【Android】事件处理系统

linux输入子系统

　　Android是linux内核的，所以它的事件处理系统也在linux的基础上完成的。

　　Linux内核提供了一个Input子系统来实现的，Input子系统会在/dev/input/路径下创建我们硬件输入设备的节点，一般情况下在我们的手机中这些节点是以eventX来命名的，如event0，event1等等，但是如果是虚拟机的话，我们可以看到一个mice，这个mice代表鼠标设备，这是由于PC需要使用鼠标来模拟触屏。

　　由于这些设备节点是硬件相关的，所以每款设备都是不尽相同的。

　　看到了这些输入的设备节点，我们可能比较困惑这些eventX到底代表什么含义呢，也就是说到底是什么样的设备创建了这个节点呢？

　　我们可以从/proc/bus/input/devices中读出eventX相关的硬件设备，具体的就不多说了，我们知道android读取事件信息就是从/dev/input/目录下的设备节点中读取出来的，算是android事件处理的起源。

Android事件传递

　　Android事件传递的流程，按键，触屏等事件是经由WindowManagerService获取，并通过共享内存和管道的方式传递给ViewRoot，ViewRoot再dispatch给Application的View。当有事件从硬件设备输入时，system_server端在检测到事件发生时，通过管道(pipe)通知ViewRoot事件发生，此时ViewRoot再去的内存中读取这个事件信息。

    至于android在事件处理上为什么使用共享内存而不是直接使用Binder机制，猜测应该是google为了保证事件响应的实时性，因此在选择进程间传递事件的方式中，选择了高的共享内存的方式，由于共享内存在数据管理过程中基本不涉及到内存的数据拷贝，只是在进程读写时涉及到2次数据拷贝，这个是不可避免的数据拷贝，因此这种方式能够很好的保证系统对事件的响应，但是仅仅是共享内存是不够的，因为共享内存的通信方式并不能够通知对方有数据更新，因此android在事件处理过程中加入了另一种进程间通信方式管道(pipe)，管道的效率不如共享内存高，会不会影响事件处理的实时性？没关系，每次system_serve通知ViewRoot只是向其传递一个字符，即轻巧又简单。

    了解了一些基本知识后，现在从底层往上层来分析事件的传递过程。

　　首先列出整个事件处理的结构图

　　

事件处理系统的初始化过程

　　Android事件传递系统是以共享内存和管道的进程间通信方式来实现传递的，为了便于理解它的传递机制，事件传递系统的初始化工作的理解则会显得非常的重要。

创建管道连接

　　件传递系统中的管道的主要作用是在有事件被存储到共享内存中时，system_server端通知ViewRoot去读取事件的通信机制。

　　既然是ViewRoot和system_server之间建立管道通信，那么ViewRoot和WindowManagerService(负责事件传递，运行在system_server进程中)各需维护管道的一个文件描述符，其实ViewRoot和WindowManagerService不是各维护了一个管道的文件描述符，而是两个，当然了这两个描述符不属于同一管道，实际上也就是ViewRoot和WindowManagerService之间实现了全双工的管道通信。

1. WindowManagerService--->ViewRoot方向的管道通信，表示WMS通知ViewRoot有新事件被写入到共享内存；
2. ViewRoot-->WindowManagerService方向的管道通信，表示ViewRoot已经消化完共享内存中的新事件，特此通知WMS。

　　ViewRoot和WindowManagerService的管道的文件描述符都是被存储在一个名为InputChannel的类中，这个InputChannel类是管道通信的载体。

　　ViewRoot端的管道的建立

//setView()@ViewRoot.java

requestLayout();  
mInputChannel = new InputChannel();  
try {  
    res = sWindowSession.add(mWindow, mWindowAttributes,  
            getHostVisibility(), mAttachInfo.mContentInsets,  
            mInputChannel);  
} catch (RemoteException e) { 

View Code

　　在ViewRoot和WMS(WindowManagerService)建立起连接之前首先会创建一个InputChannel对象,同样的WMS端也会创建一个InputChannel对象，不过WMS的创建过程是在ViewRoot调用add()方法时调用的。InputChannel的构造不做任何操作，所以在ViewRoot中创建InputChannel时尚未初始化，它的初始化过程是在调用WMS方法add()时进行的，看到上面代码中将mInputChannel作为参数传递给WMS，目的就是为了初始化。

　　下面转到WMS代码看看InputChannel的初始化过程

//addWindow()@WindowManagerService.java

if (outInputChannel != null) {  
    String name = win.makeInputChannelName();  
    InputChannel[] inputChannels = InputChannel.openInputChannelPair(name);  
    win.mInputChannel = inputChannels[0];  
    inputChannels[1].transferToBinderOutParameter(outInputChannel);  
      
    mInputManager.registerInputChannel(win.mInputChannel);  
}  

View Code

　　OutInputChannel为ViewRoot传递来的InputChannel对象，上述代码主要工作其实就是创建一对InputChannel，这一对InputChannel中实现了一组全双工管道。

　　在创建InputChannel对的同时，会申请共享内存，并向2个InputChannel对象中各自保存一个共享内存的文件描述符。

　　InputChannel创建完成后，会将其中一个的native InputChannel 赋值给outInputChannel，也就是对ViewRoot端InputChannel对象的初始化，这样随着ViewRoot和WMS两端的InputChannel对象的创建，事件传输系统的管道通信也就建立了起来。

    创建InputChannel pair的过程以及管道建立，共享内存申请的过程就不再列出它的代码了，请参考openInputChannelPair()@InputTransport.cpp。

　　下图为ViewRoot和WMS两端创建InputChannel pair之后的结构

　　

InputChannel的注册过程

　　上面介绍了InputChannel对象的创建过程，这个过程将管道通信建立了起来，但是我们需要清楚的一点是，一个管道通信只是对应一个Activity的事件处理，也就是当前系统中有多少个Activity就会有多少个全双工管道，那么系统需要一个管理者来管理以及调度每一个管道通信，因此我们在创建完InputChannel对象后，需要将其注册到这个管理者中去。

　　明白了InputChannel对象需要注册的原因之后，再看ViewRoot和WMS端的InputChannel对象各自需要注册到哪里？

　　其实也很好理解，两个InputChannel对象WMS端的是管道通信的sender, ViewRoot端的是Receiver(尽管创建的全双工，但是目前只使用到了它的一向的通信，另一方向的通信尚未使用)，那么着两个InputChannel对象肯定需要被两个不同的管理者来管理。

　　ViewRoot端的一般情况下会注册到一个NativeInputQueue对象中；WMS端注册在InputManager对象中。其实从NativeInputQueue和InputManager的名字中也就能知道各自的功能了。

注册到NativeInputQueue

　　ViewRoot端InputChannel对象在向NativeInputQueue注册时，需要注册3个参数：

1. 将InputChannel对象对应的Native InputChannel传递给NativeInputQueue；
2. 将ViewRoot的成员变量InputHandler传递给NativeInputQueue，这个InputHandler则是事件的处理函数，传递它的作用主要是明确当前ViewRoot的事件处理函数；
3.  还有一个很重要的参数需要传递给NativeInputQueue，那就是当前Application的主进程的MessageQueue。

　　Android在实现事件传输时，很大程度上借用了线程Looper和MessageQueue的轮询(poll)机制，通过它的轮询机制来检测管道上是否有消息通知事件发生，借用Looper机制能够很大限度的保证事件能够第一时间被Application知晓。

　　在注册过程中，android会将InputChannel对象中保存的管道的文件描述符交给MessageQueue的native looper去监听，同时向native looper指示一个回调函数，一旦有事件发生，native looper就会检测到管道上的数据，同时会去调用指示的回调函数。这个回调函数为handleReceiveCallback()@android_view_InputQueue.cpp.

　　当然了，NativeInputQueue对象，整个系统中只有一个，它为了负责管理这么多的Application的事件传递，android在NativeInputQueue类中定义了一个子类Connection，每个InputChannel对象在注册时都会创建一个自己的Connection对象。

　　

　　这一块的代码在registerInputChannel()@android_view_InputQueue.cpp

注册到InputManager

　　由于WMS端的对linux Input 系统的检测和ViewRoot对管道接收端的检测机制不同，ViewRoot端很好的复用了Application 主线程的Looper轮询机制来实现对事件响应的实时性，而WMS尽管也有自己的Looper，WMS却没像ViewRoot一样复用自己的Looper机制，至于原因android的code上没有明确说明，猜测应该是WMS是整个系统的，不像ViewRoot一样每个Activity都有一套，为了不影响系统的整体性能，尽量不要去影响WMS。

　　不采用Looper来轮询是否有事件发生，InputManager启动了2个进程来管理事件发生与传递，InputReaderThread和InputDispatcherThread，InputReaderThread进程负责轮询事件发生； InputDispatcherThread负责dispatch事件。

　　为什么需要2个进程来管理，用一个会出现什么问题？很明显，如果用一个话，在轮询input系统event的时间间隔会变长，有可能丢失事件。

　　虽然没有使用Looper来轮询事件的发生，但是InputDispatcher使用了native looper来轮询检查管道通信，这个管道通信表示InputQueue是否消化完成dispatch过去的事件。

　　注意的是这个native looper并不是WMS线程的，而是线程InputDispatcher自定定义的，因此所有的轮询过程，需要InputDispatcher主动去调用，如

     mLooper->pollOnce(timeoutMillis);或者mLooper->wake();。而不像NativeInputQueue一样，完全不用操心对looper的操作。

　　WMS在初始化时会创建这么一个InputManager实例，当然了，它也是系统唯一的。

　　JAVA层的InputManager实例并没有实现太多的业务，真正实现Input Manager业务是Native的NativeInputManager实例，它在被创建时，建立起了整个WMS端事件传递系统的静态逻辑。

　　整个WMS端事件传递系统的静态逻辑：

　　

　　NativeInputManager的整个业务的核心其实是InputReader和InputDispatcher两个模块，下面简单介绍一下这两个模块。

InputReader

　　InputReader从名称就可以看出主要任务是读事件，基本上它所有的业务都包含在了process()的函数中

void InputReader::process(const RawEvent* rawEvent) {  
    switch (rawEvent->type) {  
    case EventHubInterface::DEVICE_ADDED:  
        addDevice(rawEvent->deviceId);  
        break;  
  
    case EventHubInterface::DEVICE_REMOVED:  
        removeDevice(rawEvent->deviceId);  
        break;  
  
    case EventHubInterface::FINISHED_DEVICE_SCAN:  
        handleConfigurationChanged(rawEvent->when);  
        break;  
  
    default:  
        consumeEvent(rawEvent);  
        break;  
    }  
}  

View Code

　　process()函数的输入参数时EventHub模块提供的，

1. 当EventHub尚未打开input系统eventX设备时，InputReader去向EventHub获取事件时，EventHub会首先去打开所有的设备，并将每个设备信息以RawEvent的形式返给InputReader，也就是process()中处理的EventHubInterface::DEVICE_ADDED类型，该过程会根据每个设备的deviceId去创建InputDevice，并根据设备的classes来创建对应的InputMapper。如上图所示。
2. 当所有的设备均被打开之后，InputReader去向EventHub获取事件时，EventHub回去轮询event节点，如果有事件，InputReader则会消化该事件consumeEvent(rawEvent);

InputDispatcher

　　数据传输管理的核心业务是在InputDispatcher中完成的，因此最终WMS端InputChannel对象会注册到InputDispatcher中，同样的由于整个系统中InputDispatcher实例只有一个，而WMS端InputChannel对象是和ViewRoot一一对应的。因此InputDispatcher类中也定义了一个内部类Connect来管理各自的InputChannel对象。不同于NativeInputQueue类中的Connect类，InputDispatcher中的Connect类的核心业务是由InputPublisher对象来实现的，该对象负责将发生的事件信息写入到共享内存。
　　相关代码在registerInputChannel()@InputDispatcher.cpp

 

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事件传递

　　经过分析事件处理系统的初始化过程之后，我们已经对事件处理系统的整体架构有了一定程度的理解，那么下面看看事件传递过程。

InputReaderThread线程操作

　　当input系统有事件发生时，会被InputReaderThread线程轮询到，InputReader会根据事件的device id来选择的InputDevice，然后再根据事件的类型来选择InputDevice中的InputMapper，InputMapper会将事件信息通知给InputDispatcher；

　　目前adroid在InputReader中实现了5种设备类型的InputMapper，分别为滑盖/翻盖SwitchInputMapper、键盘KeyboardInputMapper、轨迹球TrackballInputMapper、多点触屏MultiTouchInputMapper以及单点触屏SingleTouchInputMapper。

设备类型	InputManager	EventType	Notify InputDispatcher
滑盖/翻盖	SwitchInputMapper	EV_SW	notifySwitch()
键盘	KeyboardInputMapper	EV_KEY	notifyKey()
轨迹球	TrackballInputMapper	EV_KEY, EV_REL, EV_SYN	notifyMotion()
单点触屏	SingleTouchInputMapper	EV_KEY, EV_ABS, EV_SYN	notifyMotion()
多点触屏	MultiTouchInputMapper	EV_ABS, EV_SYN	notifyMotion()

　　其中事件类型代表：

1. EV_REL为事件相对坐标
2. EV_ABS为绝对坐标
3. EV_SYN表示Motion的一系列动作结束。

　　Notify InputDispatcher表示不同的事件通知InputDispatcher的函数调用，这几个函数虽然是被InputReaderThread调用的，单却是在InputDispatcher定义的。

　　

InputDispatcherThread线程操作

　　InputDispatcherThread线程的轮询过程dispatchOnce()-->dispatchOnceInnerLocked()。

　　InputDispatcherThread线程不停的执行该操作，以达到轮询的目的，重点也就是这2个函数处理了。

InputDispatcherThread基本流程

　　InputDispatcherThread的主要操作是分两块同时进行的，

　　一部分是对InputReader传递过来的事件进行dispatch前处理，比如确定focus window，特殊按键处理如HOME/ENDCALL等，在预处理完成 后，InputDispatcher会将事件存储到对应的focus window的outBoundQueue，这个outBoundQueue队列是InputDispatcher::Connection的成员函数，因此它是和ViewRoot相关的。

　　一部分是对looper的轮询，这个轮询过程是检查NativeInputQueue是否处理完成上一个事件，如果NativeInputQueue处理完成事件，它就会向通过管道向InputDispatcher发送消息指示consume完成，只有NativeInputQueue consume完成一个事件，InputDispatcher才会向共享内存写入另一个事件。

　　

 

总结输入事件的处理流程

　　首先从Kernel传递上来的键值由EventHub进行转码，之后由InputReader将其解释成各个事件，再由InputDispatcher分发。

　　InputManager是InputReader和InputDispatcher线程的创建者，它只有一个职责，就是被WindowManagerService使用，从Native层获取按键事件。

　　WindowManagerService则负责与窗口对接，分发按键消息。

 

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源码位置

　　事件分发给最前面的窗口:

    　　/frameworks/base/services/java/com/android/server/WindowManagerService.java

　　拦截消息的处理类：
    　　/frameworks/base/policy/src/com/android/internal/policy/impl/PhoneWindowManager.java

　　按键事件定义：
   　　 /frameworks/base/core/java/android/view/KeyEvent.java

　　Java层输入管理：
    　　/frameworks/base/services/java/com/android/server/InputManager.Java

　　native层输入管理：
   　　 /frameworks/base/libs/ui/InputManager.cpp

　　事件读取线程：
    　　/frameworks/base/libs/ui/InputReader.cpp

　　事件分发线程：
    　　/frameworks/base/libs/ui/InputDispatcher.cpp

　　键码与键值转换:
   　　 /frameworks/base/libs/ui/EventHub.cpp