Android中的转屏流程

我们知道Android中支持横屏和竖屏，用户可以选择锁定(rotation lock)也可以选择让传感器来自动转屏。而转屏时为了使用户体验更流畅，会对屏幕截屏，然后使用截屏的图来做转屏动画，直到转屏动作结束。接下来以自动旋转为例看一下大体流程。过程虽然很短，但涉及到的模块其实不少，一个简化的相关类图如下：

首先，是否要自动转屏是在Setting中设置的。为了监听Setting中的改动，系统启动时，PhoneWindowManager的init()函数中创建了SettingsObserver对象，它的observe()方法会监听Settings.System.USER_ROTATION的值。假设系统启动后rotation lock是打开的。当用户在Setting中设置自动转屏后，会触发以下流程：

可以看到，这里会触发SettingsObserver.onChange()，其中主要调用了updateSettings()和updateRotation()两个函数。简单地说，主要的工作是根据需要监听传感器数据，据此判断是否要转屏。如果需要就是对configuration的各种更新。过程中会冻结屏幕，同时截屏并以此作为转屏动画。另外还需要将新configuration传给AMS，广播该事件给需要的模块，同时App也会被调度来响应变更。

第一个函数updateSettings()如它的名字主要更新设置信息。如果UserRotation（朝向信息，如Surface.ROTATION_0）和UserRotationMode（USER_ROTATION_FREE vs. USER_ROTATION_LOCKED）有更新，就设置标记updateRotation为true表示接下去需要更新rotation相关信息。此外，如果UserRotationMode的配置有变，由于需要传感器信息的配合，还需调用updateOrientationListenerLp()来设置或取消监听传感器。这里假设设置为自动旋转，那么PhoneWindowManager会通过MyOrientationListener来监听传感器信息。MyOrientationListener是WindowOrientationListener的继承类。它的enable()函数中调用SensorManager提供的registerListener()接口来设置Sensor信息的listener。

registerListener()的具体实现在SystemSensorManager中。registerListenerImpl()中会创建SensorEventQueue对象（基类为BaseEventQueue），它是传感器事件的队列，记录需要监听哪些传感器信息。同时它也负责与SensorService的连接和通信，可以说是SensorEventListener与SensorService间的桥梁。SensorEventListener和SensorEventQueue之间是1:1的关系，它们的映射关系保存在成员mSensorListeners中。如果这里注册的SensorEventListener还没有相应的SensorEventQueue，则新建一个，然后通过addSensor()方法将要关注的传感器进行注册。这个过程中addSensor()调用了enableSensor()，它最终是通过SensorService的enableDisable()方法来完成注册工作的。这样，SensorService就开始监听该Sensor，当底层有传感器数据来时，SensorService主线程中会调用相应SensorEventConnection的sendEvents()将之发给对应的Client。前面初始化SensorEventQueue时会创建Receiver，它是一个Looper的回调对象，在Client端收到从SensorService来的数据后被回调。当有数据收到时Receiver的handleEvent()被调用，继而通过JNI调用到SystemSensorManager::dispatchSensorEvent()。接着就调到了WindowOrientationListener的onSensorChanged()函数。该函数计算是否需要转屏。如果需要转屏，将计算结果传给onProposedRotationChanged()。

回到PhoneWindowManager的updateSettings()流程。最后如果检测到UserRotation或UserRotationMode有更新，会调用updateRotation()，继而调用WMS的updateRotation()保证当前的屏幕方向是一致的。

假设现在用户转了屏幕，期望转屏事件发生。如前面所说，onProposedRotationChanged()被调用，其中调用updateRotation()函数，随之的updateRotationUncheckedLocked()就是真正执行转屏的地方了。当然除了上面这条path会进行转屏，还有其它途径可能会触发转屏，比如应用请求转屏。例如需要横屏的游戏（通过updateOrientationFromAppTokensLocked()方法）。updateRotation()中主要是执行两个函数：updateRotationUncheckedLocked()和sendNewConfiguration()。前者执行转屏动作，包含转屏动画等。后者使AMS获取当前新的configuration，并且广播该事件给所有相应的listener。先看下updateRotation()的流程：

首先判断前一个转屏动画是否还在进行中，如果是就先不做转屏动画，直接返回。WMS中有一个单例对象WindowAnimator来处理动画，其中的mDisplayContentsAnimators数组对于每个display存有一个DisplayContentsAnimator对象。该对象中的ScreenRotationAnimation对象即用于转屏动画。这里就是将主display对应的DisplayContentsAnimator中的ScreenRotationAnimation对象拿出来看是否正在动画中。然后通过rotationForOrientationLw()来计算需要转至的朝向，如果和原来的一样也说明不需要操作，直接返回。接下来调用startFreezingDisplayLocked()来冻结屏幕，其中会创建转屏动画，其实现主要在ScreenRotationAnimation中。在其构造函数中，会对主屏上的内容进行截屏，截屏结果作为转屏时最上面的层。

截屏操作主要是通过SurfaceFlinger提供的接口来完成的。向SF发起申请的操作需要放在transaction中。首先创建用于截屏的SurfaceControl，它会调用SurfaceComposerClient的createSurface()方法在SF中创建一个截屏图层的layer。然后创建Surface并将之作为该图层的生产者端对象。之后把这个生产者对象作为用于截屏的screenshot()方法的参数传回给SF。这样，就相当于把SF自己和自己建立了通路，生产者端和消费者端都是SF，SF自己绘制出屏幕内容再作为最上层的buffer交回SF合成绘制。同时WMS中又可以通过SurfaceControl提供的接口操作窗口信息，比如设置z-order（FREEZE_LAYER非常高，保证将下面的内容盖住），alpha（一开始是透明，等调整朝向后设为不透明）。最后调用show()将之设为可见。调用setRotationTransaction()方法是因为截屏是不考虑原始转屏的，这里需要加一个初始变换将截屏的朝向调整到当前实际朝向。

WMS的sendNewConfiguration()函数调用AMS的updateConfiguration()方法。在该方法中，先调用WMS的computeNewConfiguration()方法得到当前的configuration。因为display的size会影响内存使用，进而影响内存回收机制的行为，因此需要调用applyDisplaySize()方法更新oom level。接着调用updateConfigurationLocked()函数。这是一个比较重要的函数，它更改当前的configuration，同时确保顶层的Activity是符合当前configuration的。它会遍历LRU列表中的进程并通过scheduleConfigurationChanged()来让它们更新configuration。然后广播ACTION_CONFIGURATION_CHANGED等Intent，这让注册了该Intent的模块可以作出响应。接着，取焦点ActivityStack的顶层Activity，调用ensureActivityConfigurationLocked()来确保其符合当前configuration。注意ensureActivityConfigurationLocked()中，如果该Activity可以被保留不用被销毁，返回true，否则返回false。其后的ensureActivitiesVisibleLocked()方法确保其它可见的Activity以新的configuration显示。最后调用WMS的setNewConfiguration()，控制流回到WMS，它其中会触发performLayoutAndPlaceSurfacesLocked()方法来更新整个window stack，其中的scheduleAnimationLocked()方法会让之前的转屏动画开始。于是，每当绘制周期到来时，会调用WindowAnimator的animateLocked()函数来进行动画。animateLocked()中会遍历所有display对应的DisplayContentsAnimator，如果有转屏动画ScreenRotationAnimation，就调用其stepAnimationLocked()方法，来进行一帧的转屏动画。

一般情况下是在animateLocked()函数中会判断动画结束，这里会把相应的ScreenRotationAnimation干掉。而后stopFreezingDisplayLocked()函数被调用将屏幕解冻。另外如果冻屏超时（默认2秒），则会发送WINDOW_FREEZE_TIMEOUT消息。它会取消orientation的改动，然后重新布局和绘制。