Android深入浅出之Surface[1]
Android深入浅出之Surface
一 目的
本节的目的就是为了讲清楚Android中的Surface系统，大家耳熟能详的SurfaceFlinger到底是个什么东西，它的工作流程又是怎样的。当然，鉴于SurfaceFlinger的复杂性，我们依然将采用情景分析的办法，找到合适的切入点。
一个Activity是怎么在屏幕上显示出来的呢？我将首先把这个说清楚。
接着我们把其中的关键调用抽象在Native层，以这些函数调用为切入点来研究SurfaceFlinger。好了，开始我们的征途吧。
二 Activity是如何显示的
最初的想法就是，Activity获得一块显存，然后在上面绘图，最后交给设备去显示。这个道理是没错，但是Android的SurfaceFlinger是在System Server进程中创建的，Activity一般另有线程，这之间是如何...如何挂上关系的呢？我可以先提前告诉大家，这个过程还比较复杂。呵呵。
好吧，我们从Activity最初的启动开始。代码在
framework/base/core/java/android/app/ActivityThread.java中，这里有个函数叫handleLaunchActivity
[---->ActivityThread:: handleLaunchActivity()]
private final void handleLaunchActivity(ActivityRecord r, Intent customIntent) {
Activity a = performLaunchActivity(r, customIntent);
if (a != null) {
r.createdConfig = new Configuration(mConfiguration);
Bundle oldState = r.state;
handleResumeActivity(r.token, false, r.isForward);
---->调用handleResumeActivity
}
handleLaunchActivity中会调用handleResumeActivity。
[--->ActivityThread:: handleResumeActivity]
final void handleResumeActivity(IBinder token, boolean clearHide, boolean isForward) {
boolean willBeVisible = !a.mStartedActivity;
if (r.window == null && !a.mFinished && willBeVisible) {
r.window = r.activity.getWindow();
View decor = r.window.getDecorView();
decor.setVisibility(View.INVISIBLE);
ViewManager wm = a.getWindowManager();
WindowManager.LayoutParams l = r.window.getAttributes();
a.mDecor = decor;
l.type = WindowManager.LayoutParams.TYPE_BASE_APPLICATION;
if (a.mVisibleFromClient) {
a.mWindowAdded = true;
wm.addView(decor, l); //这个很关键。
}
上面addView那几行非常关键，它关系到咱们在Activity中setContentView后，整个Window到底都包含了些什么。我先告诉大家。所有你创建的View之上，还有一个DecorView，这是一个FrameLayout，另外还有一个PhoneWindow。上面这些东西的代码在
framework/Policies/Base/Phone/com/android/Internal/policy/impl。这些隐藏的View的创建都是由你在Acitivty的onCreate中调用setContentView导致的。
[---->PhoneWindow:: addContentView]
public void addContentView(View view, ViewGroup.LayoutParams params) {
if (mContentParent == null) { //刚创建的时候mContentParent为空
installDecor();
}
mContentParent.addView(view, params);
final Callback cb = getCallback();
if (cb != null) {
cb.onContentChanged();
}
}
installDecor将创建mDecor和mContentParent。mDecor是DecorView类型，
mContentParent是ViewGroup类型
private void installDecor() {
if (mDecor == null) {
mDecor = generateDecor();
mDecor.setDescendantFocusability(ViewGroup.FOCUS_AFTER_DESCENDANTS);
mDecor.setIsRootNamespace(true);
}
if (mContentParent == null) {
mContentParent = generateLayout(mDecor);
那么，ViewManager wm = a.getWindowManager()又返回什么呢？
PhoneWindow从Window中派生，Acitivity创建的时候会调用它的setWindowManager。而这个函数由Window类实现。
代码在framework/base/core/java/android/view/Window.java中
public void setWindowManager(WindowManager wm,IBinder appToken, String appName) {
mAppToken = appToken;
mAppName = appName;
if (wm == null) {
wm = WindowManagerImpl.getDefault();
}
mWindowManager = new LocalWindowManager(wm);
}
你看见没，分析JAVA代码这个东西真的很复杂。mWindowManager的实现是LocalWindowManager，但由通过Bridge模式把功能交给WindowManagerImpl去实现了。
真的很复杂！
好了，罗里罗嗦的，我们回到wm.addView(decor, l)。最终会由WindowManagerImpl来完成
addView操作，我们直接看它的实现好了。
代码在framework/base/core/java/android/view/WindowManagerImpl.java
[---->addView]
private void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params, boolean nest)
{
ViewRoot root; //ViewRoot，我们的主人公终于登场！
synchronized (this) {
root = new ViewRoot(view.getContext());
root.mAddNesting = 1;
view.setLayoutParams(wparams);
if (mViews == null) {
index = 1;
mViews = new View[1];
mRoots = new ViewRoot[1];
mParams = new WindowManager.LayoutParams[1];
} else {
}
index--;
mViews[index] = view;
mRoots[index] = root;
mParams[index] = wparams;
}
root.setView(view, wparams, panelParentView);
}
ViewRoot是整个显示系统中最为关键的东西，看起来这个东西好像和View有那么点关系，其实它根本和View等UI关系不大，它不过是一个Handler罢了，唯一有关系的就是它其中有一个变量为Surface类型。我们看看它的定义。ViewRoot代码在
framework/base/core/java/android/view/ViewRoot.java中
public final class ViewRoot extends Handler implements ViewParent,
View.AttachInfo.Callbacks
{
private final Surface mSurface = new Surface();
}
它竟然从handler派生，而ViewParent不过定义了一些接口函数罢了。
看到Surface直觉上感到它和SurfaceFlinger有点关系。要不先去看看？
Surface代码在framework/base/core/java/android/view/Surface.java中，我们调用的是无参构造函数。
public Surface() {
mCanvas = new CompatibleCanvas(); //就是创建一个Canvas！
}
如果你有兴趣的话，看看Surface其他构造函数，最终都会调用native的实现，而这些native的实现将和SurfaceFlinger建立关系，但我们这里ViewRoot中的mSurface显然还没有到这一步。那它到底是怎么和SurfaceFlinger搞上的呢？这一切待会就会水落石出的。
另外，为什么ViewRoot是主人公呢？因为ViewRoot建立了客户端和SystemServer的关系。我们看看它的构造函数。
public ViewRoot(Context context) {
super();
....
getWindowSession(context.getMainLooper());
}
getWindowsession将建立和WindowManagerService的关系。
ublic static IWindowSession getWindowSession(Looper mainLooper) {
synchronized (mStaticInit) {
if (!mInitialized) {
try {
//sWindowSession是通过Binder机制创建的。终于让我们看到点希望了
InputMethodManager imm = InputMethodManager.getInstance(mainLooper);
sWindowSession = IWindowManager.Stub.asInterface(
ServiceManager.getService("window"))
.openSession(imm.getClient(), imm.getInputContext());
mInitialized = true;
} catch (RemoteException e) {
}
}
return sWindowSession;
}
}
上面跨Binder的进程调用另一端是WindowManagerService，代码在
framework/base/services/java/com/android/server/WindowManagerService.java中。我们先不说这个。
回过头来看看ViewRoot接下来的调用。
[-->ViewRoot::setView()]，这个函数很复杂，我们看其中关键几句。
public void setView(View view, WindowManager.LayoutParams attrs,
View panelParentView) {
synchronized (this) {
requestLayout();
try {
res = sWindowSession.add(mWindow, mWindowAttributes,
getHostVisibility(), mAttachInfo.mContentInsets);
}
}
requestLayout实现很简单，就是往handler中发送了一个消息。
public void requestLayout() {
checkThread();
mLayoutRequested = true;
scheduleTraversals(); //发送DO_TRAVERSAL消息
}
public void scheduleTraversals() {
if (!mTraversalScheduled) {
mTraversalScheduled = true;
sendEmptyMessage(DO_TRAVERSAL);
}
}
我们看看跨进程的那个调用。sWindowSession.add。它的最终实现在WindowManagerService中。
[--->WindowSession::add()]
public int add(IWindow window, WindowManager.LayoutParams attrs,
int viewVisibility, Rect outContentInsets) {
return addWindow(this, window, attrs, viewVisibility, outContentInsets);
}
WindowSession是个内部类，会调用外部类的addWindow
这个函数巨复杂无比，但是我们的核心目标是找到创建显示相关的部分。所以，最后精简的话就简单了。
[--->WindowManagerService:: addWindow]
public int addWindow(Session session, IWindow client,
WindowManager.LayoutParams attrs, int viewVisibility,
Rect outContentInsets) {
//创建一个WindowState，这个又是什么玩意儿呢？
win = new WindowState(session, client, token,
attachedWindow, attrs, viewVisibility);
win.attach();
return res;
}
WindowState类中有一个和Surface相关的成员变量，叫SurfaceSession。它会在
attach函数中被创建。SurfaceSession嘛，就和SurfaceFlinger有关系了。我们待会看。
好，我们知道ViewRoot创建及调用add后，我们客户端的View系统就和WindowManagerService建立了牢不可破的关系。
另外，我们知道ViewRoot是一个handler，而且刚才我们调用了requestLayout，所以接下来消息循环下一个将调用的就是ViewRoot的handleMessage。
public void handleMessage(Message msg) {
switch (msg.what) {
case DO_TRAVERSAL:
performTraversals();
performTraversals更加复杂无比，经过我仔细挑选，目标锁定为下面几个函数。当然，后面我们还会回到performTraversals，不过我们现在更感兴趣的是Surface是如何创建的。
private void performTraversals() {
// cache mView since it is used so much below...
final View host = mView;
boolean initialized = false;
boolean contentInsetsChanged = false;
boolean visibleInsetsChanged;
try {
//ViewRoot也有一个Surface成员变量，叫mSurface，这个就是代表SurfaceFlinger的客户端
//ViewRoot在这个Surface上作画，最后将由SurfaceFlinger来合成显示。刚才说了mSurface还没有什么内容。
relayoutResult = relayoutWindow(params, viewVisibility, insetsPending);
[---->ViewRoot:: relayoutWindow()]
private int relayoutWindow(WindowManager.LayoutParams params, int viewVisibility,
boolean insetsPending) throws RemoteException {
//relayOut是跨进程调用，mSurface做为参数传进去了，看来离真相越来越近了呀！
int relayoutResult = sWindowSession.relayout(
mWindow, params,
(int) (mView.mMeasuredWidth * appScale + 0.5f),
(int) (mView.mMeasuredHeight * appScale + 0.5f),
viewVisibility, insetsPending, mWinFrame,
mPendingContentInsets, mPendingVisibleInsets,
mPendingConfiguration, mSurface); mSurface做为参数传进去了。
}
我们赶紧转到WindowManagerService去看看吧。、
public int relayoutWindow(Session session, IWindow client,
WindowManager.LayoutParams attrs, int requestedWidth,
int requestedHeight, int viewVisibility, boolean insetsPending,
Rect outFrame, Rect outContentInsets, Rect outVisibleInsets,
Configuration outConfig, Surface outSurface){
.....
try {
//看到这里，我内心一阵狂喜，有戏，太有戏了！
//其中win是我们最初创建的WindowState！
Surface surface = win.createSurfaceLocked();
if (surface != null) {
//先创建一个本地surface，然后把传入的参数outSurface copyFrom一下
outSurface.copyFrom(surface);
win.mReportDestroySurface = false;
win.mSurfacePendingDestroy = false;
} else {
outSurface.release();
}
}
}
[--->WindowState::createSurfaceLocked]
Surface createSurfaceLocked() {
try {
mSurface = new Surface(
mSession.mSurfaceSession, mSession.mPid,
mAttrs.getTitle().toString(),
0, w, h, mAttrs.format, flags);
}
Surface.openTransaction();
这里使用了Surface的另外一个构造函数。
public Surface(SurfaceSession s,
int pid, String name, int display, int w, int h, int format, int flags)
throws OutOfResourcesException {
mCanvas = new CompatibleCanvas();
init(s,pid,name,display,w,h,format,flags); ---->调用了native的init函数。
mName = name;
}
到这里，不进入JNI是不可能说清楚了。不过我们要先回顾下之前的关键步骤。
l add中，new了一个SurfaceSession
l 创建new了一个Surface
l 调用copyFrom，把本地Surface信息传到outSurface中
JNI层
上面两个类的JNI实现都在framework/base/core/jni/android_view_Surface.cpp中。
[---->SurfaceSession:: SurfaceSession()]
public class SurfaceSession {
/** Create a new connection with the surface flinger. */
public SurfaceSession() {
init();
}
它的init函数对应为：
[--->SurfaceSession_init]
static void SurfaceSession_init(JNIEnv* env, jobject clazz)
{
//SurfaceSession对应为SurfaceComposerClient
sp<SurfaceComposerClient> client = new SurfaceComposerClient;
client->incStrong(clazz);
//Google常用做法，在JAVA对象中保存C++对象的指针。
env->SetIntField(clazz, sso.client, (int)client.get());
}
Surface的init对应为：
[--->Surface_init]
static void Surface_init(
JNIEnv* env, jobject clazz,
jobject session,
jint pid, jstring jname, jint dpy, jint w, jint h, jint format, jint flags)
{
SurfaceComposerClient* client =
(SurfaceComposerClient*)env->GetIntField(session, sso.client);
sp<SurfaceControl> surface;
if (jname == NULL) {
//client是SurfaceComposerClient，返回的surface是一个SurfaceControl
//真得很复杂！
surface = client->createSurface(pid, dpy, w, h, format, flags);
} else {
const jchar* str = env->GetStringCritical(jname, 0);
const String8 name(str, env->GetStringLength(jname));
env->ReleaseStringCritical(jname, str);
surface = client->createSurface(pid, name, dpy, w, h, format, flags);
}
//把surfaceControl信息设置到Surface对象中
setSurfaceControl(env, clazz, surface);
}
static void setSurfaceControl(JNIEnv* env, jobject clazz,
const sp<SurfaceControl>& surface)
{
SurfaceControl* const p =
(SurfaceControl*)env->GetIntField(clazz, so.surfaceControl);
if (surface.get()) {
surface->incStrong(clazz);
}
if (p) {
p->decStrong(clazz);
}
env->SetIntField(clazz, so.surfaceControl, (int)surface.get());
}
[--->Surface_copyFrom]
static void Surface_copyFrom(
JNIEnv* env, jobject clazz, jobject other)
{
const sp<SurfaceControl>& surface = getSurfaceControl(env, clazz);
const sp<SurfaceControl>& rhs = getSurfaceControl(env, other);
if (!SurfaceControl::isSameSurface(surface, rhs)) {
setSurfaceControl(env, clazz, rhs);
//把本地那个surface的surfaceControl对象转移到outSurface上
}
}
这里仅仅是surfaceControl的转移，但是并没有看到Surface相关的信息。
那么Surface在哪里创建的呢？为了解释这个问题，我使用了终极武器，aidl。
1 终极武器AIDL
aidl可以把XXX.aidl文件转换成对应的java文件。我们刚才调用的是WindowSession的
relayOut函数。如下：
sWindowSession.relayout(
mWindow, params,
(int) (mView.mMeasuredWidth * appScale + 0.5f),
(int) (mView.mMeasuredHeight * appScale + 0.5f),
viewVisibility, insetsPending, mWinFrame,
mPendingContentInsets, mPendingVisibleInsets,
mPendingConfiguration, mSurface);
它的aidl文件在framework/base/core/java/android/view/IWindowSession.aidl中
interface IWindowSession {
int add(IWindow window, in WindowManager.LayoutParams attrs,
in int viewVisibility, out Rect outContentInsets);
void remove(IWindow window);
//注意喔，这个outSurface前面的是out，表示输出参数，这个类似于C++的引用。
int relayout(IWindow window, in WindowManager.LayoutParams attrs,
int requestedWidth, int requestedHeight, int viewVisibility,
boolean insetsPending, out Rect outFrame, out Rect outContentInsets,
out Rect outVisibleInsets, out Configuration outConfig,
out Surface outSurface);
刚才说了，JNI及其JAVA调用只是copyFrom了SurfaceControl对象到outSurface中，但是没看到哪里创建Surface。这其中的奥秘就在aidl文件编译后生成的java文件中。
你在命令行下可以输入：
aidl -Id:/android-2.2-froyo-20100625-source/source/frameworks/base/core/java/ -Id:/android-2.2-froyo-20100625-source/source/frameworks/base/Graphics/java d:/android-2.2-froyo-20100625-source/source/frameworks/base/core/java/android/view/IWindowSession.aidl test.java
以生成test.java文件。-I参数指定include目录，例如aidl有些参数是在别的java文件中指定的，那么这个-I就需要把这些目录包含进来。
先看看ViewRoot这个客户端生成的代码是什么。
public int relayout(
android.view.IWindow window,
android.view.WindowManager.LayoutParams attrs,
int requestedWidth, int requestedHeight,
int viewVisibility, boolean insetsPending,
android.graphics.Rect outFrame,
android.graphics.Rect outContentInsets,
android.graphics.Rect outVisibleInsets,
android.content.res.Configuration outConfig,
android.view.Surface outSurface) ---->outSurface是第11个参数
throws android.os.RemoteException
{
android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
int _result;
try {
_data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
_data.writeStrongBinder((((window!=null))?(window.asBinder()):(null)));
if ((attrs!=null)) {
_data.writeInt(1);
attrs.writeToParcel(_data, 0);
}
else {
_data.writeInt(0);
}
_data.writeInt(requestedWidth);
_data.writeInt(requestedHeight);
_data.writeInt(viewVisibility);
_data.writeInt(((insetsPending)?(1):(0)));
//奇怪，outSurface的信息没有写到_data中。那.....
mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_relayout, _data, _reply, 0);
_reply.readException();
_result = _reply.readInt();
if ((0!=_reply.readInt())) {
outFrame.readFromParcel(_reply);
}
....
if ((0!=_reply.readInt())) {
outSurface.readFromParcel(_reply); //从Parcel中读取信息来填充outSurface
}
}
finally {
_reply.recycle();
_data.recycle();
}
return _result;
}
真奇怪啊，Binder客户端这头竟然没有把outSurface的信息发过去。我们赶紧看看服务端。
服务端这边处理是在onTranscat函数中。
@Override public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) throws android.os.RemoteException
{
switch (code)
{
case TRANSACTION_relayout:
{
data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
android.view.IWindow _arg0;
android.view.Surface _arg10;
//刚才说了，Surface信息并没有传过来，那么我们在relayOut中看到的outSurface是怎么
//出来的呢？看下面这句，原来在服务端这边竟然new了一个新的Surface！！！
_arg10 = new android.view.Surface();
int _result = this.relayout(_arg0, _arg1, _arg2, _arg3, _arg4, _arg5, _arg6, _arg7, _arg8, _arg9, _arg10);
reply.writeNoException();
reply.writeInt(_result);
//_arg10是copyFrom了，那怎么传到客户端呢？
if ((_arg10!=null)) {
reply.writeInt(1);//调用Surface的writeToParcel，把信息加入reply
_arg10.writeToParcel(reply, android.os.Parcelable.PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE);
}
return true;
}
太诡异了！竟然有这么多花花肠子。我相信如果没有aidl的帮助，我无论如何也不会知道这其中的奥妙。
那好，我们的流程明白了。
l 客户端虽然传了一个surface，但其实没传递给服务端
l 服务端调用writeToParcel，把信息写到Parcel中，然后数据传回客户端
l 客户端调用Surface的readFromParcel，获得surface信息。
那就去看看writeToParcel吧。
[---->Surface_writeToParcel]
static void Surface_writeToParcel(
JNIEnv* env, jobject clazz, jobject argParcel, jint flags)
{
Parcel* parcel = (Parcel*)env->GetIntField(
argParcel, no.native_parcel);
const sp<SurfaceControl>& control(getSurfaceControl(env, clazz));
//还好，只是把数据序列化到Parcel中
SurfaceControl::writeSurfaceToParcel(control, parcel);
if (flags & PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE) {
setSurfaceControl(env, clazz, 0);
}
}
那看看客户端的Surface_readFromParcel吧。
[----->Surface_readFromParcel]
static void Surface_readFromParcel(
JNIEnv* env, jobject clazz, jobject argParcel)
{
Parcel* parcel = (Parcel*)env->GetIntField( argParcel, no.native_parcel);
//客户端这边还没有surface呢
const sp<Surface>& control(getSurface(env, clazz));
//不过我们看到希望了，根据服务端那边Parcel信息来构造一个新的surface
sp<Surface> rhs = new Surface(*parcel);
if (!Surface::isSameSurface(control, rhs)) {
setSurface(env, clazz, rhs); //把这个新surface赋给客户端。终于我们有了surface！
}
}
到此，我们终于七拐八绕的得到了surface，这其中经历太多曲折了。下一节，我们将精简这其中复杂的操作，统一归到Native层，以这样为切入点来了解Surface的工作流程和原理。
好，反正你知道ViewRoot调用了relayout后，Surface就真正从WindowManagerService那得到了。继续回到ViewRoot，其中还有一个重要地方是我们知道却不了解的。
private void performTraversals() {
// cache mView since it is used so much below...
final View host = mView;
boolean initialized = false;
boolean contentInsetsChanged = false;
boolean visibleInsetsChanged;
try {
relayoutResult = relayoutWindow(params, viewVisibility, insetsPending);
// relayoutWindow完后，我们得到了一个无比宝贵的Surface
//那我们画界面的地方在哪里？就在这个函数中，离relayoutWindow不远处。
....
boolean cancelDraw = attachInfo.mTreeObserver.dispatchOnPreDraw();
if (!cancelDraw && !newSurface) {
mFullRedrawNeeded = false;
draw(fullRedrawNeeded); //draw?draw什么呀？
}
[--->ViewRoot::draw()]
private void draw(boolean fullRedrawNeeded) {
Surface surface = mSurface; //嘿嘿，不担心了，surface资源都齐全了
if (surface == null || !surface.isValid()) {
return;
}
if (mAttachInfo.mViewScrollChanged) {
mAttachInfo.mViewScrollChanged = false;
mAttachInfo.mTreeObserver.dispatchOnScrollChanged();
}
int yoff;
final boolean scrolling = mScroller != null && mScroller.computeScrollOffset();
if (scrolling) {
yoff = mScroller.getCurrY();
} else {
yoff = mScrollY;
}
if (mCurScrollY != yoff) {
mCurScrollY = yoff;
fullRedrawNeeded = true;
}
float appScale = mAttachInfo.mApplicationScale;
boolean scalingRequired = mAttachInfo.mScalingRequired;
Rect dirty = mDirty;
if (mUseGL) { //我们不用OPENGL
...
}
Canvas canvas;
try {
int left = dirty.left;
int top = dirty.top;
int right = dirty.right;
int bottom = dirty.bottom;
//从Surface中锁定一块区域，这块区域是我们认为的需要重绘的区域
canvas = surface.lockCanvas(dirty);
// TODO: Do this in native
canvas.setDensity(mDensity);
}
try {
if (!dirty.isEmpty() || mIsAnimating) {
long startTime = 0L;
try {
canvas.translate(0, -yoff);
if (mTranslator != null) {
mTranslator.translateCanvas(canvas);
}
canvas.setScreenDensity(scalingRequired
? DisplayMetrics.DENSITY_DEVICE : 0);
//mView就是之前的decoreView,
mView.draw(canvas);
}
} finally {
//我们的图画完了，告诉surface释放这块区域
surface.unlockCanvasAndPost(canvas);
}
if (scrolling) {
mFullRedrawNeeded = true;
scheduleTraversals();
}
}
看起来，这个surface的用法很简单嘛：
l lockSurface，得到一个画布Canvas
l 调用View的draw，让他们在这个Canvas上尽情绘图才。另外，这个View会调用所有它的子View来画图，最终会进入到View的onDraw函数中，在这里我们可以做定制化的界面美化工作。当然，如果你想定制化整个系统画图的话，完全可以把performTranvsal看懂，然后再修改。
l unlockCanvasAndPost，告诉Surface释放这块画布
当然，这几个重要函数调用干了具体的活。这些重要函数，我们最终会精简到Native层的。
2 总结
到这里，你应该知道了一个Activity中，调用setContentView后它如何从系统中获取一块Surface，以及它是如何使用这个Surface的了。不得不说，关于UI这块，Android绝对是够复杂的。难怪2.3把UI这块代码基本重写一遍，希望能够简单精炼点。