GUI系统之“窗口管理员”——WMS

简介

WindowManagerService（以下简称WMS）是做什么的？

打个比方，就像一出由N个演员参与的话剧：SurfaceFlinger是摄像机，WMS是导演，ViewRoot则是演员个体。摄像机（SurfaceFlinger）的作用是单一而规范的——它负责客观地捕获当前的画面，然后真实地呈现给观众；导演（WMS）则会考虑到话剧的舞台效果和视觉美感，如他需要根据实际情况来安排各个演员的排序站位，谁在前谁在后，都会影响到演出的“画面效果”与“剧情编排”；而各个演员的长相和表情（ViewRoot），则更多地取决于他们自身的条件与努力。正是通过这三者的“各司其职”，才能最终为观众呈现出一场美妙绝伦的“视觉盛宴”。

从计算机I/O系统的角度来分析，WMS至少要完成以下两个功能。

• 全局的窗口管理（Output）

根据计算机体系结构的分类，“窗口管理”属于“输出”部分——应用程序的显示请求在SurfaceFlinger和WMS的协助下有序地输出给物理屏幕或者其他显示设备。

• 全局的事件管理派发（Input）

与此相对应，“事件的管理派发”就可以看作WMS的“输入”功能。这同时也是WMS区别于SurfaceFlinger的一个重要因素——因为后者只做与“显示”相关的事情，而WMS则还要“兼职”对输入事件的派发。

WMS的启动

WMS属于SystemServer启动众多系统服务中的一种，WMS与AMS实际上是驻留在同一个进程中的（它们都由SystemServer启动）。

/*frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java*/
public void run() {
   ….
   Slog.i(TAG, "Window Manager");
   wm = WindowManagerService.main(context, power, display, inputManager, uiHandler, wmHandler,
         factoryTest != SystemServer.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL,!firstBoot, onlyCore);
   ServiceManager.addService(Context.WINDOW_SERVICE, wm);/*注册到Service Manager中， 其他进程可以利用Context.WINDOW_SERVICE即“window”来获取WMS服务*/ 

它提供了一个静态的main函数，真正的创建工作是在这里面实现的。

WMS、AMS和Activity三者间的IPC通信

应用程序访问WMS

应用程序访问WMS的服务首先当然得通过ServiceManager，因为WMS是实名Binder Server；除此之外，WMS还需要针对每个Activity提供另一种匿名的实现，即IWindowSession。
WMS和SurfaceFlinger是面向系统中所有应用程序服务的，如果客户的任何“小请求”都需要直接通过它们来处理，那么无疑会加重两者的负担，进而影响到系统的整体响应速度。所以WMS通过IWindowManager::openSession()向外界开放一个打开Session的接口，然后客户端的一些“琐碎”杂事就可以找Session解决了。比如ViewRoot在构造时就会调用这个函数：

/*frameworks/base/core/java/android/view/ViewRootImpl.java*/
public ViewRootImpl(Context context) {…
    mWindowSession = WindowManagerGlobal.getWindowSession();//获取一个IWindowSession
    …
}
/*frameworks/base/core/java/android/view/WindowManagerGlobal.java*/
    public static IWindowSession getWindowSession() {
        synchronized (WindowManagerGlobal.class) {
            if (sWindowSession == null) {
                try {…
                    IWindowManager windowManager = getWindowManagerService();
                    sWindowSession = windowManager.openSession(
                            imm.getClient(), imm.getInputContext());
    …

WMS访问应用程序

在应用程序进程中，它首先通过openSession来建立与WMS的“私有连接”。紧接着它会调用IWindowSession::relayout(IWindow window,…)——这个函数的第一个参数就是由应用程序提供的，用于WMS回访应用进程的匿名Binder Server。IWindow在应用进程中的实现是W类：

static class W extends IWindow.Stub {…

W提供了包括resized，dispatchAppVisibility，dispatchScreenState在内的一系列回调接口，用于WMS实时通知应用进程界面上的变化（有些变化并不是应用进程的主动意愿）。

窗口的添加过程

系统窗口的添加过程

以系统窗口StatusBar为例，StatusBar是SystemUI的重要组成部分，具体就是指系统状态栏，用于显示时间、电量和信号等信息。我们来查看StatusBar的实现类PhoneStatusBar的addStatusBarWindow方法，这个方法负责为StatusBar添加Window，如下所示。

// frameworks/base/packages/SystemUI/src/com/android/systemui/statusbar/phone/PhoneStatusBar
private void addStatusBarWindow() {
    makeStatusBarView();//1
    mStatusBarWindowManager = new StatusBarWindowManager(mContext);
    mRemoteInputController = new RemoteInputController(mStatusBarWindowManager,
            mHeadsUpManager);
    mStatusBarWindowManager.add(mStatusBarWindow, getStatusBarHeight());//2
}

注释1处用于构建StatusBar的视图。在注释2处调用了StatusBarWindowManager的add方法，并将StatusBar的视图（StatusBarWindowView）和StatusBar的传进去。

frameworks/base/packages/SystemUI/src/com/android/systemui/statusbar/phone/StatusBarWindowManager.java
public void add(View statusBarView, int barHeight) {
    mLp = new WindowManager.LayoutParams(
            ViewGroup.LayoutParams.MATCH_PARENT,
            barHeight,
            WindowManager.LayoutParams.TYPE_STATUS_BAR,//1
            WindowManager.LayoutParams.FLAG_NOT_FOCUSABLE
                    | WindowManager.LayoutParams.FLAG_TOUCHABLE_WHEN_WAKING
                    | WindowManager.LayoutParams.FLAG_SPLIT_TOUCH
                    | WindowManager.LayoutParams.FLAG_WATCH_OUTSIDE_TOUCH
                    | WindowManager.LayoutParams.FLAG_DRAWS_SYSTEM_BAR_BACKGROUNDS,
            PixelFormat.TRANSLUCENT);
    mLp.flags |= WindowManager.LayoutParams.FLAG_HARDWARE_ACCELERATED;
    mLp.gravity = Gravity.TOP;
    mLp.softInputMode = WindowManager.LayoutParams.SOFT_INPUT_ADJUST_RESIZE;
    mLp.setTitle("StatusBar");
    mLp.packageName = mContext.getPackageName();
    mStatusBarView = statusBarView;
    mBarHeight = barHeight;
    mWindowManager.addView(mStatusBarView, mLp);//2
    mLpChanged = new WindowManager.LayoutParams();
    mLpChanged.copyFrom(mLp);
}

首先通过创建LayoutParams来配置StatusBar视图的属性，包括Width、Height、Type、 Flag、Gravity、SoftInputMode等， 关键在注释1处，设置了TYPE_STATUS_BAR，表示StatusBar视图的窗口类型是状态栏。在注释2处调用了WindowManager的addView方法，addView方法定义在WindowManager的父类接口ViewManager中，而实现addView方法的则是WindowManagerImpl中，如下所示。

frameworks/base/core/java/android/WindowManagerImpl.java
    @Override
    public void addView(@NonNull View view, @NonNull ViewGroup.LayoutParams params) {
        applyDefaultToken(params);
        mGlobal.addView(view, params, mContext.getDisplay(), mParentWindow);
    }

在WindowManagerImpl的addView方法中，接着会调用WindowManagerGlobal的addView方法：

rameworks/base/core/java/android/view/WindowManagerGlobal.java
  public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params,
            Display display, Window parentWindow) {
      ...//参数检查
        final WindowManager.LayoutParams wparams = (WindowManager.LayoutParams) params;
        if (parentWindow != null) {
            parentWindow.adjustLayoutParamsForSubWindow(wparams);//1
        } else {
        ...
        }

        ViewRootImpl root;
        View panelParentView = null;
         ...
            root = new ViewRootImpl(view.getContext(), display);//2
            view.setLayoutParams(wparams);
            mViews.add(view);
            mRoots.add(root);//3
            mParams.add(wparams);
        }
        try {
            root.setView(view, wparams, panelParentView);//4
        } catch (RuntimeException e) {
           ...
        }
    }

首先会对参数view、params和display进行检查。注释1处，如果当前窗口要作为子窗口，就会根据父窗口对子窗口的WindowManager.LayoutParams类型的wparams对象进行相应调整。注释2处创建了ViewRootImp并赋值给root，紧接着在注释3处将root存入到ArrayList类型的mRoots中，除了mRoots，mViews和mParams也是ArrayList类型的，分别用于存储窗口的view对象和WindowManager.LayoutParams类型的wparams对象。注释4处调用了ViewRootImpl的setView方法。

ViewRootImpl身负了很多职责：

• View树的根并管理View树
• 触发View的测量、布局和绘制
• 输入事件的中转站
• 管理Surface
• 负责与WMS进行进程间通信

/*frameworks/base/core/java/android/view/ViewRootImpl.java*/
    public void setView(View view, WindowManager.LayoutParams attrs, View panelParentView) {
        synchronized (this) {
            if (mView == null) {
                mView = view;//一个ViewRootImpl对应一棵ViewTree，因而添加到其成员变量中
                …
 requestLayout();//发起layout请求
                …
                try {…
                   res = mWindowSession.addToDisplay(mWindow, mSeq, mWindowAttributes,
                          getHostVisibility(), mDisplay.getDisplayId(),
                          mAttachInfo.mContentInsets, mInputChannel);/*调用Session接口*/
                } catch (RemoteException e) {
                   …//出错处理
                } finally {
                   //收尾工作
                }
…

我们知道，WMS才是窗口管理系统。因而当应用程序新增了一个顶层View（ViewTree的根）时，是肯定要通知WMS的。在将View树（在WMS看来，它是一个“Window”，由WindowState来管理）注册到WMS前，需要注意什么呢？没错，必须先执行第一次layout，也就是调用requestLayout——WMS除了窗口管理外，还负责各种事件的派发，所以在向WMS“注册”前应用程序要确保这棵View树已经做好了接收事件的准备。

ViewRoot起到了中介的作用。作为整棵View树的“管理者”，它同时也担负着与WMS进行IPC通信的重任。具体而言，就是通过IWindowSession建立起双方的桥梁。

setView方法中有很多逻辑，这里只截取了一小部分，主要就是调用了mWindowSession的addToDisplay方法。mWindowSession是IWindowSession类型的，它是一个Binder对象，用于进行进程间通信，IWindowSession是Client端的代理，它的Server端的实现为Session，此前包含ViewRootImpl在内的代码逻辑都是运行在本地进程的，而Session的addToDisplay方法则运行在WMS所在的进程。

在IWindowSession服务端的实现中（Session.java），函数addToDisplay（又直接调用了WMS中的addWindow：

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/Session.java
@Override
 public int addToDisplay(IWindow window, int seq, WindowManager.LayoutParams attrs,
         int viewVisibility, int displayId, Rect outContentInsets, Rect outStableInsets,
         Rect outOutsets, InputChannel outInputChannel) {
     return mService.addWindow(this, window, seq, attrs, viewVisibility, displayId,
             outContentInsets, outStableInsets, outOutsets, outInputChannel);
 }

仔细分析一下ViewRoot提供给IWindowSession的参数：第二个参数是IWindow，即WMS回调ViewRoot时要用到的。第三个参数是一个int数值，是用于WMS与ViewRoot间状态同步的。在WMS服务端，这个状态同步值（sequence）记录在WindowState::mSeq中。当updateStatusBarVisibilityLocked时，sequence值有可能会改变，并通过IWindow:: dispatchSystemUiVisibilityChanged这个callback函数通知ViewRoot进行更新。第四个参数是关于属性的。第五个参数是View的可见性等。

其中并没有View对象或者“View树”相关的变量。为什么呢？

因为WMS并不关心View树所表达的具体UI内容，它只要知道各应用进程显示界面的大小、“层级值”（这些信息已经包含在WindowManager.LayoutParams中）即可。

addToDisplay方法中会调用了WMS的addWindow方法，并将自身也就是Session，作为参数传了进去，每个应用程序进程都会对应一个Session，WMS会用ArrayList来保存这些Session。这样剩下的工作就交给WMS来处理，在WMS中会为这个添加的窗口分配Surface，并确定窗口显示次序，可见负责显示界面的是画布Surface，而不是窗口本身。WMS会将它所管理的Surface交由SurfaceFlinger处理，SurfaceFlinger会将这些Surface混合并绘制到屏幕上。

Activity窗口的添加过程

当AMS发现一个Activity即将启动时，它需要将相关信息“告知”WMS：

/*frameworks/base/services/java/com/android/server/am/ActivityStack.java*/
private final void startActivityLocked(…)
{…
     mService.mWindowManager.addAppToken(addPos, r.appToken, r.task.taskId, r.info.  
     screenOrientation,r.fullscreen, 
                      (r.info.flags & ActivityInfo.FLAG_SHOW_ON_LOCK_SCREEN) != 0);

WMS会把ActivityRecord记录到WMS中的HashMapmTokenMap中。

Activity从启动到最终在屏幕上显示出来，分别要经历onCreate->onStart->onResume三个状态迁移。其中onResume是当界面即将可见时才会调用的，紧接着ActivityThread就会通过WindowManagerImpl来把应用程序窗口添加到系统中。具体代码如下：

/*frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java*/
final void handleResumeActivity(IBinder token, boolean clearHide, boolean isForward, boolean reallyResume) {…
     ActivityClientRecord r = performResumeActivity(token, clearHide);/*这个函数将导致
                                         Activity的onResume被最终调用*/
     …
     View decor = r.window.getDecorView();/*DecorView是Activity整棵View树的最外围，
                                          可以参见下一章的分析*/
     decor.setVisibility(View.INVISIBLE);//可见性
     ViewManager wm = a.getWindowManager();//得到的实际上是WindowManagerImpl对象
     WindowManager.LayoutParams l = r.window.getAttributes();//获取属性
     a.mDecor = decor;
     l.type = WindowManager.LayoutParams.TYPE_BASE_APPLICATION;//窗口类型
     l.softInputMode |= forwardBit;
     if (a.mVisibleFromClient) {
         a.mWindowAdded = true;
         wm.addView(decor, l);//将窗口添加到WMS中
     }
     …

值得一提的是，函数performResumeActivity将最终调用Activity的onResume，不过中间还需要经过很多处理过程。如果这个Activity是可见的，那么就需要把它的UI窗口添加到WMS中。

一个Activity对应的View树最外围是DecorView，可以由Window.getDecorView()获取。换句话说，开发人员通常在onCreate()中利用setContentView()所设置的“Content”其实只是DecorView中的“内容”部分，而不包括标题栏等“Decor”。

对于一般的应用程序，其窗口类型（Window Type）是TYPE_BASE_APPLICATION，值为1。这也是“层级值”最低的一种窗口类型。WindowManagerImpl对象（即变量wm）则是通过Activity. getWindowManager取得的。

最后我们通过WindowManagerImpl.addView来把DecorView添加到系统中，这将导致WMS中的addWindow被调用——中间流程和我们在系统窗口添加小节的分析是完全一样的。