WindowManagerService本地窗口动画
一、前言
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android的WindowManagerService（简称wms）是系统框架一个非常庞大复杂的一个系统模块，它主要由三大块组成：wms数据结构，wms大遍历，wms的窗口动画
wms总体图.png
wms数据结构就是wms的所有WindowState（继承windowcontainer）集合的数据结构，比如有ActivityRecord（包含1个或者多个WindowState），比如有WindowState，其中ActivityRecord具体表现实例就是Activity，WindowState具体表现实例有状态栏、导航键、输入法等。
window.png
wms大遍历（performSurfacePlacement）就是对当前所有存在的window进行窗口大小计算和窗口绘制状态更新，最后把窗口Surface更新到surfaceflinger。
wms的窗口动画是其中一个比较重要的子功能，wms的窗口动画负责窗口间的切换动画的实现。
接下来我们从android动画原理开始来逐步介绍wms的窗口动画
二、android动画的一个demo
android动画主要有三种类型：view的动画、window的动画、画布对象的动画（ondraw里面的画图api）
首先我们来看一个android动画的简单实现的demo
Choreographer mChoreographer = Choreographer.getInstance();Animation mAnimation = null;public void start(Animation anim) {
mAnimation = anim;
scheduleAnimation();}private void scheduleAnimation() {
mChoreographer.postFrameCallback(Choreographer.CALLBACK_ANIMTION, mUpdateRunnable, null);}private Runnable mUpdateRunnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
if (mAnimation != null) {
long time = SystemClock.uptimeMillis();
Transformation transform = new Transformation();
//根据当前time计算transform
boolean more = mAnimation.getTransformation(time, transform);
//根据transform进行渲染，改变view的属性（大小、位置、透明度等）？改变窗口的属性（大小、位置、透明度等）？
PERFORM_RENDER_WITH_TRANSFORMATION(transform)；
//通过time的计算可以计算出动画是否继续还是结束
if (more) {
scheduleAnimation();
} else {
mAnimation = null;
}
}
}};从这个例子可以看出android的动画就是借用Choreographer来通过vsync原理逐帧控制动画的播放（需要对Choreographer有一定的了解），中间update变量transform包含了动画的基本元素：Matrix、透明度，然后根据这两个元素对显示对象（view或者画布对象或者window？）进行当前时间的绘制，逐帧显示，最终用户看到的就是一个动画，从systrace可以看到
动画systrace.png
ValueAnimator属性动画的实现原理也是类似于这个demo的实现
三、WindowManagerService窗口动画机制
android的WindowManagerService窗口动画机制一直在优化进步，主要体现在：
1、在androidP以前的版本，主要是通过WindowAnimator主动画类中的mChoreographer来通过vsync原理逐帧控制窗口动画的播放
具体窗口的动画变化由WindowStateAnimator的stepAnimationLocked来控制，通过改变窗口的大小、位置、透明度（通过SurfaceControl代理实现对surfaceflinger的调用），来最终达到窗口动画的实现
wms历史版本动画时序图.png
有兴趣的可以去仔细研究下这部分代码的实现，虽然是历史版本的旧代码，但是这个对wms的学习理解有很大的帮助。
/*frameworks/base/services/core/java/com/android/wm/WindowAnimator.java *//** Locked on mService.mWindowMap. */private void animateLocked(long frameTimeNs) {这个方案有个很大的缺陷，那就是动画的所有实现的代码都包含在wms的主锁mGlobalLock里面，从动画主要方法的命名后缀locked可以得知，那么意味动画会跟wms其他所有流程抢CPU资源，就容易导致wms主锁的卡顿，在某些复杂的用户场景下，容易导致手机的卡顿，给用户带来糟糕的体验。2、在androidP及之后的版本，google对窗口动画进行了重构，主要思想是通过ValueAnimator属性动画来播放窗口动画，把窗口动画播放从wms主锁脱离出来，这样动画就不会占用wms资源，从而达到优化系统框架运行速度的效果，同时把部分动画放到app远端播放（比如状态栏、导航键动画，比如多任务动画），达到系统和APP双端协调播放复杂的跨端动画效果
3、wms的新窗口动画主要分为两种类型，LocalAnimationAdapter和RemoteAnimationAdapter，分别实现了wms本地窗口动画和远程窗口动画。远程窗口动画机制，主要是为了实现android的两个新功能特意开发的机制，一个是从桌面点击app图标进入app的入场动画和app退出的出场动画，一个是在app界面，通过拖动底部指示条进入桌面的滑动效果动画，这两个动画效果最先是iphone实现的，google为了仿iphone的实现，所以开发了远程动画机制，最终能达到iphone的动画效果，提高了android手机的复杂动画效果
4、本文主要介绍android新动画的流程和实现的原理，主要介绍了LocalAnimationAdapter本地窗口动画实现原理
四、新动画机制Local窗口动画流程
本地窗口动画具体场景：可以在设置首页点击其中一项菜单，进入设置某项子菜单，然后就会有一个Local窗口动画的播放
LocalAnimationAdapter，字面意思就是wms本地窗口动画，该动画在SurfaceAnimationThread（线程名android.anim.lf）线程播放，注意看该类的注释
（本文剩余源码基于androidS原生源码）
/*frameworks/base/services/core/java/com/android/wm/SurfaceAnimationThread.java *//**
* Thread for running {@link SurfaceAnimationRunner} that does not hold the window manager lock.
*/public final class SurfaceAnimationThread extends ServiceThread {这个才是新动画机制的核心要义，不占用wms主锁，就不会占用wms的资源，这个已经是对wms很大的优化了，android历史版本因为wms锁卡顿的问题太多了接下来我们通过阅读源码来分析LocalAnimationAdapter的实现流程，先看下整体的Local窗口动画时序图
Local窗口动画时序图.png
1、动画播放源头类AppTransitionController的方法handleAppTransitionReady
在一次wms大遍历（performSurfacePlacement）流程结束之后，就会检查app transition是否已经准备好，opening 的app准备好需要满足app的starting窗口是否已经displayed或者app的window是否已经alldrawn，只要满足其中一个条件，就说明app的窗口动画流程可以开始了了。
/*frameworks/base/services/core/java/com/android/wm/AppTransitionController.java */
void handleAppTransitionReady() {
mTempTransitionReasons.clear();
//检查app transition是否已经准备好
if (!transitionGoodToGo(mDisplayContent.mOpeningApps, mTempTransitionReasons)
|| !transitionGoodToGo(mDisplayContent.mChangingContainers,
mTempTransitionReasons)) {
return;
}
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_WINDOW_MANAGER, "AppTransitionReady");
ProtoLog.v(WM_DEBUG_APP_TRANSITIONS, "**** GOOD TO GO");首先会获取当前需要opening和closing的app window列表（ActivityRecord类型）/*frameworks/base/services/core/java/com/android/wm/AppTransitionController.java */
final ActivityRecord topOpeningApp =
getTopApp(mDisplayContent.mOpeningApps, false /* ignoreHidden */);
final ActivityRecord topClosingApp =
getTopApp(mDisplayContent.mClosingApps, false /* ignoreHidden */);然后在applyAnimations方法里面对window列表进行遍历WindowContainer的动画applyAnimation方法的调用/*frameworks/base/services/core/java/com/android/wm/AppTransitionController.java */
private void applyAnimations(ArraySet wcs, ArraySet apps,
@TransitionOldType int transit, boolean visible, LayoutParams animLp,
boolean voiceInteraction) {
final int wcsCount = wcs.size();
for (int i = 0; i < wcsCount; i++) {
final WindowContainer wc = wcs.valueAt(i);
final ArrayList transitioningDescendants = new ArrayList<>();
for (int j = 0; j < apps.size(); ++j) {
final ActivityRecord app = apps.valueAt(j);
if (app.isDescendantOf(wc)) {
transitioningDescendants.add(app);
}
}
wc.applyAnimation(animLp, transit, visible, voiceInteraction, transitioningDescendants);
}
} 2、在WindowContainer，会先收集getAnimationAdpater当前window的动画适配器
/*frameworks/base/services/core/java/com/android/wm/WindowContainer.java */
protected void applyAnimationUnchecked(WindowManager.LayoutParams lp, boolean enter,
@TransitionOldType int transit, boolean isVoiceInteraction,
@Nullable ArrayList sources) {
final Pair adapters = getAnimationAdapter(lp,
transit, enter, isVoiceInteraction); 如果是普通的窗口动画，比如app内部activity的切换，当前的场景是设置主菜单跳转子菜单，根据当前场景获取到具体的transit，transit=TRANSIT_OLD_ACTIVITY_OPEN，然后再结合enter为true或者false，可以最终可以找到设置主菜单的动画xml资源是activity_open_exit.xml，设置子菜单的动画xml资源是activity_open_enter.xml，在获取到具体xml资源名字后，通过AnimationUtils.loadAnimation方法把xml资源转成Animation对象。
之后就会创建一个WindowAnimationSpec对象，并把Animation对象作为构造方法的第一个参数传给了WindowAnimationSpec
/*frameworks/base/services/core/java/com/android/wm/WindowContainer.java */
final Animation a = loadAnimation(lp, transit, enter, isVoiceInteratction);
AnimationAdapter adapter = new LocalAnimationAdapter(
//创建了一个WindowAnimatonSpec对象作为LocalAnimationAdapter的初始化参数
new WindowAnimationSpec(a, mTmpPoint, mTmpRect,
getDisplayContent().mAppTransition.canSkipFirstFrame(),
appRootTaskClipMode, true /* isAppAnimation */, windowCornerRadius),
getSurfaceAnimationRunner());这里创建LocalAnimationAdapter对象的时候同时创建了一个WindowAnimatonSpec对象作为LocalAnimationAdapter的初始化参数，这个类WindowAnimatonSpec比较重要，是在后续窗口动画播放的时候具体的实现类，后面再分析
在获取到具体的Adaper对象之后，就开始执行startAnimation方法，这个方法里面主要调用了mSurfaceAnimator对象，来实现startAnimation
/*frameworks/base/services/core/java/com/android/wm/WindowContainer.java */
mSurfaceAnimator.startAnimation(t, anim, hidden, type, animationFinishedCallback,
mSurfaceFreezer);tip: WindowContainer这个类是wms的最重要类之一，它是所有window的基类，充分学习理解该类可以对wms的所有window的树状图有一定的理解
3、SurfaceAnimator类，字面上的意思就是window动画实现是交给它来实现surfacecontrol的动画（旧窗口动画是通过WindowSurfaceController控制surfacecontrol），该类的就是窗口动画的中控，它的主要作用是在startAnimation的时候，对要进行动画的surfacecontrol创建一个parent的surfacecontrol类型的mLeash对象，leash的翻译是用皮带系住的意思，相当于把要进行动画的surfacecontrol用皮带系住，通过操控mLeash对象来实现窗口的大小、位置、透明度等动画属性的改变。
/*frameworks/base/services/core/java/com/android/wm/SurfaceAnimator.java */
void startAnimation(Transaction t, AnimationAdapter anim, boolean hidden,
@AnimationType int type,
@Nullable OnAnimationFinishedCallback animationFinishedCallback,
@Nullable SurfaceFreezer freezer) {
cancelAnimation(t, true /* restarting */, true /* forwardCancel */);
mAnimation = anim;
mAnimationType = type;
mAnimationFinishedCallback = animationFinishedCallback;
final SurfaceControl surface = mAnimatable.getSurfaceControl();
mLeash = freezer != null ? freezer.takeLeashForAnimation() : null;
if (mLeash == null) {
//重点关注这个mLeash对象，该对象是窗口动画专属surfacecontrol包装对象
mLeash = createAnimationLeash(mAnimatable, surface, t, type,
mAnimatable.getSurfaceWidth(), mAnimatable.getSurfaceHeight(), 0 /* x */,
0 /* y */, hidden, mService.mTransactionFactory);
mAnimatable.onAnimationLeashCreated(t, mLeash);
}
mAnimatable.onLeashAnimationStarting(t, mLeash);
mAnimation.startAnimation(mLeash, t, type, mInnerAnimationFinishedCallback);
}然后在动画结束之后，mLeash对象会走销毁的流程，同时动画的surfacecontrol进行reparent还原操作。
/*frameworks/base/services/core/java/com/android/wm/SurfaceAnimator.java */
static boolean removeLeash(Transaction t, Animatable animatable, @NonNull SurfaceControl leash,
boolean destroy) {
boolean scheduleAnim = false;
final SurfaceControl surface = animatable.getSurfaceControl();
final SurfaceControl parent = animatable.getParentSurfaceControl();
final boolean reparent = surface != null;
if (reparent) {
if (surface.isValid() && parent != null && parent.isValid()) {
t.reparent(surface, parent);
scheduleAnim = true;
}
}窗口动画中控最终调用了动画的适配类LocalAnimationAdapter的startAnimation方法。
/*frameworks/base/services/core/java/com/android/wm/SurfaceAnimator.java */
mAnimation.startAnimation(mLeash, t, type, mInnerAnimationFinishedCallback);4、LocalAnimationAdapter是窗口动画的适配类，继承自AnimationAdaper，LocalAnimationAdapter实现的是wms本地窗口动画，所以LocalAnimationAdapter可以理解成本地窗口动画的中转类。在startAnimation方法里面，调用了SurfaceAnimationRunner来最终实现动画的播放。/*frameworks/base/services/core/java/com/android/wm/LocalAnimationAdapter.java */
@Override public void startAnimation(SurfaceControl animationLeash, Transaction t,
@AnimationType int type, OnAnimationFinishedCallback finishCallback) {
mAnimator.startAnimation(mSpec, animationLeash, t,
() -> finishCallback.onAnimationFinished(type, this));
}5、SurfaceAnimationRunner是本地窗口动画真正的实现类，主要需要关注的方法是startAnimationLocked，首先这个方法已经通过mChoreographer切换到SurfaceAnimationThread线程来执行，然后创建了ValueAnimator属性动画对象，交由ValueAnimator属性动画对象的addUpdateListener方法来实现逐帧控制动画mLeash对象（surfacecontrol类型）的变化，具体的update方法的实现是在WindowAnimatonSpec类的apply方法里面。
/*frameworks/base/services/core/java/com/android/wm/SurfaceAnimationRunner.java */
private void startAnimationLocked(RunningAnimation a) {
final ValueAnimator anim = mAnimatorFactory.makeAnimator();
anim.overrideDurationScale(1.0f);
anim.setDuration(a.mAnimSpec.getDuration());
anim.addUpdateListener(animation -> {
synchronized (mCancelLock) {
if (!a.mCancelled) {
final long duration = anim.getDuration();
long currentPlayTime = anim.getCurrentPlayTime();
if (currentPlayTime > duration) {
currentPlayTime = duration;
}
applyTransformation(a, mFrameTransaction, currentPlayTime);
}
}
scheduleApplyTransaction();
});
………………
a.mAnim = anim;
mRunningAnimations.put(a.mLeash, a);
//窗口动画最终调用了属性动画播放
anim.start();
anim.doAnimationFrame(mChoreographer.getFrameTime());
}再来看下apply方法的具体实现，通过之前以具体xml资源创建的mAnimation对象，根据当前时间片currentPlayTime获取到当前的tmp.transformation，对leash对象实现了Matrix（大小，位置），Alpha，Crop等transformation变化，再通过Transaction 交给surfaceflinger显示，从而实现了动画当前时间片的显示效果。对比旧动画机制，这个transformation变化是在WindowStateAnimator类里面实现的。为什么要重点关注这个方法呢？因为如果窗口动画出bug了（位置大小不对？透明度异常？），就可以在这个方法里面打印window的相关参数来初步定位原因。
/*frameworks/base/services/core/java/com/android/wm/WindowAnimatonSpec.java */
@Override
public void apply(Transaction t, SurfaceControl leash, long currentPlayTime) {
final TmpValues tmp = mThreadLocalTmps.get();
tmp.transformation.clear();
mAnimation.getTransformation(currentPlayTime, tmp.transformation);
tmp.transformation.getMatrix().postTranslate(mPosition.x, mPosition.y);
t.setMatrix(leash, tmp.transformation.getMatrix(), tmp.floats);
t.setAlpha(leash, tmp.transformation.getAlpha());
boolean cropSet = false;
if (mRootTaskClipMode == ROOT_TASK_CLIP_NONE) {
if (tmp.transformation.hasClipRect()) {
t.setWindowCrop(leash, tmp.transformation.getClipRect());
cropSet = true;
}
} else {
mTmpRect.set(mRootTaskBounds);
if (tmp.transformation.hasClipRect()) {
mTmpRect.intersect(tmp.transformation.getClipRect());
}
t.setWindowCrop(leash, mTmpRect);
cropSet = true;
}
}6、ValueAnimator类，从上面的介绍可以得知，窗口动画的最终本质就是一个ValueAnimator属性动画，理解了这一点，就相当于把窗口动画简单化了，最终的实现就类比于我们普通app的属性动画的实现（app属性动画的对象是view，窗口属性动画的对象是window），只不过整个流程比较复杂而已，但是最终的实现原理是一样的，殊途同归，这个才是android窗口动画机制的精髓所在。
/*frameworks/base/services/core/java/com/android/wm/SurfaceAnimationRunner.java */ValueAnimator anim = mAnimatorFactory.makeAnimator();anim.addUpdateListener(animation -> {
applyTransformation(a, mFrameTransaction, currentPlayTime);
});anim.start();总结
本文只是讲解了WindowManagerService窗口动画之本地窗口动画的原生实现流程，主要是WindowManagerService的子类比较多，所以我们从动画的源头handleAppTransitionReady一步一步分析了它的整个流程，从整个流程来看，本地窗口动画的逻辑比较清晰，线路也比较单一，比较容易学习和理解，最终我们看到，窗口动画的原理就是一个属性动画，在动画update方法里面操控了窗口surface的属性变化，从而实现了窗口动画的逐帧播放。另外还有一个重点需要关注到，那就是wms的窗口动画不需要占用wms主锁，而且是单独线程，这样的设计也能在一定程度上优化系统卡顿的问题。
作者：努比亚技术团队
链接：https://www.jianshu.com/p/d41fe965e9e6
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