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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:

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

   (4Token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。

2public void removeView(View view)

              用来从窗口实例对应的窗口上移出一个视图。

         3public 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WindowManagerServiceSessionWindowStateWindowTokenAppWindowTokenDisplayContent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

    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_BARTYPE_SEARCH_BARTYPE_PHONETYPE_SYSTEM_ALERTTYPE_KEYGUARDTYPE_TOASTTYPE_SYSTEM_OVERLAYTYPE_PRIORITY_PHONETYPE_SYSTEM_DIALOGTYPE_KEYGUARD_DIALOGTYPE_SYSTEM_ERRORTYPE_INPUT_METHODTYPE_INPUT_METHOD_DIALOGTYPE_WALLPAPERTYPE_STATUS_BAR_PANELTYPE_SECURE_SYSTEM_OVERLAYTYPE_DRAGTYPE_STATUS_BAR_SUB_PANELTYPE_POINTERTYPE_NAVIGATION_BARTYPE_VOLUME_OVERLAYTYPE_BOOT_PROGRESSTYPE_HIDDEN_NAV_CONSUMERTYPE_DREAMTYPE_NAVIGATION_BAR_PANELTYPE_UNIVERSE_BACKGROUNDTYPE_DISPLAY_OVERLAYTYPE_MAGNIFICATION_OVERLAYTYPE_RECENTS_OVERLAYTYPE_KEYGUARD_SCRIMTYPE_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。

   mTokenMap.put(attrs.token, WindoToken); 

       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,实现WindowState窗口状态对象与客户端对象的绑定。

        mWindowMap.put(client.asBinder(), win);

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

   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ACTIVITYAppToken,子窗口类型对应主视图的WindowToken。

   

	public static class LayoutParams extends ViewGroup.LayoutParams  
  
	       implements Parcelable {  
	  
	        public int type;
	  
	       public IBinder token = null;  
	  
	 }  

       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StackBoxTaskStackTask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IActivityManagerDisplayManager、DisplayManagerService、InputManagerServiceIInputMethodManager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 : ViewRootImplWindowManagerImplVIEWSurface

       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.AttachInfoView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;

2WindowManagerImplWindowManage的具体实现,因此窗口管理接口的addView函数实际调用WindowManagerImpladdView函数;

4WindowManagerImpladdView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viewViewRootImpl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;

5ViewRootImpl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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