Android窗口系统第一篇---Window的类型与Z-Order确定

Android的窗口系统是UI架构很重要的一部分，数据结构比较多，细节比较多。本篇文章主要介绍窗口相关数据结构和抽象概念理解，关于[窗口部分的博客]计划如下。
１、窗口Z-Order的管理
２、应用程序和WMS的联系
３、窗口的添加，WindowState的创建
４、Token管理，AppToken
５、窗口大小的计算
６、启动窗口
７、窗口的切换和动画
８、多窗口，分屏、画中画，自由模式的实现思路
９、View的测量和布局
10、桌面启动流程
11、墙纸流程

本篇文章主要讨论窗口类型、坐标系统、Z-Order,Z-Order确定跟窗口类型有关系，先看窗口类型。

一、窗口类型

1.1、Window的类型

Android系统的Window有很多个，大体上来说，Framework定义了三种窗口类型；

系统Window
常见的系统Window有哪些呢？比如在手机电量低的时候，会有一个提示电量低的Window,我们输入文字的时候，会弹出输入法Window,还有搜索条Window,来电显示Window,Toast对应的Window,可以总结出来，系统Window是独立与我们的应用程序的，对于应用程序而言，我们理论上是无法创建系统Window，因为没有权限，这个权限只有系统进程有。

应用程序Window
所谓应用窗口指的就是该窗口对应一个Activity，因此，要创建应用窗口就必须在Activity中完成了。本节后面会分析Activity对应的Window的创建过程。

子Window
所谓的子Window，是说这个Window必须要有一个父窗体，比如PopWindow，Dialog是属于应用程序Window,这个比较特殊。

每一种窗口类型定义了一种对应的type
应用类型的窗口的type范围是１~99

Android窗口系统第一篇---Window的类型与Z-Order确定_第1张图片

应用类型的窗口

子窗口的type范围是1000~1999

Android窗口系统第一篇---Window的类型与Z-Order确定_第2张图片

子窗口

系统的窗口的type范围是2000以上　

Android窗口系统第一篇---Window的类型与Z-Order确定_第3张图片

i系统的窗口

系统窗口的type值>子窗口的type值>应用类型窗口的type值，一般来说，根据type值大小关系，可以推出系统窗口在子窗口的上面，子窗口在应用窗口的上面。

二、窗口布局和Z序

窗口的布局一般有两种，一种是平铺式的布局，一种是层叠式的布局

Android窗口系统第一篇---Window的类型与Z-Order确定_第4张图片

平铺窗口布局

平铺式的布局设计简单，现在还有一些终端系统仍然是单窗口的平铺布局，手机上采用的是层叠式布局，层叠式布局是一个三维的空间，将手机的水平方向作为Ｘ轴，竖直方向作为Ｙ轴，还有一根垂直与屏幕从里朝外方向的虚拟的Z轴，所有窗口 (WindowState) 按照顺序排列在Ｚ轴上，如下图。

Android窗口系统第一篇---Window的类型与Z-Order确定_第5张图片

层叠式布局

２.1、窗口主序的确定

WindowState是WMS中事实的窗口，而不是Window，WindowState是在WMS的addWindow方法中创建，包含了一个窗口的所有的属性，其中一个属性为mLayer，表示窗口在Ｚ轴的位置，mLayer值越小，窗口越靠后，mLayer值越大，窗口越靠前，最前面的一个窗口就作为焦点窗口，可以接收触摸事件。因为窗口的切换，切换后的Ｚ序(窗口的显示次序称为 Z 序)就可能不同，所以mLayer的值不是固定不变的。mLayer是通过WindowState的另一个成员变量mBaseLayer的值计算得到，mBaseLayer的值是固定不变的，只和窗口类型有关。mBaseLayer(称为主序)是WindowState的构造方法中赋值。

mBaseLayer = mPolicy.windowTypeToLayerLw(
                   attachedWindow.mAttrs.type) * WindowManagerService.TYPE_LAYER_MULTIPLIER
                   + WindowManagerService.TYPE_LAYER_OFFSET;

等价与:mBaseLayer =窗口类型×10000+1000
windowTypeToLayerLw根据窗口的类型type，返回2开始的整数值

public int windowTypeToLayerLw(int type) {
       if (type >= FIRST_APPLICATION_WINDOW && type <= LAST_APPLICATION_WINDOW) {
           return 2;
       }
       switch (type) {
       case TYPE_WALLPAPER:
             return 2;
           // wallpaper is at the bottom, though the window manager may move it.
       case TYPE_PHONE:
           return 3;
  　　　 .....
　　　　case TYPE_TOAST:
           // toasts and the plugged-in battery thing
           return 8;
        .....
     　 case TYPE_BOOT_PROGRESS:
           return 30;
       case TYPE_POINTER:
           // the (mouse) pointer layer
           return 31;
       }
       Log.e(TAG, "Unknown window type: " + type);
       return 2;

可以看到系统中的窗口种类比较多，case个数都到31了。比如应用程序的窗口是２，电话类型的窗口是３，Toast窗口是８...，因为系统中同类型的窗口比较多，所以对返回的整数值乘以10000(WindowManagerService.TYPE_LAYER_MULTIPLIER)，在加上1000(WindowManagerService.TYPE_LAYER_OFFSET)，相当把Ｚ轴划分成了31个值域，不同类型的窗口的Z轴位置都是处于两个不相交的值域之中，互相不打扰。OK，通过mBaseLayer，我们知道了窗口是如何排序的，一个窗口有可能需要依附在一个父窗口上，作为一个子窗口，所以除了主序的概念外，还有子序。

２.２、窗口子序的确定

SubLayer(称为子序)，SubLayer值是用来描述一个窗口是否属于另外一个窗口的子窗口，或者说SubLayer值是用来确定子窗口和父窗口之间的相对位置的。

Android窗口系统第一篇---Window的类型与Z-Order确定_第6张图片

SubLayer.png

一个Activity中有三个子窗口WindowState1、WindowState２、WindowState３，WindowState1WindowState２在窗口Ａ的前面，WindowState３在Ａ的后面，这几个兄弟窗口为什么可以这样排序呢，这就是mSubLayer的作用，子序越大，则相对其他兄弟窗口越靠前，反之，越靠后，如果为负数，就处在父窗口的后面，如窗口Ａ中的WindowState3，子序是根据窗口类型调用subWindowTypeToLayerLw确定的，subWindowTypeToLayerLw同样是在Window的构造方法中调用的。

  mSubLayer = mPolicy.subWindowTypeToLayerLw(a.type);

 public int subWindowTypeToLayerLw(int type) {
       switch (type) {
       case TYPE_APPLICATION_PANEL:
       case TYPE_APPLICATION_ATTACHED_DIALOG:
           return APPLICATION_PANEL_SUBLAYER;//返回值是1
       case TYPE_APPLICATION_MEDIA:
           return APPLICATION_MEDIA_SUBLAYER;//返回值是-2  
       case TYPE_APPLICATION_MEDIA_OVERLAY:
           return APPLICATION_MEDIA_OVERLAY_SUBLAYER;//返回值是-1  
       case TYPE_APPLICATION_SUB_PANEL:
           return APPLICATION_SUB_PANEL_SUBLAYER;//返回值是2 
       case TYPE_APPLICATION_ABOVE_SUB_PANEL:
           return APPLICATION_ABOVE_SUB_PANEL_SUBLAYER;//返回值是3  
       }
       Log.e(TAG, "Unknown sub-window type: " + type);
       return 0;
   }

相对与主序的确定，子序是非常简单了，但是，假设系统中有个应用程序现在有５个窗口，全部都是应用类型的窗口，按照上面的规则，计算出来的主序应该相同，如何排序？这就需要WMS进行后期的调整。

2.３、窗口Z序的调整

当WindowState创建完成，并且被添加到WMS维持的数组里面后，就需要调用WindowLayersController的assignLayersLocked(windows)，进行Z序的调整。

//参数windows是窗口列表
final void assignLayersLocked(WindowList windows) {
       if (DEBUG_LAYERS) Slog.v(TAG_WM, "Assigning layers based on windows=" + windows,
               new RuntimeException("here").fillInStackTrace());

       clear();
       int curBaseLayer = 0;
       int curLayer = 0;
       boolean anyLayerChanged = false;
      //遍历窗口列表，上面通过Z序的计算公式计算出来的Z序值保存在WindowState的变量mBaseLayer
       中，这个循环的意思是，遇到同类型的窗口，后一个窗口在前一个窗口的基础上偏移５。
       for (int i = 0, windowCount = windows.size(); i < windowCount; i++) {
           final WindowState w = windows.get(i);
           boolean layerChanged = false;

           int oldLayer = w.mLayer;
           if (w.mBaseLayer == curBaseLayer || w.mIsImWindow || (i > 0 && w.mIsWallpaper)) {
               curLayer += WINDOW_LAYER_MULTIPLIER;
           } else {
               curBaseLayer = curLayer = w.mBaseLayer;
           }
          // 更新该窗口的mAnimLayer，也就是动画显示时，该窗口的层级
           assignAnimLayer(w, curLayer);

           // TODO: Preserved old behavior of code here but not sure comparing
           // oldLayer to mAnimLayer and mLayer makes sense...though the
           // worst case would be unintentionalp layer reassignment.
           if (w.mLayer != oldLayer || w.mWinAnimator.mAnimLayer != oldLayer) {
               layerChanged = true;
               anyLayerChanged = true;
           }

　　　　　// 将当前应用窗口的最高显示层级记录在mHighestApplicationLayer中
           if (w.mAppToken != null) {
               mHighestApplicationLayer = Math.max(mHighestApplicationLayer,
                       w.mWinAnimator.mAnimLayer);
           }
        　 //  对于分屏等相关的窗口，它们的显示层级需要再次处理
           collectSpecialWindows(w);

           if (layerChanged) {
               w.scheduleAnimationIfDimming();
           }
       }

　　　　// 调整特殊窗口的层级
       adjustSpecialWindows();

       //TODO (multidisplay): Magnification is supported only for the default display.
       if (mService.mAccessibilityController != null && anyLayerChanged
               && windows.get(windows.size() - 1).getDisplayId() == Display.DEFAULT_DISPLAY) {
           mService.mAccessibilityController.onWindowLayersChangedLocked();
       }

       if (DEBUG_LAYERS) logDebugLayers(windows);
   }

经过调整之后，同类型的窗口的Z序值就不同了。

3、窗口Ｚ序的深入理解

１、Layer值为何乘以１万?

Layer的计算公式为：

　　 mBaseLayer = mPolicy.windowTypeToLayerLw(a.type)  * WindowManagerService.TYPE_LAYER_MULTIPLIER   + WindowManagerService.TYPE_LAYER_OFFSET;

等价与:mBaseLayer =窗口类型×10000+1000

其中TYPE_LAYER_MULTIPLIER和TYPE_LAYER_OFFSET在WMS的声明如下，

/** How much to multiply the policy's type layer, to reserve room
 * for multiple windows of the same type and Z-ordering adjustment
 * with TYPE_LAYER_OFFSET. 
　　*/
static final int TYPE_LAYER_MULTIPLIER = 10000;

/** Offset from TYPE_LAYER_MULTIPLIER for moving a group of windows above
  * or below others in the same layer. 
　　*/
static final int TYPE_LAYER_OFFSET = 1000;

mBaseLayer的值是在WindowState的构造中计算的，子窗口和一般窗口计算有所不同
if ((mAttrs.type >= FIRST_SUB_WINDOW && mAttrs.type <= LAST_SUB_WINDOW)) {//如果是子窗口  
   // The multiplier here is to reserve space for multiple  
   // windows in the same type layer.  
　　　　//使用依附窗口的类型 
   mBaseLayer = mPolicy.windowTypeToLayerLw(attachedWindow.mAttrs.type) * WindowManagerService.TYPE_LAYER_MULTIPLIER  
           + WindowManagerService.TYPE_LAYER_OFFSET;  
   mSubLayer = mPolicy.subWindowTypeToLayerLw(a.type);//计算mSubLayer  
   ......  
} else {//非子窗口  
   // The multiplier here is to reserve space for multiple  
   // windows in the same type layer.  
   mBaseLayer = mPolicy.windowTypeToLayerLw(a.type)  
           * WindowManagerService.TYPE_LAYER_MULTIPLIER  
           + WindowManagerService.TYPE_LAYER_OFFSET;  
   mSubLayer = 0;  
   ......  
}

Layer值为什么要乘以10000万呢？PhoneWindowManager对象mPolicy的成员函数windowTypeToLayerLw的返回值并且不是一个窗口的最终的BaseLayer值，而是要将它的返回值乘以一个常量TYPE_LAYER_MULTIPLIER（10000），再加上另外一个常量TYPE_LAYER_OFFSET（1000）之后，才得到最终的BaseLayer值。这是因为相同类型的窗口的Z轴位置都是有着相同的值域，而不同类型的窗口的Z轴位置都是处于两个不相交的值域。例如，假设有两种不同类型的窗口，它们的Z轴位置的值域分别为[a, b]和[c, d]，那么[a, b]和[c, d]的交集一定等于空。又由于每一种类型的窗口的数量是不确定的，因此，WindowManagerService服务就需要为每一种类型的窗口都预留一个范围足够大的值域，以便可以满足要求。

２、Z序调整为何加５而不加其他数字

Ｚ序的调整是在WindowLayersController的assignLayersLocked方法实现的。所谓的调整就是遍历窗口列表，如果窗口的mBaseLayer和前一个相同、或者是输入法和壁纸窗口就加上常量值WINDOW_LAYER_MULTIPLIER。

private final void assignLayersLocked(WindowList windows) {  
   int N = windows.size();  
   int curBaseLayer = 0;  
   int curLayer = 0;  
   int i;  
  
   boolean anyLayerChanged = false;  
  
   for (i=0; i 0 && w.mIsWallpaper)) {  
           curLayer += WINDOW_LAYER_MULTIPLIER;  
           w.mLayer = curLayer;  
       } else {  
           curBaseLayer = curLayer = w.mBaseLayer;  
           w.mLayer = curLayer;  
       }  
      ....... 
   }  
　　　.......
}

WINDOW_LAYER_MULTIPLIER在WMS的声明如下

/** How much to increment the layer for each window, to reserve room
 * for effect surfaces between them.
 */
static final int WINDOW_LAYER_MULTIPLIER = 5;

意思为在每个窗口层之间预留空间。加上5之后，在同层的窗口中每隔一个窗口就留下4个空位，如果加上１，按道理来说也行，为了搞清楚为什么加５，我给google维护窗口系统的工程师发了一封邮件。

Android窗口系统第一篇---Window的类型与Z-Order确定_第7张图片

google-mail.png

但是很遗憾，一直没有收到回信，但是应该可以确定，这里加１也是可以的，同样可以使得同类型的窗口的Ｚ序不同，WINDOW_LAYER_MULTIPLIER这个值从Android2.3版本就是等于５，所以这里WINDOW_LAYER_MULTIPLIER为５并没有什么特殊的含义。

３、Layer值为何乘以１万以后为什么还要加上1000?

窗口在打开或者关闭的时候，为了不那么突兀，都会设置一个动画，

 /** Offset from TYPE_LAYER_MULTIPLIER for moving a group of windows above
    * or below others in the same layer. */
   static final int TYPE_LAYER_OFFSET = 1000;

public void setAnimation(Animation anim, int width, int height, boolean skipFirstFrame,
           int stackClip) {
      ....
       animation = anim;
 // 获得zorder类型,这个类型是通过Animaion.java的setZAdjustment设置的
       int zorder = anim.getZAdjustment();
       int adj = 0;
      // ZORDER_TOP则会+1000，ZORDER_BOTTOM则会-1000
       if (zorder == Animation.ZORDER_TOP) {
           adj = TYPE_LAYER_OFFSET;
       } else if (zorder == Animation.ZORDER_BOTTOM) {
           adj = -TYPE_LAYER_OFFSET;
       }

       if (animLayerAdjustment != adj) {
           animLayerAdjustment = adj;
           updateLayers();
       }
   　....
   }

所以Z序号设置1000的偏移量就是为了这个动画层级属性预留的空间。