Android 开发艺术探索笔记 第四章 View的工作原理

一、初识ViewRoot和DecorView

ViewRoot类对应ViewRootImpl类，它是连接WindowManage和DecorView的纽带。在ActivityThread中，当Activity对象被创建完毕后，会将DecorView添加到Window中，同时会创建ViewRootImpl对象，并将ViewRootImpl对象和DecoView建立关联。
View的绘制流程是从ViewRoot的performTraversals方法开始的，经过measure、layout、draw三个过程将一个View绘制出来。
Measure过程决定了View的宽和高，Measure完成后，一般情况下可以通过getMeasureWidth和getMeasureHeight获取View测量后的高，特殊情况除外；Layout过程决定了View四个顶点的坐标和实际的View的宽高；Draw过程则决定了View的显示。
DecorView作为顶级View，当我们setContentView时，布局添加到了id为content的FrameLayout中，以下方式可以得到content和我们设置的view：

ViewGroup content  = (ViewGroup)findViewById(android.R.id.content);
View view = content.getChildAt(0);

二、理解MeasureSpec

1. MeasureSpec
   MeasureSpec代表一个32位int值，高2位代表SpecMode,低30位代表specSize，前者指测量模式，后者指某种测量模式下的规格大小。

   private static final int MODE_SHIFT = 30;
   private static final int MODE_MASK  = 0x3 << MODE_SHIFT;
   public static final int UNSPECIFIED = 0 << MODE_SHIFT;
   public static final int EXACTLY     = 1 << MODE_SHIFT;
   public static final int AT_MOST     = 2 << MODE_SHIFT;
   public static int makeMeasureSpec(@IntRange(from = 0, to = (1 << MeasureSpec.MODE_SHIFT) - 1) int size,
                                         @MeasureSpecMode int mode) {
        if (sUseBrokenMakeMeasureSpec) {
               return size + mode;
           } else {
               return (size & ~MODE_MASK) | (mode & MODE_MASK);
           }
       }   
        public static int getMode(int measureSpec) {
           //noinspection ResourceType
           return (measureSpec & MODE_MASK);
       }
        public static int getSize(int measureSpec) {
           return (measureSpec & ~MODE_MASK);
       }

   MeasureSpec通过将SpecMode和SpecSize打包成一个int值来避免过多的对象内存分配，并提供了打包解包方法。一组SpecMode和SpecSize可以打包为一个MeasureSpec，而一个MeasureSpec可以通过解包的形式来得出其原始的SpecMode和SpecSize。

   SpecMode有三类：

   1. UNSPECIFIED
      父容器不对View有任何限制，要多大给多大，一般用于系统内部，表示一种测量的状态。
   2. EXACTLY
      父容器已经检测出View所需要的精确大小，这个时候View的最终大小就是SpecSize所指定的值，对应LayoutParams中的match_parent和具体的数值两种模式。
   3. AT_MOST
      指定一个可用大小即SpecSize,View的大小不能大于这个值，对应LayoutParams中的wrap_content。

2. MeasureSpec和LayoutParams的对应关系
   对于DecorView,其MeasureSpec由其窗口的尺寸和其自身的LayoutParams来共同确定；对于普通view，其MeasureSpec由父容器的MeasureSpec和自身的LayoutParams来共同决定，MeasureSpec一旦确定后，onMeasure就可以确定View的测量宽/高。
   DecorView的MeasureSpec产生过程根据LayoutParams中的宽和高来划分：

   • LayoutParams.MATCH_PARENT：精确模式，大小就是窗口的大小；
   • LayoutParams.WRAP_CONTENT：最大模式，大小不定，但是不能超过窗口的大小；
   • 固定大小：精确模式，大小为LayoutParams指定的大小；

   普通View来说，针对不同的父容器和View本身不同的LayoutParams,View就可以有多种MeasureSpec。

   1. 当View采用固定宽高的时候，不管父容器的MeasureSpec是什么，View的MeasureSpec都是精确模式并且其大小遵循LayoutParams的大小。
   2. 当View的宽高是match_parent时，如果父容器的模式是精确模式，那么view也是精确模式并且其大小是父容器的剩余空间；如果父容器是最大模式，那么View也是最大模式并且其大小不会超过父容器的剩余空间。
   3. 当view的宽高是wrap_content时，不管父容器的模式是精确还是最大化吗，View的模式总是最大化并且大小不能超过父容器的剩余空间。

三、View的工作流程

1. measure过程

   View的measure过程

   View的measure方法是一个final类型的方法，意味着子类不能重写这个方法。View的measure方法中总会去调用View的onMeasure方法。

   protected void onMeasure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec) {
       setMeasuredDimension(getDefaultSize(getSuggestedMinimumWidth(), widthMeasureSpec),
               getDefaultSize(getSuggestedMinimumHeight(), heightMeasureSpec));
   }

   我们只需要看这个getDefaultSize方法：

   public static int getDefaultSize(int size, int measureSpec) {
       int result = size;
       int specMode = MeasureSpec.getMode(measureSpec);
       int specSize = MeasureSpec.getSize(measureSpec);
   
       switch (specMode) {
       case MeasureSpec.UNSPECIFIED:
           result = size;
           break;
       case MeasureSpec.AT_MOST:
       case MeasureSpec.EXACTLY:
           result = specSize;
           break;
       }
       return result;
   }

   从上面源码可以看出，一般我们只需要分析AT_MOST和EXACTLY两种情况，getDefaultSize返回的大小就是measureSpec中的specSize，而这个specSize就是View测量后的大小，View的最终大小是在layout阶段确定的，几乎所有情况下View的测量大小和最终大小是相等的。

   UNSPECIFIED这种情况，一般用于系统内部的测量过程，View的大小就是getDefaultSize第一个参数size，即宽高分别为getSuggestedMinimumWidth()和
   getSuggestedMinimumHeight()这两个方法的返回值，源码如下：

   protected int getSuggestedMinimumWidth() {
       return (mBackground == null) ? mMinWidth : max(mMinWidth, mBackground.getMinimumWidth());
   }
   
    protected int getSuggestedMinimumHeight() {
       return (mBackground == null) ? mMinHeight : max(mMinHeight, mBackground.getMinimumHeight());
   
   }

   从上面方法可以看出，getSuggestedMinimumWidth和getSuggestedMinimumHeight方法实现原理一样。从getSuggestedMinimumWidth方法里面可以看出，如果没有设置背景那么view的宽度为mMinWidth,而mMinWidth对应于android：minWidth这个属性所指定的值，因此view的宽度即为android：minWidth属性所指定的值，如果没有指定则默认为0；如果指定了背景，那么View的宽度就是max(mMinWidth, mBackground.getMinimumWidth())，我们看一下mBackground.getMinimumWidth()，Drawable的getMinimumWidth方法，如下所示：

   public int getMinimumWidth() {
       final int intrinsicWidth = getIntrinsicWidth();
       return intrinsicWidth > 0 ? intrinsicWidth : 0;
   }

   这个方法返回的就是Drawable的原始宽度，前提是有原始宽度，否则返回0。
   getSuggestedMinimumWidth这个方法逻辑如下：如果view没有设置了背景，那么返回android：minWidth这个属性所指定的值，这个值可以为0；如果View设置了背景，则返回android：minWidth和背景最小宽度中的最大值。getSuggestedMinimumWidth和getSuggestedMinimumHeight的返回值就是View在UNSPECIFIED情况下的测量宽高。

   从getDefaultSize方法的实现来看，View的宽高由specSize决定，所以我们一般自定义控件的时候需要重写onMeasure方法并设置wrap_content时的自身大小，否则在布局中使用wrap_content相当于match_parent。

   ViewGroup的measure过程

   ViewGroup除了完成自己的measure过程以外，还会遍历去调用所有子元素的measure方法，各个子元素在递归去执行这个过程。ViewGroup是一个抽象类，提供了一个叫measureChildren的方法，如下：

   protected void measureChildren(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec) {
       final int size = mChildrenCount;
       final View[] children = mChildren;
       for (int i = 0; i < size; ++i) {
           final View child = children[i];
           if ((child.mViewFlags & VISIBILITY_MASK) != GONE) {
               measureChild(child, widthMeasureSpec, heightMeasureSpec);
           }
       }
   }

   上面方法会对每一个子元素进行measure，measureChild这个方法如下：

   protected void measureChild(View child, int parentWidthMeasureSpec,
           int parentHeightMeasureSpec) {
       final LayoutParams lp = child.getLayoutParams();
   
       final int childWidthMeasureSpec = getChildMeasureSpec(parentWidthMeasureSpec,
               mPaddingLeft + mPaddingRight, lp.width);
       final int childHeightMeasureSpec = getChildMeasureSpec(parentHeightMeasureSpec,
               mPaddingTop + mPaddingBottom, lp.height);
   
       child.measure(childWidthMeasureSpec, childHeightMeasureSpec);
   }

   上面主要是取出子元素的LayoutParams,然后在通过getChildMeasureSpec来创建子元素的MeasureSpec，将MeasureSpec直接传递给View的measure方法来进行测量。在ViewGroup没有定义测量的具体过程，不同的ViewGroup子类有不同的布局特性，需要各个子类去具体实现，下面分析LinearLayout的onMeasure的具体实现。

   protected void onMeasure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec) {
       if (mOrientation == VERTICAL) {
           measureVertical(widthMeasureSpec, heightMeasureSpec);
       } else {
           measureHorizontal(widthMeasureSpec, heightMeasureSpec);
       }
   }

   上述代码主要针对不同方向实现不同的测量，看一下竖直方向上的布局:

   // See how tall everyone is. Also remember max width.
       for (int i = 0; i < count; ++i) {
           final View child = getVirtualChildAt(i);
           ...
   // Determine how big this child would like to be. If this or
   // previous children have given a weight, then we allow it to
   // use all available space (and we will shrink things later
   // if needed).
   final int usedHeight = totalWeight == 0 ? mTotalLength : 0;
   measureChildBeforeLayout(child, i, widthMeasureSpec, 0,
                       heightMeasureSpec, usedHeight);
   final int totalLength = mTotalLength;
               mTotalLength = Math.max(totalLength, totalLength + childHeight + lp.topMargin + lp.bottomMargin + getNextLocationOffset(child));

   系统会遍历子元素对每个子元素执行measureChildBeforeLayout这个方法，这个方法内部还是会调用子元素的measure方法，这样各个子元素就依次开始进入measure过程，并且系统会通过mTotalLength这个变量来存储LinearLayout在竖直方向上的初步高度。每测量一个元素，mTotalLength就会增加，增加的部分主要包括了子元素的高度以及子元素在竖直方向上的margin等。子元素测量完毕，LinearLayout会测量自己的大小，如下：

   // Add in our padding
       mTotalLength += mPaddingTop + mPaddingBottom;
   
       int heightSize = mTotalLength;
   
       // Check against our minimum height
       heightSize = Math.max(heightSize, getSuggestedMinimumHeight());
   
       // Reconcile our calculated size with the heightMeasureSpec
       int heightSizeAndState = resolveSizeAndState(heightSize, heightMeasureSpec, 0);
       heightSize = heightSizeAndState & MEASURED_SIZE_MASK;
       setMeasuredDimension(resolveSizeAndState(maxWidth, widthMeasureSpec, childState),
               heightSizeAndState);

   当子元素测量完毕后，LinearLayout会根据子元素的情况来测量自己的大小。如果在布局中高度采用的match_parent或者具体的数值，那么则和View的测量过程一致，即高度为specSize；如果高度采用的是wrap_content，高度就是所有子元素所占用的高度总和，但是不能超过它的父容器的剩余空间，最终高度还要考虑其在竖直方向的padding，如下源码所示：

   public static int resolveSizeAndState(int size, int measureSpec, int childMeasuredState) {
       final int specMode = MeasureSpec.getMode(measureSpec);
       final int specSize = MeasureSpec.getSize(measureSpec);
       final int result;
       switch (specMode) {
           case MeasureSpec.AT_MOST:
               if (specSize < size) {
                   result = specSize | MEASURED_STATE_TOO_SMALL;
               } else {
                   result = size;
               }
               break;
           case MeasureSpec.EXACTLY:
               result = specSize;
               break;
           case MeasureSpec.UNSPECIFIED:
           default:
               result = size;
       }
       return result | (childMeasuredState & MEASURED_STATE_MASK);
   }

   View的measure完成以后，通过getMeasureWidth/Height方法就可以正确的获取到view的测量宽高。但是在某些极端情况下，系统可能需要多次measure才能获取到最终的测量宽高，最好在onLayout方法中获取View的测量宽高或者最终宽高。

   在Activity里面获取某一个View的宽高：

   1. Activity/View#onWindowFocusChanged
      View初始化完毕，可以获取宽高，不过会被调用多次，在Activity的窗口得到焦点和失去焦点的时候均会被调用一次，当Activity继续执行和暂停执行的时候，onWindowFocusChanged均会被调用。

      public void onWindowFocusChanged(boolean hasFocus) {
          super.onWindowFocusChanged(hasFocus);
          if(hasFocus){
              int width = view.getMeasuredWidth();
              int height = view.getMeasuredHeight();
          }
      }

   2. view.post(runnable)
      通过post可以将一个runnable投递到消息队列的尾部，然后等待Looper调用此runnabe的时候，View已经初始化好了。

      protected void onStart(){
          super.onStart();
          view.post(new Runnable() {
              @Override
              public void run() {
                  int width = view.getMeasuredWidth();
                  int height = view.getMeasuredHeight();
              }
          });
      }

   3. ViewTreeObserver
      使用ViewTreeObserver的众多回调也可以完成这个功能，比如使用OnGlobalLayoutListener这个接口，随着View树的状态发生改变，onGloballayout会被调用多次，如下：

      ViewTreeObserver observer = view.getViewTreeObserver();
          observer.addOnGlobalLayoutListener(new ViewTreeObserver.OnGlobalLayoutListener() {
              @Override
              public void onGlobalLayout() {
                  view.getViewTreeObserver().removeOnGlobalLayoutListener(this);
                  int width = view.getMeasuredWidth();
                  int height = view.getMeasuredHeight();
              }
          });

      view.measure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec)
      通过手动对view进行measure来得到具体View的宽高，需要根据LayoutParams来分：

      • match_parent
        无法测出具体宽高，无法知道父容器的剩余空间。

      • 具体数值（dp/px）
        比如宽和高都是100px,如下measure

        int widthMeasureSpec = MeasureSpec.makeMeasureSpec(100, View.MeasureSpec.EXACTLY);
            int heightMeasureSpec = MeasureSpec.makeMeasureSpec(100, View.MeasureSpec.EXACTLY);
            view.measure(widthMeasureSpec,heightMeasureSpec);

      • wrap_content
        如下measure

         int widthMeasureSpec = MeasureSpec.makeMeasureSpec((1<<30)-1, View.MeasureSpec.AT_MOST);
            int heightMeasureSpec = MeasureSpec.makeMeasureSpec((1<<30)-1, View.MeasureSpec.AT_MOST);
            view.measure(widthMeasureSpec,heightMeasureSpec);

        注意(1 << 30)-1,View的尺寸使用30位二进制表示，最大是30个1（2^30-1），在最大化模式下，用View理论上能支持的最大值去构造MeasureSpec是合理的。

2. layout过程
   Layout的作用是ViewGroup用来确定子元素的位置，当viewGroup的位置被确定后，在onLayout中会遍历所有的子元素并调用其layout方法，在layout方法中onLayout又会被调用。layout确定view本身位置，onLayout方法确定所有子元素的位置，源码如下：

   public void layout(int l, int t, int r, int b) {
       if ((mPrivateFlags3 & PFLAG3_MEASURE_NEEDED_BEFORE_LAYOUT) != 0) {
           onMeasure(mOldWidthMeasureSpec, mOldHeightMeasureSpec);
           mPrivateFlags3 &= ~PFLAG3_MEASURE_NEEDED_BEFORE_LAYOUT;
       }
   
       int oldL = mLeft;
       int oldT = mTop;
       int oldB = mBottom;
       int oldR = mRight;
   
       boolean changed = isLayoutModeOptical(mParent) ?
               setOpticalFrame(l, t, r, b) : setFrame(l, t, r, b);
   
       if (changed || (mPrivateFlags & PFLAG_LAYOUT_REQUIRED) == PFLAG_LAYOUT_REQUIRED) {
           onLayout(changed, l, t, r, b);
           mPrivateFlags &= ~PFLAG_LAYOUT_REQUIRED;
   
           ListenerInfo li = mListenerInfo;
           if (li != null && li.mOnLayoutChangeListeners != null) {
               ArrayList listenersCopy =
                       (ArrayList)li.mOnLayoutChangeListeners.clone();
               int numListeners = listenersCopy.size();
               for (int i = 0; i < numListeners; ++i) {
                   listenersCopy.get(i).onLayoutChange(this, l, t, r, b, oldL, oldT, oldR, oldB);
               }
           }
       }
   
       mPrivateFlags &= ~PFLAG_FORCE_LAYOUT;
       mPrivateFlags3 |= PFLAG3_IS_LAID_OUT;
   }

   首先通过setFrame方法来设定View的四个顶点的位置，初始化mLeft、mRight、mTop、mBottom四个值，四个顶点确定，View在父容器中的位置也就确定了；接着调用onLayout方法，父容器用来确定子元素位置，onLayout的实现和布局有关，我们看一下LinearLayout的onLayout源码：

   void layoutVertical(int left, int top, int right, int bottom) {
   ...
   final int count = getVirtualChildCount();
   for (int i = 0; i < count; i++) {
           final View child = getVirtualChildAt(i);
           if (child == null) {
               childTop += measureNullChild(i);
           } else if (child.getVisibility() != GONE) {
               final int childWidth = child.getMeasuredWidth();
               final int childHeight = child.getMeasuredHeight();
   
               final LinearLayout.LayoutParams lp =
                       (LinearLayout.LayoutParams) child.getLayoutParams();   
        ...
        if (hasDividerBeforeChildAt(i)) {
                   childTop += mDividerHeight;
               }
   
               childTop += lp.topMargin;
               setChildFrame(child, childLeft, childTop + getLocationOffset(child),
                       childWidth, childHeight);
               childTop += childHeight + lp.bottomMargin + getNextLocationOffset(child);
   
               i += getChildrenSkipCount(child, i);

   我们这里还是分析在竖直方向上的布局，这里会遍历所有子元素并调用setChildFrame方法来为子元素指定对应的位置，其中childTop会逐渐增大，非常符合LinearLayout在竖直方向上的特性。setChildFrame调用子元素的layout方法而已，这样当父元素在layout方法中完成自己的定位后，就通过onLayout方法去调用子元素的layout方法，子元素又会通过自己的layout方法来确定自己的位置，一层一层地传递下去就完成了整个view树的layout过程。setChildFrame源码如下：

   private void setChildFrame(View child, int left, int top, int width, int height) {        
       child.layout(left, top, left + width, top + height);
   }

   方法中的width和height实际上就是子元素的测量宽高。
   而在layout方法中会通过setFrame去设置子元素的四个顶点的位置，有如下赋值语句：

           mLeft = left;
           mTop = top;
           mRight = right;
           mBottom = bottom;

   View的测量宽高和最终宽高有什么不同？

   public final int getWidth() {
       return mRight - mLeft;
   }

   public final int getHeight() {
       return mBottom - mTop;
   }

   从上面getWidth和getHeight的源码结合mLeft、mRight、mTop、mBottom这四个变量的赋值过程来看，getWidth的返回值就是View的测量宽度，getHeight同理。在View的默认实现中，View的测量宽高和最终宽高是相等的，测量宽高是形成于View的measure过程，而最终宽高形成于View的layout过程，赋值时机不一样，一般情况下两者是相等的，但在有些情况下不一致，举个例子：

   protected void onLayout(boolean changed, int l, int t, int r, int b) {
       super.layout(l, t, r + 100, b + 100);
   }

   上述代码则会导致在任何情况下View的最终宽高总是比测量宽高大100px；另外一种情况则是View需要多次measure才能确定自己的测量宽高，在前几次的测量过程中，得出的测量宽高和最终宽高有可能不一致，但是最终来说，测量宽高和最终宽高还是一样的。

3. draw过程
   Draw的作用是将View绘制到屏幕上面，View的绘制过程遵循如下几步：

   • 绘制背景background.draw(canvas)
   • 绘制自己(onDraw)
   • 绘制children(dispatchDraw)
   • 绘制装饰(onDrawScrollBars)

   可以通过draw方法的源码看出：

   public void draw(Canvas canvas) {
       final int privateFlags = mPrivateFlags;
       final boolean dirtyOpaque = (privateFlags & PFLAG_DIRTY_MASK) == PFLAG_DIRTY_OPAQUE &&
               (mAttachInfo == null || !mAttachInfo.mIgnoreDirtyState);
       mPrivateFlags = (privateFlags & ~PFLAG_DIRTY_MASK) | PFLAG_DRAWN;
   
       /*
        * Draw traversal performs several drawing steps which must be executed
        * in the appropriate order:
        *
        *      1. Draw the background
        *      2. If necessary, save the canvas' layers to prepare for fading
        *      3. Draw view's content
        *      4. Draw children
        *      5. If necessary, draw the fading edges and restore layers
        *      6. Draw decorations (scrollbars for instance)
        */
   
       // Step 1, draw the background, if needed
       int saveCount;
   
       if (!dirtyOpaque) {
           drawBackground(canvas);
       }
   
       // skip step 2 & 5 if possible (common case)
       final int viewFlags = mViewFlags;
       boolean horizontalEdges = (viewFlags & FADING_EDGE_HORIZONTAL) != 0;
       boolean verticalEdges = (viewFlags & FADING_EDGE_VERTICAL) != 0;
       if (!verticalEdges && !horizontalEdges) {
           // Step 3, draw the content
           if (!dirtyOpaque) onDraw(canvas);
   
           // Step 4, draw the children
           dispatchDraw(canvas);
   
           // Overlay is part of the content and draws beneath Foreground
           if (mOverlay != null && !mOverlay.isEmpty()) {
               mOverlay.getOverlayView().dispatchDraw(canvas);
           }
   
           // Step 6, draw decorations (foreground, scrollbars)
           onDrawForeground(canvas);
   
           // we're done...
           return;
       }

   View的绘制过程是通过dispatchDraw来实现的，会遍历所有元素的draw方法，draw事件就一层一层传递下去。View有一个特殊的方法setWillNotDraw：

   public void setWillNotDraw(boolean willNotDraw) {
       setFlags(willNotDraw ? WILL_NOT_DRAW : 0, DRAW_MASK);
   }

   如果一个view不需要绘制任何内容，那么设置这个标记为true后，系统会进行相应的优化。默认情况下，View没有启用这个标记位，但是ViewGroup会启用这个标记位。一般我们的自定义控件继承于ViewGroup本身并不具备绘制功能时，就可以开启这个标记位便于系统进行后续优化。当知道ViewGroup需要通过onDraw来绘制内容时，我们需要显式的关闭WILL_NOT_DRAW 这个标记位。

四、自定义View

1. 自定义view的分类

   • 继承View重写onDraw方法
     重写onDraw方法实现一些不顾则的图形
   • 继承ViewGroup派生特殊的Layout
     主要用于实现自定义布局
   • 继承特定的View（比如TextView）
     一般用于扩展某种已有的View的功能
   • 集成特定的ViewGroup（比如LinearLayout）
     当某种效果看起来像几种view组合在一起的时候，可以采用这种方法。

2. 自定义view须知

   • 让View支持wrap_content
   • 如果有必要，View支持padding
     直接继承View的控件，如果不在draw方法中处理padding，那么padding属性不起作用的；直接继承ViewGroup的控件需要在onMeasure和onLayout中考虑padding和子元素的margin对其造成的影响，不然导致padding和子元素的margin失效。
   • 尽量不要在View中使用Handler，没必要
     View内部本身提供了post系列的方法，完全可以替代Handler
   • View中如果有线程或者动画，需要及时停止，参考View#onDetachedFromWindow
     有线程或者动画需要停止时，那么onDetachedFromWindow是一个很好的时机。当包含此View的Activity退出或者当前View被Remove时，View的onDetachedFromWindow方法会被调用；相对应的一个方法是onAttachedToWindow，当包含此View的Activity启动时，View的onAttachedToWindow会被调用，当view变得不可见时我们也需要停止线程和动画。
   • View带有滑动嵌套情形时，需要处理好滑动冲突

3. 自定义View示例
   自定义view的示例可以在这里找到：
   自定义CricleView
   继承ViewGroup派生的特殊layout

关于View事件体系，有几篇比较好的博文，值得一读：

Android应用层View绘制流程与源码分析
Android中View的量算、布局及绘图机制
源码解析Android中View的measure量算过程
源码解析Android中View的layout布局过程