitor);
       ……
 }

     KeyguardViewMediator中记录了PhoneWindowManager、PowerManager等对象，同时也保存了LockPatternKeyguardViewProperties、KeyguardUpdateMonitor、KeyguardViewManager等模块内的重要对象，这样该类以中介者身份在Keyguard模块对外交互以及内部各对象间的交互中发挥了重要作用。
     4）KeyguardUpdateMonitor构造函数中创建mHandler，用以响应处理该类监听的各事件状态的改变，并在handle处理函数中通知mInfoCallbacks和mSimStateCallbacks保存的监听对象，监听事件有ACTION_TIME_TICK、ACTION_TIME_CHANGED、ACTION_BATTERY_CHANGED、ACTION_TIMEZONE_CHANGED、ACTION_SIM_STATE_CHANGED、        ACTION_PHONE_STATE_CHANGED、RINGER_MODE_CHANGED_ACTION
    至此Keyguard解锁屏模块中重要的类对象已经实例化，但是还未涉及解锁屏View界面的创建和显示。
    5）系统启动后解锁屏界面的首次显示始于WindowManagerService的systemReady函数，通知PhoneWindowManager系统就绪，代码如下：

public void systemReady() {
    mPolicy.systemReady();
}

    6）PhoneWindowManager的systemReady函数中通知解锁屏模块的中介者KeyguardViewMediator对象系统就绪
    7）中介者KeyguardViewMediator类中处理系统就绪情形：调用doKeyguardLocked函数显示解锁屏界面：

public void onSystemReady() {
    synchronized (this) {
         mSystemReady = true;
         doKeyguardLocked();
    }
}
private void doKeyguardLocked() {
        ......
        // if the keyguard is already showing, don't bother
        if (mKeyguardViewManager.isShowing()) {
            if (DEBUG) Log.d(TAG, "doKeyguard: not showing because it is already showing");
            return;
        }

        .....
        if (DEBUG) Log.d(TAG, "doKeyguard: showing the lock screen");
        showLocked();
}

    showLocked函数中发送SHOW消息异步处理解锁屏界面显示的请求。
    8）handleShow中处理界面显示的消息请求，函数中调用KeyguardViewManager的函数show实现解锁屏界面的真正显示：

public synchronized void show() {
        ......
        if (mKeyguardHost == null) {
            if (DEBUG) Log.d(TAG, "keyguard host is null, creating it...");

            mKeyguardHost = new KeyguardViewHost(mContext, mCallback);
            ......
            mViewManager.addView(mKeyguardHost, lp);
        }
        ......
        mViewManager.updateViewLayout(mKeyguardHost, mWindowLayoutParams);

        if (mKeyguardView == null) {
            mKeyguardView = mKeyguardViewProperties.createKeyguardView(mContext, mUpdateMonitor, this);
            ......
            mKeyguardHost.addView(mKeyguardView, lp);
            ......
        }
        ......
}

     该函数中主要创建了Keyguard显示View中的两个重要的对象：mKeyguardHost和mKeyguardView，它们都是继承于FrameLayout，为解锁屏视图的根view。
     9）在创建对象mKeyguardView时根据解锁屏mode创建解锁屏界面：

protected void updateScreen(Mode mode, boolean force) {
         ......
        // Re-create the lock screen if necessary
        if (mode == Mode.LockScreen || mShowLockBeforeUnlock) {
            if (force || mLockScreen == null) {
                recreateLockScreen();
            }
        }

        // Re-create the unlock screen if necessary. This is primarily required to properly handle
        // SIM state changes. This typically happens when this method is called by reset()
        if (mode == Mode.UnlockScreen) {
            final UnlockMode unlockMode = getUnlockMode();
            if (force || mUnlockScreen == null || unlockMode != mUnlockScreenMode) {
                recreateUnlockScreen(unlockMode);
            }
        }
        ......
    }

    10）在函数createLockScreen或者createUnlockScreenFor中创建具体的Lock或者Unlock View界面，并调用show函数进行显示
    至此，Keyguard解锁屏模块从系统开机启动到界面显示的处理逻辑已介绍完成。

2、两次按下Power按钮屏幕亮->暗->亮过程中锁屏模块处理逻辑
     连续两次按下Power按钮屏幕亮->暗->亮过程中解锁屏模块处理逻辑的时序图如下：

    1）在函数PowerManagerService:setPowerState中响应Power按钮的按下，代码如下：

private void setPowerState(int newState, boolean noChangeLights, int reason)
    {
        synchronized (mLocks) {
            ……
            if (oldScreenOn != newScreenOn) {
                if (newScreenOn) {
                    // When the user presses the power button, we need to always send out the
                    // notification that it's going to sleep so the keyguard goes on.  But
                    // we can't do that until the screen fades out, so we don't show the keyguard
                    // too early.
                    if (mStillNeedSleepNotification) {
                        sendNotificationLocked(false, WindowManagerPolicy.OFF_BECAUSE_OF_USER);
                    }
                    ……
                    if (err == 0) {
                        sendNotificationLocked(true, -1);
                        // Update the lights *after* taking care of turning the
                        // screen on, so we do this after our notifications are
                        // enqueued and thus will delay turning on the screen light
                        // until the windows are correctly displayed.
                        if (stateChanged) {
                            updateLightsLocked(newState, 0);
                        }
                        mPowerState |= SCREEN_ON_BIT;
                    }

                } else {
                    ……
                    if (!mScreenBrightness.animating) {
                        err = screenOffFinishedAnimatingLocked(reason);
                    }
                    ……
                }
            }
            ……
        }
}

    根据上面的代码逻辑，屏幕即将变暗时调用函数screenOffFinishedAnimatingLocked，屏幕即将变亮时调用函数sendNotificationLocked 。
     2）函数sendNotificationLocked发送Notification Task线程到handler，并异步执行通知解锁屏模块进行状态更新：

private Runnable mNotificationTask = new Runnable()
   {
       public void run()
       {
           while (true) {
               ......
               if (value == 1) {
                   policy.screenTurningOn(mScreenOnListener);
                   ......
               }
               else if (value == 0) {
                   policy.screenTurnedOff(why);
                  ......
               }
               else {
                   // If we're in this case, then this handler is running for a previous
                   // paired transaction.  mBroadcastWakeLock will already have been released.
                   break;
               }
           }
       }
   };

     上面的线程函数run中分别处理了屏幕变暗和变亮的情形。按下Power按钮屏幕变暗时调用了函数screenTurnedOff，why为变暗的原因，此处值为OFF_BECAUSE_OF_USER。
     3）KeyguardViewMediator中根据屏幕变暗的原因分别处理屏幕变暗事件：

 /**
     * Called to let us know the screen was turned off.
     * @param why either {@link WindowManagerPolicy#OFF_BECAUSE_OF_USER},
     *   {@link WindowManagerPolicy#OFF_BECAUSE_OF_TIMEOUT} or
     *   {@link WindowManagerPolicy#OFF_BECAUSE_OF_PROX_SENSOR}.
     */
public void onScreenTurnedOff(int why) {
   synchronized (this) {
   ……
   else if (mShowing) { //若是(mShowing)则重置显示界面，否则重新显示锁屏界面
                notifyScreenOffLocked();
                resetStateLocked();
            } else if (why == WindowManagerPolicy.OFF_BECAUSE_OF_TIMEOUT) {
                // if the screen turned off because of timeout, set an alarm
                // to enable it a little bit later (i.e, give the user a chance
                // to turn the screen back on within a certain window without
                // having to unlock the screen)
                ……

                if (timeout <= 0) {
                    // Lock now
                    mSuppressNextLockSound = true;
                    doKeyguardLocked();
                } else {
                    // Lock in the future
                    long when = SystemClock.elapsedRealtime() + timeout;
                    Intent intent = new Intent(DELAYED_KEYGUARD_ACTION);
                    intent.putExtra("seq", mDelayedShowingSequence);
                    PendingIntent sender = PendingIntent.getBroadcast(mContext,
                            0, intent, PendingIntent.FLAG_CANCEL_CURRENT);
                    mAlarmManager.set(AlarmManager.ELAPSED_REALTIME_WAKEUP, when,
                            sender);
                }
            } else if (why == WindowManagerPolicy.OFF_BECAUSE_OF_PROX_SENSOR) {
                // Do not enable the keyguard if the prox sensor forced the screen off.
            } else { //显示锁屏屏幕
                doKeyguardLocked();
            }
        }
}

     4）调用doKeyguardLocked重新显示锁屏界面，随后的锁屏界面显示逻辑与Keyguard模块启动显示中的8~10步相同，不再赘述。
     5）按下Power按钮屏幕即将由暗->亮时代码处理逻辑重新执行1~2步，第二步中屏幕变亮时调用的函数是PhoneWindowManager:screenTurningOn。
     6）函数screenTurningOn中调用中介者KeyguardViewMediator的函数onScreenTurnedOn，该函数直接调用屏幕变亮异步通知函数KeyguardViewMediator:notifyScreenOnLocked，告知解锁屏模块屏幕即将变亮。
     7）函数handleNotifyScreenOn响应屏幕变亮的通知
     8）程序执行到LockPatternKeyguardView:onScreenTurnedOn函数，并调用show函数进行解锁屏界面的显示，代码如下：

public void show() {
        if (mMode == Mode.LockScreen) {
            ((KeyguardScreen) mLockScreen).onResume();
        } else {
            ((KeyguardScreen) mUnlockScreen).onResume();
        }
        ......
 }

     至此，逻辑处理完成。
3、自定义口令解锁逻辑
    自定义口令解锁始于PasswordUnlockScreen，时序图如下：

   1）解锁屏界面输入密码点击确定按钮后，在函数onEditorAction中进行响应：

public boolean onEditorAction(TextView v, int actionId, KeyEvent event) {
        // Check if this was the result of hitting the enter key
        if (actionId == EditorInfo.IME_NULL || actionId == EditorInfo.IME_ACTION_DONE
                || actionId == EditorInfo.IME_ACTION_NEXT) {
            verifyPasswordAndUnlock();
            return true;
        }
        return false;
}

   2）在函数verifyPasswordAndUnlock中对输入的密码进行判断，如果输入正确，测调用keyguardDone响应解锁完成的操作。mCallback.keyguardDone(true)调用是所有解锁屏mode情形在解锁成功后必须调用的函数，随后的处理逻辑对于不同的解锁屏界面也是相同的。
   3）回调KeyguardScreenCallback和KeyguardViewMediator的函数keyguardDone，在后者的keyguardDone函数中，异步发送keyDone事件：

public void keyguardDone(boolean authenticated, boolean wakeup) {
    synchronized (this) {
        ……
        Message msg = mHandler.obtainMessage(KEYGUARD_DONE);
        msg.arg1 = wakeup ? 1 : 0;
        mHandler.sendMessage(msg);
        ……
    }
}

   4）函数KeyguardViewMediator:handleKeyguardDone异步处理keyguardDone事件,调用handleHide隐藏锁屏界面。
   5）KeyguardViewManager.hide函数中调用锁屏界面的销毁函LockPatternKeyguardView:cleanUp数隐藏销毁界面，如下：

public void cleanUp() {
    if (mLockScreen != null) {
        ((KeyguardScreen) mLockScreen).onPause();
        ((KeyguardScreen) mLockScreen).cleanUp();
        this.removeView(mLockScreen);
        mLockScreen = null;
    }
    if (mUnlockScreen != null) {
        ((KeyguardScreen) mUnlockScreen).onPause();
        ((KeyguardScreen) mUnlockScreen).cleanUp();
        this.removeView(mUnlockScreen);
        mUnlockScreen = null;
    }
    ......
}

    至此，解锁完成。

需要补充的是：

1.KeyguardAbsKeyInputView 作为基类实现了key input password类型(PIN, Sim PIN, Sim PUK, password)的大多数公用函数。当用户输入密码点击确定时，该类会通过调用LockPatternUtils类访问LocalSettingService以获取用户保存的密码（LocalSettingService是由SystemServer在系统初始化的时候调用initAndLoop函数创建的）。

下图为Keyguard中各种class/interface之间的关系：

原图地址：https://www.evernote.com/shard/s46/sh/d20a91c8-8ddd-4284-b811-5103d0e83f07/16c9a182d6b9d4f9198329a68011ceef/res/61cf88a5-8c99-4410-b73f-30581aa36321/Keyguard.png?resizeSmall&width=832