Android解析WindowManagerService（二）WMS的重要成员和Window的添加过程
本文首发于微信公众号「刘望舒」
关联系列
Android系统启动系列
Android深入四大组件系列
Android应用进程启动过程系列
Android解析WindowManager系列
前言
在本系列的上一篇文章中，我们学习了WMS的诞生，WMS被创建后，它的重要的成员有哪些？Window添加过程的WMS部分做了什么呢？这篇文章会给你解答。
1.WMS的重要成员
所谓WMS的重要成员是指WMS中的重要的成员变量，如下所示。
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService.java
final WindowManagerPolicy mPolicy;
final IActivityManager mActivityManager;
final ActivityManagerInternal mAmInternal;
final AppOpsManager mAppOps;
final DisplaySettings mDisplaySettings;
...
final ArraySet<Session> mSessions = new ArraySet<>();
final WindowHashMap mWindowMap = new WindowHashMap();
final ArrayList<AppWindowToken> mFinishedStarting = new ArrayList<>();
final ArrayList<AppWindowToken> mFinishedEarlyAnim = new ArrayList<>();
final ArrayList<AppWindowToken> mWindowReplacementTimeouts = new ArrayList<>();
final ArrayList<WindowState> mResizingWindows = new ArrayList<>();
final ArrayList<WindowState> mPendingRemove = new ArrayList<>();
WindowState[] mPendingRemoveTmp = new WindowState[20];
final ArrayList<WindowState> mDestroySurface = new ArrayList<>();
final ArrayList<WindowState> mDestroyPreservedSurface = new ArrayList<>();
...
final H mH = new H();
...
final WindowAnimator mAnimator;
...
final InputManagerService mInputManager
这里列出了WMS的部分成员变量，下面分别对它们进行简单的介绍。
mPolicy：WindowManagerPolicy
WindowManagerPolicy（WMP）类型的变量。WindowManagerPolicy是窗口管理策略的接口类，用来定义一个窗口策略所要遵循的通用规范，并提供了WindowManager所有的特定的UI行为。它的具体实现类为PhoneWindowManager，这个实现类在WMS创建时被创建。WMP允许定制窗口层级和特殊窗口类型以及关键的调度和布局。
mSessions：ArraySet
ArraySet类型的变量，元素类型为Session。在Android解析WindowManager（三）Window的添加过程这篇文章中我提到过Session，它主要用于进程间通信，其他的应用程序进程想要和WMS进程进行通信就需要经过Session，并且每个应用程序进程都会对应一个Session，WMS保存这些Session用来记录所有向WMS提出窗口管理服务的客户端。
mWindowMap：WindowHashMap
WindowHashMap类型的变量，WindowHashMap继承了HashMap，它限制了HashMap的key值的类型为IBinder，value值的类型为WindowState。WindowState用于保存窗口的信息，在WMS中它用来描述一个窗口。综上得出结论，mWindowMap就是用来保存WMS中各种窗口的集合。
mFinishedStarting：ArrayList
ArrayList类型的变量，元素类型为AppWindowToken，它是WindowToken的子类。要想理解mFinishedStarting的含义，需要先了解WindowToken是什么。WindowToken主要有两个作用：
- 可以理解为窗口令牌，当应用程序想要向WMS申请新创建一个窗口，则需要向WMS出示有效的WindowToken。AppWindowToken作为WindowToken的子类，主要用来描述应用程序的WindowToken结构，
应用程序中每个Activity都对应一个AppWindowToken。 - WindowToken会将相同组件（比如Acitivity）的窗口（WindowState）集合在一起，方便管理。
mFinishedStarting就是用于存储已经完成启动的应用程序窗口（比如Acitivity）的AppWindowToken的列表。
除了mFinishedStarting，还有类似的mFinishedEarlyAnim和mWindowReplacementTimeouts，其中mFinishedEarlyAnim存储了已经完成窗口绘制并且不需要展示任何已保存surface的应用程序窗口的AppWindowToken。mWindowReplacementTimeout存储了等待更换的应用程序窗口的AppWindowToken，如果更换不及时，旧窗口就需要被处理。
mResizingWindows：ArrayList
ArrayList类型的变量，元素类型为WindowState。
mResizingWindows是用来存储正在调整大小的窗口的列表。与mResizingWindows类似的还有mPendingRemove、mDestroySurface和mDestroyPreservedSurface等等。其中mPendingRemove是在内存耗尽时设置的，里面存有需要强制删除的窗口。mDestroySurface里面存有需要被Destroy的Surface。mDestroyPreservedSurface里面存有窗口需要保存的等待销毁的Surface，为什么窗口要保存这些Surface？这是因为当窗口经历Surface变化时，窗口需要一直保持旧Surface，直到新Surface的第一帧绘制完成。
mAnimator：WindowAnimator
WindowAnimator类型的变量，用于管理窗口的动画以及特效动画。
mH：H
H类型的变量，系统的Handler类，用于将任务加入到主线程的消息队列中，这样代码逻辑就会在主线程中执行。
mInputManager：InputManagerService
InputManagerService类型的变量，输入系统的管理者。InputManagerService（IMS）会对触摸事件进行处理，它会寻找一个最合适的窗口来处理触摸反馈信息，WMS是窗口的管理者，因此，WMS“理所应当”的成为了输入系统的中转站，WMS包含了IMS的引用不足为怪。
2.Window的添加过程（WMS部分）
我们知道Window的操作分为两大部分，一部分是WindowManager处理部分，另一部分是WMS处理部分，如下所示。
在Android解析WindowManager（三）Window的添加过程这篇文章中，我讲解了Window的添加过程的WindowManager处理部分，这一篇文章我们接着来学习Window的添加过程的WMS部分。
无论是系统窗口还是Activity，它们的Window的添加过程都会调用WMS的addWindow方法，由于这个方法代码逻辑比较多，这里分为3个部分来阅读。
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService.java
addWindow方法part1
public int addWindow(Session session, IWindow client, int seq,
WindowManager.LayoutParams attrs, int viewVisibility, int displayId,
Rect outContentInsets, Rect outStableInsets, Rect outOutsets,
InputChannel outInputChannel) {
int[] appOp = new int[1];
int res = mPolicy.checkAddPermission(attrs, appOp);//1
if (res != WindowManagerGlobal.ADD_OKAY) {
return res;
}
...
synchronized(mWindowMap) {
if (!mDisplayReady) {
throw new IllegalStateException("Display has not been initialialized");
}
final DisplayContent displayContent = mRoot.getDisplayContentOrCreate(displayId);//2
if (displayContent == null) {
Slog.w(TAG_WM, "Attempted to add window to a display that does not exist: "
+ displayId + ". Aborting.");
return WindowManagerGlobal.ADD_INVALID_DISPLAY;
}
...
if (type >= FIRST_SUB_WINDOW && type <= LAST_SUB_WINDOW) {//3
parentWindow = windowForClientLocked(null, attrs.token, false);//4
if (parentWindow == null) {
Slog.w(TAG_WM, "Attempted to add window with token that is not a window: "
+ attrs.token + ". Aborting.");
return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_SUBWINDOW_TOKEN;
}
if (parentWindow.mAttrs.type >= FIRST_SUB_WINDOW
&& parentWindow.mAttrs.type <= LAST_SUB_WINDOW) {
Slog.w(TAG_WM, "Attempted to add window with token that is a sub-window: "
+ attrs.token + ". Aborting.");
return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_SUBWINDOW_TOKEN;
}
}
...
}
...
}
WMS的addWindow返回的是addWindow的各种状态，比如添加Window成功，无效的display等等，这些状态被定义在WindowManagerGlobal中。
注释1处根据Window的属性，调用WMP的checkAddPermission方法来检查权限，具体的实现在PhoneWindowManager的checkAddPermission方法中，如果没有权限则不会执行后续的代码逻辑。注释2处通过displayId来获得窗口要添加到哪个DisplayContent上，如果没有找到DisplayContent，则返回WindowManagerGlobal.ADD_INVALID_DISPLAY这一状态，其中DisplayContent用来描述一块屏幕。注释3处，type代表一个窗口的类型，它的数值介于FIRST_SUB_WINDOW和LAST_SUB_WINDOW之间（1000~1999），这个数值定义在WindowManager中，说明这个窗口是一个子窗口，不了解窗口类型取值范围的请阅读Android解析WindowManager（二）Window的属性这篇文章。注释4处，attrs.token是IBinder类型的对象，windowForClientLocked方法内部会根据attrs.token作为key值从mWindowMap中得到该子窗口的父窗口。接着对父窗口进行判断，如果父窗口为null或者type的取值范围不正确则会返回错误的状态。
addWindow方法part2
...
AppWindowToken atoken = null;
final boolean hasParent = parentWindow != null;
WindowToken token = displayContent.getWindowToken(
hasParent ? parentWindow.mAttrs.token : attrs.token);//1
final int rootType = hasParent ? parentWindow.mAttrs.type : type;//2
boolean addToastWindowRequiresToken = false;
if (token == null) {
if (rootType >= FIRST_APPLICATION_WINDOW && rootType <= LAST_APPLICATION_WINDOW) {
Slog.w(TAG_WM, "Attempted to add application window with unknown token "
+ attrs.token + ". Aborting.");
return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_APP_TOKEN;
}
if (rootType == TYPE_INPUT_METHOD) {
Slog.w(TAG_WM, "Attempted to add input method window with unknown token "
+ attrs.token + ". Aborting.");
return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_APP_TOKEN;
}
if (rootType == TYPE_VOICE_INTERACTION) {
Slog.w(TAG_WM, "Attempted to add voice interaction window with unknown token "
+ attrs.token + ". Aborting.");
return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_APP_TOKEN;
}
if (rootType == TYPE_WALLPAPER) {
Slog.w(TAG_WM, "Attempted to add wallpaper window with unknown token "
+ attrs.token + ". Aborting.");
return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_APP_TOKEN;
}
...
if (type == TYPE_TOAST) {
// Apps targeting SDK above N MR1 cannot arbitrary add toast windows.
if (doesAddToastWindowRequireToken(attrs.packageName, callingUid,
parentWindow)) {
Slog.w(TAG_WM, "Attempted to add a toast window with unknown token "
+ attrs.token + ". Aborting.");
return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_APP_TOKEN;
}
}
final IBinder binder = attrs.token != null ? attrs.token : client.asBinder();
token = new WindowToken(this, binder, type, false, displayContent,
session.mCanAddInternalSystemWindow);//3
} else if (rootType >= FIRST_APPLICATION_WINDOW && rootType <= LAST_APPLICATION_WINDOW) {//4
atoken = token.asAppWindowToken();//5
if (atoken == null) {
Slog.w(TAG_WM, "Attempted to add window with non-application token "
+ token + ". Aborting.");
return WindowManagerGlobal.ADD_NOT_APP_TOKEN;
} else if (atoken.removed) {
Slog.w(TAG_WM, "Attempted to add window with exiting application token "
+ token + ". Aborting.");
return WindowManagerGlobal.ADD_APP_EXITING;
}
} else if (rootType == TYPE_INPUT_METHOD) {
if (token.windowType != TYPE_INPUT_METHOD) {
Slog.w(TAG_WM, "Attempted to add input method window with bad token "
+ attrs.token + ". Aborting.");
return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_APP_TOKEN;
}
}
...
注释1处通过displayContent的getWindowToken方法来得到WindowToken。注释2处，如果有父窗口就将父窗口的type值赋值给rootType，如果没有将当前窗口的type值赋值给rootType。接下来如果WindowToken为null，则根据rootType或者type的值进行区分判断，如果rootType值等于TYPE_INPUT_METHOD、TYPE_WALLPAPER等值时，则返回状态值WindowManagerGlobal.ADD_BAD_APP_TOKEN，说明rootType值等于TYPE_INPUT_METHOD、TYPE_WALLPAPER等值时是不允许WindowToken为null的。通过多次的条件判断筛选，最后会在注释3处隐式创建WindowToken，这说明当我们添加窗口时是可以不向WMS提供WindowToken的，前提是rootType和type的值不为前面条件判断筛选的值。WindowToken隐式和显式的创建肯定是要加以区分的，注释3处的第4个参数为false就代表这个WindowToken是隐式创建的。接下来的代码逻辑就是WindowToken不为null的情况，根据rootType和type的值进行判断，比如在注释4处判断如果窗口为应用程序窗口，在注释5处会将WindowToken转换为专门针对应用程序窗口的AppWindowToken，然后根据AppWindowToken的值进行后续的判断。
addWindow方法part3
...
final WindowState win = new WindowState(this, session, client, token, parentWindow,
appOp[0], seq, attrs, viewVisibility, session.mUid,
session.mCanAddInternalSystemWindow);//1
if (win.mDeathRecipient == null) {//2
// Client has apparently died, so there is no reason to
// continue.
Slog.w(TAG_WM, "Adding window client " + client.asBinder()
+ " that is dead, aborting.");
return WindowManagerGlobal.ADD_APP_EXITING;
}
if (win.getDisplayContent() == null) {//3
Slog.w(TAG_WM, "Adding window to Display that has been removed.");
return WindowManagerGlobal.ADD_INVALID_DISPLAY;
}
mPolicy.adjustWindowParamsLw(win.mAttrs);//4
win.setShowToOwnerOnlyLocked(mPolicy.checkShowToOwnerOnly(attrs));
res = mPolicy.prepareAddWindowLw(win, attrs);//5
...
win.attach();
mWindowMap.put(client.asBinder(), win);//6
if (win.mAppOp != AppOpsManager.OP_NONE) {
int startOpResult = mAppOps.startOpNoThrow(win.mAppOp, win.getOwningUid(),
win.getOwningPackage());
if ((startOpResult != AppOpsManager.MODE_ALLOWED) &&
(startOpResult != AppOpsManager.MODE_DEFAULT)) {
win.setAppOpVisibilityLw(false);
}
}
final AppWindowToken aToken = token.asAppWindowToken();
if (type == TYPE_APPLICATION_STARTING && aToken != null) {
aToken.startingWindow = win;
if (DEBUG_STARTING_WINDOW) Slog.v (TAG_WM, "addWindow: " + aToken
+ " startingWindow=" + win);
}
boolean imMayMove = true;
win.mToken.addWindow(win);//7
if (type == TYPE_INPUT_METHOD) {
win.mGivenInsetsPending = true;
setInputMethodWindowLocked(win);
imMayMove = false;
} else if (type == TYPE_INPUT_METHOD_DIALOG) {
displayContent.computeImeTarget(true /* updateImeTarget */);
imMayMove = false;
} else {
if (type == TYPE_WALLPAPER) {
displayContent.mWallpaperController.clearLastWallpaperTimeoutTime();
displayContent.pendingLayoutChanges |= FINISH_LAYOUT_REDO_WALLPAPER;
} else if ((attrs.flags&FLAG_SHOW_WALLPAPER) != 0) {
displayContent.pendingLayoutChanges |= FINISH_LAYOUT_REDO_WALLPAPER;
} else if (displayContent.mWallpaperController.isBelowWallpaperTarget(win)) {
displayContent.pendingLayoutChanges |= FINISH_LAYOUT_REDO_WALLPAPER;
}
}
...
在注释1处创建了WindowState，它存有窗口的所有的状态信息，在WMS中它代表一个窗口。从WindowState传入的参数，可以发现WindowState中包含了WMS、Session、WindowToken、父类的WindowState、LayoutParams等信息。紧接着在注释2和3处分别判断请求添加窗口的客户端是否已经死亡、窗口的DisplayContent是否为null，如果是则不会再执行下面的代码逻辑。注释4处调用了WMP的adjustWindowParamsLw方法，该方法的实现在PhoneWindowManager中，会根据窗口的type对窗口的LayoutParams的一些成员变量进行修改。注释5处调用WMP的prepareAddWindowLw方法，用于准备将窗口添加到系统中。
注释6处将WindowState添加到mWindowMap中。注释7处将WindowState添加到该WindowState对应的WindowToken中(实际是保存在WindowToken的父类WindowContainer中)，这样WindowToken就包含了相同组件的WindowState。
addWindow方法总结
addWindow方法分了3个部分来进行讲解，主要就是做了下面4件事：
- 对所要添加的窗口进行检查，如果窗口不满足一些条件，就不会再执行下面的代码逻辑。
- WindowToken相关的处理，比如有的窗口类型需要提供WindowToken，没有提供的话就不会执行下面的代码逻辑，有的窗口类型则需要由WMS隐式创建WindowToken。
- WindowState的创建和相关处理，将WindowToken和WindowState相关联。
- 创建和配置DisplayContent，完成窗口添加到系统前的准备工作。
结语
在本篇文章中我们首先学习了WMS的重要成员，了解这些成员有利于对WMS的进一步分析。接下来我们又学习了Window的添加过程的WMS部分，将addWindow方法分为了3个部分来进行讲解，从addWindow方法我们得知WMS有3个重要的类分别是WindowToken、WindowState和DisplayContent，关于它们会在本系列后续的文章中进行介绍。
参考资料
《深入理解Android卷III》
