Android P WMS(6) -- windowanimator
Android P WMS(1) -- wms简介
Android P WMS(2) -- wms初始化
Android O WMS(3) -- addwindow
Android P WMS(4) -- removewindow
Android P WMS(5) -- relayoutWindow
Android P WMS(6) -- windowanimator
Android P WMS(7) --wms 问题种类和debug技巧
Android P WMS(8) --View SYstem 简介
Android P WMS(9) --Surface
1. 动画概述
在Android系统中，窗口动画的本质就是对原始窗口施加一个变换（Transformation）。在线性数学中，对物体的形状进行变换是通过乘以一个矩阵（Matrix）来实现，目的就是对物体进行偏移、旋转、缩放、切变、反射和投影等。因此，给窗口设置动画实际上就给窗口设置一个变换矩阵（Transformation Matrix）。
如前所述，一个窗口在打开（关闭）的过程，可能会被设置三个动画，它们分别是窗口本身所设置的进入（退出）动画（Self Transformation）、从被附加窗口传递过来的动画（Attached Transformation），以及宿主Activity组件传递过来的切换动画（App Transformation）。这三个Transformation组合在一起形成一个变换矩阵，以60fps的速度应用在窗口的原始形状之上，完成窗口的动画过程。
窗口的变换矩阵是应用在窗口的原始位置和大小之上的，因此，在显示窗口的动画之前，除了要给窗口设置变换矩阵之外，还要计算好窗口的原始位置和大小，以及布局和绘制好窗口的UI。我们在之前博客已经分析过窗口的位置和大小计算过程以及窗口UI的布局和绘制过程了，本文主要关注窗口动画的设置、合成和显示过程。这三个过程通过以下四个部分的内容来描述：
1. 窗口动画的设置过程
2. 窗口动画的显示框架
3. 窗口动画的推进过程
4. 窗口动画的合成过程
其中，窗口动画的设置过程包括上述三个动画的设置过程，窗口动画的推进过程是指定动画的一步一步地迁移的过程，窗口动画的合成过程是指上述三个动画组合成一个变换矩阵的过程，后两个过程包含在了窗口动画的显示框架中。
Window动画
包括dialog显示隐藏，toast显示隐藏，系统window(keyguard navigationbar wallpaper startwindow)进入或退出
过渡动画控制
包括转屏动画，activity切换 fragment切换
View动画
关键类对应
AppWindowAnimator.java 设置，管理过渡动画
WindowStateAnimator.java 管理窗口状态和窗口动画
screenRotationAnimation.java 旋转动画
WindowAnimator.java 动画打包，wms只有一个此对象
关键流程
loadAnimation setAnimation stepAnimationLocked
2. applyEnterAnimationLocked动画资源的加载
1）跟窗口有关的动画WindowStateAnimator，当一个Activity启动时，会调用到WMS的relayoutWindow来申请窗口，这其中就应用到窗口的切换动画，如果窗口进入动画，具体就是调用WindowStateAnimator.java中的函数applyEnterAnimationLocked。
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/RootWindowContainer.java
void performSurfacePlacement(boolean recoveringMemory) {
if (DEBUG_WINDOW_TRACE) Slog.v(TAG, "performSurfacePlacementInner: entry. Called by "
+ Debug.getCallers(3));
if (SHOW_LIGHT_TRANSACTIONS) Slog.i(TAG,
">>> OPEN TRANSACTION performLayoutAndPlaceSurfaces");
mService.openSurfaceTransaction(); //1.1
try {
applySurfaceChangesTransaction(recoveringMemory, defaultDw, defaultDh); //1.2
} catch (RuntimeException e) {
Slog.wtf(TAG, "Unhandled exception in Window Manager", e);
} finally {
mService.closeSurfaceTransaction(); //1.3
if (SHOW_LIGHT_TRANSACTIONS) Slog.i(TAG,
"<<< CLOSE TRANSACTION performLayoutAndPlaceSurfaces");
}
final WindowSurfacePlacer surfacePlacer = mService.mWindowPlacerLocked;
// If we are ready to perform an app transition, check through all of the app tokens to be
// shown and see if they are ready to go.
if (mService.mAppTransition.isReady()) {
defaultDisplay.pendingLayoutChanges |=
surfacePlacer.handleAppTransitionReadyLocked(); //1.4
}
if (!mService.mAnimator.mAppWindowAnimating && mService.mAppTransition.isRunning()) {
// We have finished the animation of an app transition. To do this, we have delayed a
// lot of operations like showing and hiding apps, moving apps in Z-order, etc. The app
// token list reflects the correct Z-order, but the window list may now be out of sync
// with it. So here we will just rebuild the entire app window list. Fun!
defaultDisplay.pendingLayoutChanges |=
mService.handleAnimatingStoppedAndTransitionLocked();
if (DEBUG_LAYOUT_REPEATS)
surfacePlacer.debugLayoutRepeats("after handleAnimStopAndXitionLock",
defaultDisplay.pendingLayoutChanges);
}
// Check to see if we are now in a state where the screen should
// be enabled, because the window obscured flags have changed.
mService.enableScreenIfNeededLocked();
mService.scheduleAnimationLocked(); //1.5
mService.mWindowPlacerLocked.destroyPendingSurfaces();
if (DEBUG_WINDOW_TRACE) Slog.e(TAG,
"performSurfacePlacementInner exit: animating=" + mService.mAnimator.isAnimating());
}
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowSurfacePlacer.java
int handleAppTransitionReadyLocked() {
int appsCount = mService.mOpeningApps.size();
if (!transitionGoodToGo(appsCount)) { //1.4.1 transitionGoodToGo
return 0;
}
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_WINDOW_MANAGER, "AppTransitionReady");
if (DEBUG_APP_TRANSITIONS) Slog.v(TAG, "**** GOOD TO GO");
int transit = mService.mAppTransition.getAppTransition();
if (mService.mSkipAppTransitionAnimation && !isKeyguardGoingAwayTransit(transit)) {
transit = AppTransition.TRANSIT_UNSET;
}
mService.mSkipAppTransitionAnimation = false;
mService.mNoAnimationNotifyOnTransitionFinished.clear();
mService.mH.removeMessages(H.APP_TRANSITION_TIMEOUT); //1.4.2
processApplicationsAnimatingInPlace(transit);
mTmpLayerAndToken.token = null;
handleClosingApps(transit, animLp, voiceInteraction, mTmpLayerAndToken); //1.4.3
final AppWindowToken topClosingApp = mTmpLayerAndToken.token;
final int topClosingLayer = mTmpLayerAndToken.layer;
final AppWindowToken topOpeningApp = handleOpeningApps(transit, //1.4.4
animLp, voiceInteraction, topClosingLayer);
mService.mAppTransition.setLastAppTransition(transit, topOpeningApp, topClosingApp);
}
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowSurfacePlacer.java
private AppWindowToken handleOpeningApps(int transit, LayoutParams animLp,
boolean voiceInteraction, int topClosingLayer) {
AppWindowToken topOpeningApp = null;
final int appsCount = mService.mOpeningApps.size();
for (int i = 0; i < appsCount; i++) {
if (SHOW_LIGHT_TRANSACTIONS) Slog.i(TAG,
">>> OPEN TRANSACTION handleAppTransitionReadyLocked()");
mService.openSurfaceTransaction();
try {
mService.mAnimator.orAnimating(appAnimator.showAllWindowsLocked()); //1.4.4.1
} finally {
mService.closeSurfaceTransaction();
if (SHOW_LIGHT_TRANSACTIONS) Slog.i(TAG,
"<<< CLOSE TRANSACTION handleAppTransitionReadyLocked()");
}
...
return topOpeningApp;
}
/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/AppWindowAnimator.java
// This must be called while inside a transaction.
boolean showAllWindowsLocked() {
boolean isAnimating = false;
final int NW = mAllAppWinAnimators.size();
for (int i=0; i
WindowStateAnimator除了处理surface相关的操作，还处理动画流程的跟踪。
void applyEnterAnimationLocked() @WindowStateAnimator.java{
final int transit;
if (mEnterAnimationPending) {
mEnterAnimationPending = false;
transit = WindowManagerPolicy.TRANSIT_ENTER;
}else{
transit = WindowManagerPolicy.TRANSIT_SHOW;
}
applyAnimationLocked(transit, true);
}
从上面的函数中，进入动画分为TRANSIT_ENTER和TRANSIT_SHOW两种，当mEnterAnimationPending为true时，程序执行TRANSIT_ENTER动画。mEnterAnimationPending的值是在WMS中设置的，一种情况是新添加窗口addWindow时：winAnimator.mEnterAnimationPending= true;还有一种情况是relayoutVisibleWindow时，可见状态从GONE到VISIBLE：
if (oldVisibility ==View.GONE)winAnimator.mEnterAnimationPending = true;
与window相关的动画类型除了TRANSIT_ENTER和TRANSIT_SHOW外，还有：
WindowManagerPolicy.java
/** Window has been added to the screen. */
public static final int TRANSIT_ENTER = 1;
/** Window has been removed from the screen. */
public static final int TRANSIT_EXIT = 2;
/** Window has been made visible. */
public static final int TRANSIT_SHOW = 3;
/** Window has been made invisible.
* TODO: Consider removal as this is unused. */
public static final int TRANSIT_HIDE = 4;
/** The "application starting" preview window is no longer needed, and will
* animate away to show the real window. */
public static final int TRANSIT_PREVIEW_DONE = 5;接着看applyAnimationLocked函数在处理TRANSIT_ENTER和TRANSIT_SHOW上的区别：
boolean applyAnimationLocked(int transit, boolean isEntrance) @WindowStateAnimator.java{
//如果当前正在执行动画跟这个进入动画是同类型的，那么系统不重复执行动画。
if ((mLocalAnimating && mAnimationIsEntrance == isEntrance)|| mKeyguardGoingAwayAnimation) {
if (mAnimation != null && mKeyguardGoingAwayAnimation
&& transit == WindowManagerPolicy.TRANSIT_PREVIEW_DONE) {
//如果tranit是 TRANSIT_PREVIEW_DONE，应用窗口已经绘制过了，那么动画类型将是app_starting_exit。
applyFadeoutDuringKeyguardExitAnimation();
}
return true;
}
//当前屏幕处于可显示状态。
if (mService.okToDisplay()) {
//特殊窗口如状态栏、导航栏通过phoneWindowManager.java选择匹配的动画资源，这个函数直接返回的是动画资源的ID如：R.anim.dock_top_enter。
int anim = mPolicy.selectAnimationLw(mWin, transit);
int attr = -1;
Animation a = null;
if (anim != 0) {
//加载指定动画资源ID的动画资源。
a = anim != -1 ? AnimationUtils.loadAnimation(mContext, anim) : null;
}else{
//根据transit类型，获取相应的属性ID，如: com.android.internal.R.styleable.WindowAnimation_windowEnterAnimation即是 TRANSIT_ENTER对应的属性id。
switch (transit) {
case WindowManagerPolicy.TRANSIT_ENTER:
attr = com.android.internal.R.styleable.WindowAnimation_windowEnterAnimation;
break;
case WindowManagerPolicy.TRANSIT_EXIT:
attr = com.android.internal.R.styleable.WindowAnimation_windowExitAnimation;
break;
case WindowManagerPolicy.TRANSIT_SHOW:
attr = com.android.internal.R.styleable.WindowAnimation_windowShowAnimation;
break;
}
//加载动画资源，先有属性值attr，获取对应的动画id，然后加载指定的资源。
a = mService.mAppTransition.loadAnimationAttr(mWin.mAttrs, attr);
}
//设置动画，把这个动画资源a记录到WindowStateAnimator.java中的变量mAnimation中。
setAnimation(a);
}else{
//如果当前屏幕不可见，清除动画。
clearAnimation();
}
}
/这个函数可以根据属性id，动态获取动画资源id，这意味着可以通过这些属性自定义动画资源。
Animation loadAnimationAttr(WindowManager.LayoutParams lp, int animAttr) @AppTransition.java{
int anim = 0;
Context context = mContext;
if (animAttr >= 0) {
AttributeCache.Entry ent = getCachedAnimations(lp);
if (ent != null) {
context = ent.context;
//获取动画id。
anim = ent.array.getResourceId(animAttr, 0);
}
}
if (anim != 0) {
//加载动画资源。
return AnimationUtils.loadAnimation(context, anim);
}
return null;
}
3.scheduleAnimationLocked开始动画
前面只是动画资源的加载过程，下面看下动画是怎么执行起来的？
前面在分析窗口申请的过程中，分析过relayoutWindow中的调用performSurfacePlacement，在这个函数的最后调用了mService.scheduleAnimationLocked()，来安排动画的执行。
void scheduleAnimationLocked() @WindowManagerService.java{
if (!mAnimationScheduled) {
mAnimationScheduled = true;
//通过Choreographer设置一个触发源，mChoreographer 是通过ThreadLocal保存的，所以它是一个线程中的单实例。
mChoreographer.postFrameCallback(mAnimator.mAnimationFrameCallback);
}
} mAnimationScheduled为true，表示当前正在scheduleanimantion，在mAnimationFrameCallback的回调中会把mAnimationScheduled再次置为false。
Choreographer设置的动画的触发源是什么？这样看下Choreographer这个类的主要功能是什么：Choreographer会接从显示系统接收定时脉冲（如Vsync），然后安排渲染下一个显示帧的工作。动画的触发源就是Vsync。
在动画框架或view层次中，应用程序通常使用较高的抽象跟Choreography间接交互，如：使用android.animation.ValueAnimator#start方法，post一个动画与渲染帧同步处理。
使用View#postOnAnimation方法，post一个Runnable，让其在下一个显示帧开始时调用。
有些情况，可能需要直接使用choreography的函数，如：
如果应用程序想在不同的线程里做渲染，可能是用GL，或者不使用animation框架、View层级，又要确保跟显示同步，这时可以使用Choreographer#postFrameCallback。
Choreography一方面接收VSYNC信号，另一方面把这一事件转发给感兴趣的人，所有希望监听VSYNC信号的对象都要在Choreography中注册。
scheduleAnimationLocked中调用的是postFrameCallback，然后直接调用了postFrameCallbackDelayed。
public void postFrameCallbackDelayed(FrameCallback callback, long delayMillis) @Choreographer.java{
postCallbackDelayedInternal(CALLBACK_ANIMATION,
callback, FRAME_CALLBACK_TOKEN, delayMillis);
}这里的CALLBACK_ANIMATION是回调类型，Choreography将注册者分为三个类型：CALLBACK_INPUT，CALLBACK_ANIMATION，CALLBACK_TRAVERSAL（处理layout和draw）。
注册的回调都放在一个数组mCallbackQueues中。
当Vsync信号产生后，Choreography会通过doCallbacks，进一步调用到相应注册对象的doFrame函数。
这里回调的是WindowAnimator.java中的doFrame。
WindowAnimator.java
mAnimationFrameCallback = new Choreographer.FrameCallback() {
public void doFrame(long frameTimeNs) {
synchronized (mService.mWindowMap) {
mService.mAnimationScheduled = false;
animateLocked(frameTimeNs);
}
}
};
通过animateLocked，各种动画开始单步执行。
private void animateLocked(long frameTimeNs) {
//当前时间。
mCurrentTime = frameTimeNs / TimeUtils.NANOS_PER_MS;
//记录上一次的动画状态，判断动画是否结束。
boolean wasAnimating = mAnimating;
//先本地记录对surface的更改，最后统一统计给surfaceflinger。
SurfaceControl.openTransaction();
SurfaceControl.setAnimationTransaction();
try {
final int numDisplays = mDisplayContentsAnimators.size();
//循环处理每个显示屏中的动画。
for (int i = 0; i < numDisplays; i++) {
final int displayId = mDisplayContentsAnimators.keyAt(i);
//执行appTransition中设置的appWindow动画，
updateAppWindowsLocked(displayId);
//执行屏幕旋转动画，比如屏幕的横竖屏。
final ScreenRotationAnimation screenRotationAnimation
=displayAnimator.mScreenRotationAnimation;
if (screenRotationAnimation != null && screenRotationAnimation.isAnimating()) {
if (screenRotationAnimation.stepAnimationLocked(mCurrentTime)) {
//动画没有结束，通过setAnimating把mAnimating设置为true。
setAnimating(true);
}else{
//动画结束了。
…...
}
}
//更新每个所有应用中的动画，包括与退出、移除app相关的。这里会执行WindowStateAnimator动画。
updateWindowsLocked(displayId);
updateWallpaperLocked(displayId);
final WindowList windows = mService.getWindowListLocked(displayId);
final int N = windows.size();
for (int j = 0; j < N; j++) {
//更新surface。
windows.get(j).mWinAnimator.prepareSurfaceLocked(true);
}
}
//动画还没结束，再次调用 scheduleAnimationLocked。
if (mAnimating) {
mService.scheduleAnimationLocked();
}
}finally{
//统一提交给surfaceflinger处理。
SurfaceControl.closeTransaction();
}
//在执行动画最后一步step时， mAnimating为false， wasAnimating记录是上一次mAnimating 的值，所以为true，这里将请求一次遍历，计算窗口大小，performsurface等。
if (!mAnimating && wasAnimating) {
mWindowPlacerLocked.requestTraversal();
}
}不管那类动画，要更新动画调用的都是stepAnimationLocked，指定动画的单步，就是每个特定的时间计算动画的最新状态。如果函数true，说明动画还在进行，否则返回false。
boolean stepAnimationLocked(long currentTime) @WindowStateAnimator.java{
//mWasAnimating 保存上一次的状态，通过比较mWasAnimating 和 isAnimationSet()，就知道动画是刚刚开始，还是停止了。 mWasAnimating = mAnimating;
//第一次执行动画，需要做些初始化。
if (!mLocalAnimating) {
mAnimation.initialize(mWin.mFrame.width(), mWin.mFrame.height(),
displayInfo.appWidth, displayInfo.appHeight);
mAnimDx = displayInfo.appWidth;
mAnimDy = displayInfo.appHeight;
mAnimation.setStartTime(mAnimationStartTime != -1
? mAnimationStartTime : currentTime);
//已经执行过一次， mLocalAnimating置为true。
mLocalAnimating = true;
//表示当前正在执行动画。
mAnimating = true;
}
// mAnimation做非null判断，因为不是每个WindowStateAnimator当前都有动画在执行。
if ((mAnimation != null) && mLocalAnimating) {
mLastAnimationTime = currentTime;
//执行一次单步，计算当前的动画状态，返回true，表示动画还没结束。
if (stepAnimation(currentTime)) {
return true;
}
}
}如何执行一个单步。
private boolean stepAnimation(long currentTime) @WindowStateAnimator.java{
currentTime = getAnimationFrameTime(mAnimation, currentTime);
mTransformation.clear();
final boolean more = mAnimation.getTransformation(currentTime, mTransformation);
return more;
}上面的函数会根据mAnimation设置的开始时间，结合当前时间，计算出动画的新的变换值，动画的四个要素是平移、缩放、旋转、透明度，在getTransformation()中将会根据设置的属性分别调用相应类型的applyTransformation，计算变换值，保存在mTransformation中
中，其中平移、缩放、旋转由mMatrix表示，透明度由mAlpha表示。
完成动画数据的计算，接着就是真正显示到屏幕上，先由WMS对surface做更新，具体就是prepareSurfaceLocked的调用。
最后通过SurfaceControl.closeTransaction()关闭业务，将surface中的更新信息统一传给SurfaceFlinger，然后写入到framebuffer中，完成显示。
参考：
Android 7.1 GUI系统-窗口管理WMS-窗口动画、应用动画的加载（六）
Android 7.1 GUI系统-窗口管理WMS-动画的执行（七）
Android6.0 WMS（六） WMS动画管理
深入理解Android 卷3