ANDROID窗口管理服务实现机制和架构分析



一、功能

    窗口管理是ANDROID框架一个重要部分,主要包括如下功能:

   （1）Z-ordered的维护
   （2）窗口的创建、销毁
   （3）窗口的绘制、布局

   （4）Token管理，AppToken

   （5）活动窗口管理（FocusWindow）

   （6）活动应用管理（FocusAPP）

   （7）输入法管理

   （8）系统消息收集与分发

       这些功能主要由一个窗口管理服务和相应的客户端来实现的,客户端通过BINDER机制与服务实现交互。

      窗口管理服务端负责主要的窗口管理功能,由一个WindowManagerService服务及相关的类来组成。客户端则负责与窗口管理服务交互，并对应用和其它服务提供窗口管理接口，包括提供窗口视图的添加、移出和更新等接口函数，客户端的功能通过WindowManager接口及其实现WindowManagerImpl和相关类来完成，WindowManager提供的接口函数包括如下几个：

         1、 public voidaddView(View view, ViewGroup.LayoutParams params)；

               用来在窗口实例对应的窗口上添加一个视图。

2、public void removeView(View view) ；

              用来从窗口实例对应的窗口上移出一个视图。

         3、public void updateViewLayout(View view,ViewGroup.LayoutParams params)；

             用来更新窗口上的视图的布局。

4、   public DisplaygetDefaultDisplay();

   每个窗口管理实例需要绑定到特定的显示对象上,并在此显示对象上创建和显示新的窗口。

   该函数返回一个窗口管理实例管理和使用的显示对象。

      窗口为了能在另外的显示器上显示，需要先调用Context.createDisplayContext创建一个显示对象使用的独立的Context，然后使用该Context调用Context.getSystemService(Context.WINDOW_SERVICE)函数获得该显示对象对应的窗口管理实例。也可以直接创建一个Presentation对象，Presentation对象会自动创建显示对象需要的窗口管理实例和Context对象。

二、类图

    窗口管理的整个类图如下:

   

       整个类图包括客户端和服务端两大部分。

       服务端的主要类有WindowManagerService、Session、WindowState、WindowToken、AppWindowToken、DisplayContent等主要类。

       WindowManagerService服务是一个系统服务类，是整个窗口管理机制实现的核心。

       Session对象也是一个服务端的桩对象，用来为客户端提供交互接口（IWindowSession），包括窗口的创建、销毁、布局等接口。每个与窗口管理服务交互的进程通常都需要打开一个Session对象来实现交互，用来保证一个Session会话期间窗口状态的一致。

       Session对象在一个进程新建第一个视图时使用窗口管理服务的的openSession接口函数创建，第一个视图新建期间也创建一个SurfaceSession对象用来实现视图的绘制操作。SurfaceSession对象用来与SurfaceFliger服务建立连接，实现视图及包含的子视图在显示硬件上的实际输出工作。

       服务端创建的窗口类型包括三大类型的窗口：包括三种类型的应用窗口、五种类型的子窗口（必须依附于其它窗口的窗口类型，31种系统窗口（系统创建的窗口，应用不能使用）。

     应用窗口类型：

1. TYPE_BASE_APPLICATION

   基窗口，作为所有其它应用窗口的基窗口,所有其它应用窗口需要在该类型的窗口上面呈现。

2. TYPE_APPLICATION

   普通应用窗口，通常与一个ACTIVITY对应，该类型的应用窗口必须有一个Activity token来标示它所属的Activity。

3. TYPE_APPLICATION_STARTING

   应用启动窗口，该类型窗口在应用启动时显示。该类型窗口由系统使用，用来在应用能够显示本身窗口之前显示一些其它内容。

子窗口类型：

1. TYPE_APPLICATION_PANEL

   PANEL类型窗口，用来在它所依附的应用窗口上面显示一个PANEL。

2. TYPE_APPLICATION_MEDIA

   MEDIA窗口，这种类型的子窗口在它所依附应用窗口的后面显示，用来显示媒体内容，如视频。

3. TYPE_APPLICATION_SUB_PANEL

   子PANEL窗口，该类型的窗口在它所依附的应用窗口和任意的PANEL窗口的上面显示。

4. TYPE_APPLICATION_ATTACHED_DIALOG

   依附对话框窗口，用来在一个应用窗口上显示一个对话框。

5. TYPE_APPLICATION_MEDIA_OVERLAY

   媒体覆盖窗口，用来在媒体窗口上显示一些覆盖物，该类型窗口在应用窗口和媒体窗口之间显示，因此它应该是透明的。

 系统窗口类型包括：TYPE_STATUS_BAR、TYPE_SEARCH_BAR、TYPE_PHONE、TYPE_SYSTEM_ALERT、TYPE_KEYGUARD、TYPE_TOAST、TYPE_SYSTEM_OVERLAY、TYPE_PRIORITY_PHONE、TYPE_SYSTEM_DIALOG、TYPE_KEYGUARD_DIALOG、TYPE_SYSTEM_ERROR、TYPE_INPUT_METHOD、TYPE_INPUT_METHOD_DIALOG、TYPE_WALLPAPER、TYPE_STATUS_BAR_PANEL、TYPE_SECURE_SYSTEM_OVERLAY、TYPE_DRAG、TYPE_STATUS_BAR_SUB_PANEL、TYPE_POINTER、TYPE_NAVIGATION_BAR、TYPE_VOLUME_OVERLAY、TYPE_BOOT_PROGRESS、TYPE_HIDDEN_NAV_CONSUMER、TYPE_DREAM、TYPE_NAVIGATION_BAR_PANEL、TYPE_UNIVERSE_BACKGROUND、TYPE_DISPLAY_OVERLAY、TYPE_MAGNIFICATION_OVERLAY、TYPE_RECENTS_OVERLAY、TYPE_KEYGUARD_SCRIM、TYPE_PRIVATE_PRESENTATION。

       窗口管理服务内部使用WindowState窗口状态对象来维护每一种类型的窗口状态，并使用WindowToken对象来唯一标示每个窗口，因此每个窗口必须对应一个WindowToken对象和一个WindowState对象，每个窗口对应的WindowToken对象根据客户端传送的窗口布局参数中的token值来实例化和定位。

       在窗口管理服务的addWindow函数中，使用attrs.token作为参数实例化一个WindowToken对象，并使用token作为键值保存到窗口管理服务的一个HashMap变量中。

<span style="color:#000066;">   mTokenMap.put(attrs.token, WindoToken); </span>

       每个WindowState窗口状态对象也根据传进来的客户端对象（为一个IWindow.Stub对象）作为键值放到mWindowMap中，实现WindowState窗口状态对象与客户端对象的绑定。

<span style="color:#000066;">        mWindowMap.put(client.asBinder(), win);

        finalArrayList<WindowState> mWindows;mWindowMap.put(client.asBinder(), win); 
</span>

   attrs .token参数是窗口布局参数中LayoutParams的一个binder对象,在客户端新建窗口（addView）时赋值，主窗口类型对应ACTIVITY的AppToken，子窗口类型对应主视图的WindowToken。

   

<span style="color:#000066;">	public static class LayoutParams extends ViewGroup.LayoutParams  
  
	       implements Parcelable {  
	  
	        public int type;
	  
	       public IBinder token = null;  
	  
	 }  
</span>

       窗口管理系统支持多用户以及在多个显示器进行输出，不同的用户可以显示不同的内容，不同的显示器也可以显示不同的内容，而且每一个窗口还可以依附有子窗口。因此每一个WindowState对象维护一个独立的DisplayContent对象用来指示对应的窗口所依附的显示单元，每个DisplayContent对象内部也维护一个WindowState类型的WindowList窗口列表，用来存储该显示单元要显示的窗口列表。DisplayContent对象还通过StackBox、TaskStack及Task等对象或对象数组来管理该显示单元上要显示的应用活动窗口。

      AppWindowToken对象是WindowToken类的特例，用来作为应用窗口类型的标示。应用类型的窗口对应的WindowToken对象的appWindowToken属性必须指向一个AppWindowToken对象。AppWindowToken对象内部还包含一个与客户端的应用窗口交互的IApplicationToken接口，实现与Activity的交互。

      窗口管理系统中的ViewServer类提供了窗口的远端控制功能。InputMonitor类提供了输入焦点窗口的监视和输入提交到相应窗口的功能。

   窗口管理系统还提供了一个WindowManagerPolicy类， 窗口管理服务通过WindowManagerPolicy类实现窗口管理需要的所有UI方面的特定行为和操作（如窗口布局、特定的窗口类型、按键提交等）。

    窗口管理服务还通过IActivityManager、DisplayManager、DisplayManagerService、InputManagerService、IInputMethodManager等接口和对象与活动管理服务、显示管理服务、输入管理服务、输入法管理服务交互。 

       客户端主要包含四个类 : ViewRootImpl、WindowManagerImpl、VIEW、Surface。

       ViewRootImpl是视图处理类，是客户端视图的处理类，客户端的视图通过该类与窗口管理服务交互，因此ViewRootImpl是一个中介类。

       ViewRootImpl内部包含一个从IWindow.Stub派生的内部类（ViewRootImpl.W），窗口管理服务通过该对象可以与客户端反向通讯。

 客户端与窗口服务打开的会话保存在一个IWindowSession类型的变量中，客户端使用该变量向窗口管理服务端的Session对象发送请求，窗口管理服务中的窗口状态对象使用IWindow接口向客户端回送应答，借助ViewRootImpl的这两个Binder对象实现了客户端与窗口管理服务端的双向交互。

  ViewRootImpl对象还维护一个View对象和一个View对象关联的View.AttachInfo类型的对象，ViewRootImpl通过这两个对象实现视图的绘制等功能。

   ViewRootImpl还与Surface类关联。

   

        WindowManagerImpl是客户端WindowManager管理接口的实现，WindowManagerImpl内部维护一个单例的WindowManagerGlobal对象，WindowManagerImpl通过该对象转发客户端的窗口管理请求。WindowManagerGlobal对象内部维护一个ViewRootImpl实例数组和一个View视图对象数组，每次客户端添加一个视图时都新创建一个ViewRootImpl对象，并把要添加的视图和新创建的ViewRootImpl对象添加到相应数组中，并调用新创建的ViewRootImpl对象的setView函数。

        View类是视图的基类，实现视图的基本功能，如绘制等。View.AttachInfo是View类的内部类，用来维护视图的相关信息。视图的主视图通过ViewRootImpl对象与窗口管理服务交互，添加绑定到特定的显示桌面和窗口，ViewRootImpl也实现了ViewParent接口，因此也作为主视图的父视图使用。

       Surface类用来提供视图复合输出的显示画布。

    下面是一个打开一个窗口的序列图：

 

1）客户端在创建窗口时首先调用getWindowManager获得本地窗口管理对象，并调用其addView函数，在这里还为窗口的布局参数赋值，如窗口标题、包名字、token值、flag值等；

2）WindowManagerImpl是WindowManage的具体实现，因此窗口管理接口的addView函数实际调用WindowManagerImpl的addView函数；

4）WindowManagerImpl的addView函数首先查看要添加的视图是否已经存在，若不存在则实例化一个ViewRootImpl对象，并把view和ViewRootImpl对象及布局参数保存到本地数组中，接着调用ViewRootImpl对象的setView函数；

5）ViewRootImpl对象的setView函数先请求进行窗口的布局（调用requestLayout，在客户端完成一些处理后，也最终通过IWindowSession向窗口管理服务端的Session对象发送relayout布局请求），然后根据窗口属性是否支持输入实例化一个InputChannel，然后通过服务端远程代理对象IWindowSession向服务端Session对象发送新建窗口的请求（调用其addToDisplay接口）；最后还要调用assignParent函数设置视图的父视图为ViewRootImpl对象本身；

6）服务端的Session对象收到addToDisplay请求后，就调用窗口管理服务的addWindow函数来完成新建窗口的任务，完成实际创建窗口的工作。addWindow中首先实例化一个WindowState对象代表新建的窗口，接着使用客户端窗口的Binder对象（ViewRootImpl.W对象）为键值把WindowState对象放入mWindowMap中，并根据Z-ORDER放入WindowState所维护的窗口列表数组中，还要调用WindowState对象的attach函数与Session完成绑定，并在SurfaceSession没有创建时完成创建；然后新建或获得WindowToken，并使用传进来的客户端窗口布局参数中的token值把WindowToken放入mTokenMap中，建立两者的映射关系；最后根据窗口能否能够接收键值更新焦点窗口。

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