06.Android应用窗口

目录介绍

• 01.Android组件UI实现
  • 1.1 组件的UI实现介绍
  • 1.2 Activity组件类关系
  • 1.3 Window类的实现
  • 1.4 ViewRoot类的实现
• 02.上下文环境创建过程
  • 2.1 窗口运行环境介绍
  • 2.2 Context创建流程
  • 2.3 运行环境总结下
• 03.窗口Window创建
  • 3.1 Activity和Window
  • 3.2 窗口Window创建过程
  • 3.3 Window显示过程
  • 3.4 Dialog中Window创建
• 04.视图View创建
  • 4.1 视图View的介绍
  • 4.2 DecorView类实现
  • 4.3 窗口视图与ViewRoot
  • 4.4 窗口视图创建过程
• 05.应用窗口与WMS
  • 5.1
• 06.Surface创建过程
  • 6.1

00.问题答疑思考

• Activity、PhoneWindow、DecorView、ViewRootImpl 之间的关系？四者的创建时机？

01.Android组件UI实现

1.1 组件的UI实现介绍

• Activity组件的UI实现需要与WindowManagerService服务和SurfaceFlinger服务进行交互。
  • Activity组件在启动完成后，会通过一个类型为Session的Binder对象来请求WindowManagerService为它创建一个类型为WindowState的对象，用来描述它的窗口状态。
  • Android应用程序会通过一个类型为Client的Binder对象来请求SurfaceFlinger服务为它创建一个类型为Layer的对象，用来描述它的窗口数据。
• Activity组件与WindowManagerService服务和SurfaceFlinger服务的交互模型
  • 
    image

1.2 Activity组件类关系

• Activity组件的类关系图
  • 
    image
• 从启动到Activity创建Window的整体流程
  • 
    image
• Activity创建Surface流程
  • 
    image
• Activity类与Context关系
  • Activity类是从ContextThemeWrapper类继承下来的，而ContextThemeWrapper类又是从ContextWrapper类继承下来的，最后ContextWrapper类又继承了Context类。
  • 这个ContextImpl对象首先是通过调用Activity类的成员函数attach传递到Activity组件内部，接着再依次通过调用父类ContextThemeWrapper和ContextWrapper的成员函数attachBaseContext来分别保存在它们的成员变量mBase中。
  • 因此，ContextThemeWrapper和ContextWrapper类的成员变量mBase指向的实际上是一个ContextImpl对象。
• Activity启动是如何和Context交互的

  ActivityThread#performLaunchActivity()，创建Activity类型上下文Context然后创建activity对象 ActivityThread#createBaseContextForActivity()，通过ContextImpl静态方法创建该对象 ContextImpl#createActivityContext()，通过new去新建一个ContextImpl对象，并且做初始化配置操作

1.3 Window类的实现

• Activity组件创建一个PhoneWindow
  • 
    image
• PhoneWindow创建过程

  ActivityThread#performLaunchActivity()，通过反射的机制创建的Activity，并调用了Activity的attach方法 Activity#attach()，在attach方法这里初始化了一些Activity的成员变量，最重要是创建PhoneWindow对象

• PhoneWindow类的实现说明
  • PhoneWindow类有两个重要的成员变量mDecor和mContentParent，它们的类型分别DecorView和ViewGroup。
  • 其中，成员变量mDecor是用描述自己的窗口视图，而成员变量mContentParent用来描述视图内容的父窗口。
• DecorView类继承了FrameLayout类
  • DecorView类继承了FrameLayout类，而FrameLayout类又继承了ViewGroup类，最后ViewGroup类又继承了View类。View类有一个成员函数draw，它是用来绘制应用程序窗口的UI的。
  • DecorView类、FrameLayout类和ViewGroup类都重写了父类的成员函数draw，这样，它们就都可以定制自己的UI。
• DecorView类所描述的应用程序窗口视图是否需要重新绘制是由另外一个类ViewRoot来控制的。
  • 系统在启动一个Activity组件的过程中，会为这个Activity组件创建一个ViewRoot对象，同时还会将前面为这个Activity组件所创建的一个PhoneWindow对象的成员变量mDecor所描述的一个视图（DecorView）保存在这个ViewRoot对象的成员变量mView中。
  • 这个ViewRoot对象就可以通过调用它的成员变量mView的所描述的一个DecorView的成员函数draw来绘制一个Activity组件的UI了。

1.4 ViewRoot类的实现

• ViewRoot类的实现图
  • 
    image
  • ViewRoot类的作用是非常大的，它除了用来控制一个Activity组件的UI绘制之外，还负责接收Activity组件的IO输入事件，例如，键盘事件
• ViewRoot类的创建过程

  WindowManagerImpl#addView()，在这个类中可以看到调用了mGlobal.addView()，而mGlobal是WindowManagerGlobal的对象。 WindowManagerGlobal#addView()，这里面逻辑很核心，创建ViewRootImpl对象，这个是布局渲染的核心类 WindowManagerGlobal#addView#root.setView()，实现了view与root的关联，这个root是ViewRootImpl对象

02.上下文环境创建过程

2.1 窗口运行环境介绍

• Android应用程序窗口在运行的过程中，需要访问一些特定的资源或者类。
  • 这些特定的资源或者类构成了Android应用程序的运行上下文环境，Android应用程序窗口可以通过一个Context接口来访问它，这个Context接口也是我们在开发应用程序时经常碰到的。
• Android应用程序窗口的运行上下文环境是通过ContextImpl类来描述的，即每一个Activity组件都关联有一个ContextImpl对象。
  • 
    image
  • Activity组件通过其父类ContextThemeWrapper和ContextWrapper的成员变量mBase来引用了一个ContextImpl对象。
  • 这样，Activity组件以后就可以通过这个ContextImpl对象来执行一些具体的操作，例如，启动Service组件、注册广播接收者和启动Content Provider组件等操作。

2.2 Context创建流程

• Context创建流程
  • 通过ActivityThread类的成员函数performLaunchActivity在应用程序进程中创建一个Activity实例，并且为它设置运行上下文环境，即为它创建一个ContextImpl对象。
  • 
    image
• 比较重要的流程介绍

  ActivityThread.handleLaunchActivity() ActivityThread.performLaunchActivity() mInstrumentation.newActivity 使用反射创建Activity activity.attach 这里会调用Activity中attach方法 Activity.attach() mWindow = new PhoneWindow 这里创建所属的PhoneWindow mWindow.setWindowManager 设置并获取 WindowManagerImpl 对象

• Android应用程序窗口的运行上下文环境的创建过程
  • 第一步：ActivityThread#performLaunchActivity()，主要看mInstrumentation.newActivity()的过程。Instrumentation类是用来记录应用程序与系统的交互过程的
    • 要启动的Activity组件的类名保存在变量component。有了这个类名之后，函数就可以调用ActivityThread类的成员变量mInstrumentation所描述一个Instrumentation对象的成员函数newActivity来创建一个Activity组件实例了，并且保存变量activity中。
  • 第二步：ActivityThread#createBaseContextForActivity，这里是创建ContextImpl的步骤
    • 这里最终会调用到ContextImpl#createActivityContext，通过new创建该impl对象，且进行初始化附值操作。
  • 第三步：Instrumentation#newActivity()，这个是创建activity的过程。
    • 这里是通过ClassLoader去load具体的要加载的类的className，得到一个Class对象。
    • 由于className描述的是一个Activity子类，因此，当函数调用前面得到的Class对象的成员函数newInstance的时候，就会创建一个Activity子类实例。
  • 第四步：new Activity，第二步通过反射创建activity对象，创建对象是必须通过构造函数创建的
    • 一般来说，一个类的构造函数是用来初始化该类的实例的，系统为Activity类提供的默认构造函数什么也不做，也就是说，Activity类实例在创建的时候，还没有执行实质的初始化工作。
  • 第五步：appContext.setOuterContext()，还是在performLaunchActivity方法里面，看看做了什么
    • 即ActivityThread类的成员函数performLaunchActivity中，接下来就会调用ContextImpl类的成员函数setOuterContext来设置前面所创建一个ContextImpl对象所关联的一个Activity组件，即正在启动的Activity组件。
    • 一个ContextImpl对象所关联的一个Activity组件是通过调用ContextImpl类的成员函数setOuterContext来设置的。
    • setOuterContext只是简单地将它保存在成员变量mContext中，以表明当前正在处理的一个ContextImpl对象是用来描述一个Activity组件的运行上下文环境的。
  • 第六步：activity.attach()，这里是真正进入到Activity初始化的过程
    • 初始化一个Activity组件实例需要一个Application对象app、一个ContextImpl对象appContext以及一个Configuration对象config，它们分别用来描述该Activity组件实例的应用程序信息、运行上下文环境以及配置信息。
    • 最开始是调用Activity#attachBaseContext()方法，这个我们看下面的第七步。
    • 接着创建了一个PhoneWindow，并且保存在Activity类的成员变量mWindow中。这个PhoneWindow是用来描述当前正在启动的应用程序窗口的。
    • 这个应用程序窗口在运行的过程中，会接收到一些事件，例如，键盘、触摸屏事件等，这些事件需要转发给与它所关联的Activity组件处理，这个转发操作是通过一个Window.Callback接口来实现的。
    • 参数info指向的是一个ActivityInfo对象，用来描述当前正在启动的Activity组件的信息。其中，这个ActivityInfo对象的成员变量softInputMode用来描述当前正在启动的一个Activity组件是否接受软键盘输入。
  • 第七步：ContextThemeWrapper.attachBaseContext()，接着第六步往下分析
    • 由调用Activity#attachBaseContext()方法分析，最终会调用到ContextThemeWrapper#attachBaseConext。
    • ContextThemeWrapper类用来维护一个应用程序窗口的主题，而用来描述这个应用程序窗口的运行上下文环境的一个ContextImpl对象就保存在ContextThemeWrapper类的成员函数mBase中。
  • 第八步：ContextWrapper.attachBaseContext()，，接着第七步往下分析
    • ContextWrapper类只是一个代理类，它只是简单地封装了对其成员变量mBase所描述的一个Context对象的操作。
    • ContextWrapper类的成员函数attachBaseContext的实现很简单，它只是将参数base所描述的一个ContextImpl对象保存在成员变量mBase中。这样，ContextWrapper类就可以将它的功能交给ContextImpl类来具体实现。
  • 第九步：Instrumentation#callActivityOnCreate()，主要是执行activity的生命周期onCreate
    • 函数主要就是调用当前正在启动的Activity组件的成员函数onCreate，用来通知它已经成功地创建和启动完成了。
  • 第十步：Activity#onCreate()，这里会回调Activity的方法，也是开发的入口
    • 一般来说，我们都是通过定义一个Activity子类来实现一个Activity组件的。重写父类Activity的某些成员函数的时候，必须要回调父类Activity的这些成员函数。
    • 例如，当Activity子类在重写父类Activity的成员函数onCreate时，就必须回调父类Activity的成员函数onCreate。这些成员函数被回调了之后，Activity类就会将其成员变量mCalled的值设置为true。这样，Activity类就可以通过其成员变量mCalled来检查其子类在重写它的某些成员函数时，是否正确地回调了父类的这些成员函数。

2.3 运行环境总结下

• 一个Activity组件的创建过程，以及它的运行上下文环境的创建过程。这个过程比较简单，我们是从中获得以下三点信息：
  • 一个Android应用窗口的运行上下文环境是使用一个ContextImpl对象来描述的，这个ContextImpl对象会分别保存在Activity类的父类ContextThemeWrapper和ContextWrapper的成员变量mBase中，即ContextThemeWrapper类和ContextWrapper类的成员变量mBase指向的是一个ContextImpl对象。
  • Activity组件在创建过程中，即在它的成员函数attach被调用的时候，会创建一个PhoneWindow对象，并且保存在成员变量mWindow中，用来描述一个具体的Android应用程序窗口。
  • Activity组件在创建的最后，即在它的子类所重写的成员函数onCreate中，会调用父类Activity的成员函数setContentView来创建一个Android应用程序窗口的视图。

03.窗口Window创建

3.1 Activity和Window

• 在PHONE平台上，与Activity组件所关联的窗口对象的实际类型为PhoneWindow，后者是从Window类继承下来的。
  • 
    image
• Window和PhoneWindow的类关系图。
  • 
    image
• Window创建流程图如下所示
  • 
    image

3.2 窗口Window创建过程

• Activity组件所关联的一个PhoneWindow对象是从Activity类的成员函数attach中创建的。
  • 
    image
• Android应用程序窗口创建过程的源码流程分析
  • Activity#attach()，在attach方法中创建了核心的Window窗口
    • 有了这个类型为PhoneWindow的应用程序窗口，函数接下来还会调用它的成员函数setCallback、setSoftInputMode和setWindowManager来设置窗口回调接口、软键盘输入区域的显示模式和本地窗口管理器。
  • PhoneWindow#()，在构造函数中获取布局解析器
    • 首先调用父类Window的构造函数来执行一些初始化操作，接着再调用LayoutInflater的静态成员函数from创建一个LayoutInflater实例，并且保存在成员变量mLayoutInflater中。
    • PhoneWindow类以后就可以通过成员变量mLayoutInflater来创建应用程序窗口的视图，这个视图使用类型为DecorView的成员变量mDecor来描述。
    • PhoneWindow类还有另外一个类型为ViewGroup的成员变量mContentParent，用来描述一个视图容器，这个容器存放的就是成员变量mDecor所描述的视图的内容，不过这个容器也有可能指向的是mDecor本身。
  • Activity#attach()中mWindow.setCallback(this)，这个是设置接口与Activity关联
    • 正在启动的Activity组件会将它所实现的一个Callback接口设置到与它所关联的一个PhoneWindow对象的父类Window的成员变量mCallback中去
    • 这样当这个PhoneWindow对象接收到系统给它分发的IO输入事件。例如，键盘和触摸屏事件，转发给与它所关联的Activity组件处理
  • Activity#attach()中mWindow.setSoftInputMode()，这个是设置输入键盘和Activity关联
    • PhoneWindow对象从父类Window继承下来的成员函数setSoftInputMode来设置应用程序窗口的软键盘输入区域的显示模式
  • Activity#attach()中mWindow.setWindowManager()，这个是本地窗口管理器和Activity关联
    • 调用前面所创建的PhoneWindow对象从父类Window继承下来的成员函数setWindowManager来设置应用程序窗口的本地窗口管理器
    • 参数appToken用来描述当前正在处理的窗口是与哪一个Activity组件关联的，它是一个Binder代理对象，引用了在ActivityManagerService这一侧所创建的一个类型为ActivityRecord的Binder本地对象。
    • 参数appName用来描述当前正在处理的窗口所关联的Activity组件的名称，这个名称会被保存在Window类的成员变量mAppName中。
    • 参数wm用来描述一个窗口管理器。从前面的调用过程可以知道， 这里传进来的参数wm的值等于null，因此，函数首先会调用WindowManagerImpl类的静态成员函数getDefault来获得一个默认的窗口管理器。有了这个窗口管理器之后，函数接着再使用它来创建一个本地窗口管理器，即一个LocalWindowManager对象，用来维护当前正在处理的应用程序窗口。
• 分析完成一个Activity组件所关联的应用程序窗口对象的创建过程了。从分析的过程可以知道：
  • 一个Activity组件所关联的应用程序窗口对象的类型为PhoneWindow。
  • 这个类型为PhoneWindow的应用程序窗口是通过一个类型为LocalWindowManager的本地窗口管理器来维护的。
  • 这个类型为LocalWindowManager的本地窗口管理器又是通过一个类型为WindowManagerImpl的窗口管理器来维护应用程序窗口的。
  • 这个类型为PhoneWindow的应用程序窗口内部有一个类型为DecorView的视图对象，这个视图对象才是真正用来描述一个Activity组件的UI的。

3.3 Window显示过程

• Window显示流程图如下所示。主要是讲解activity中Window显示过程
  • 
    image
• 大概重要流程介绍

  ActivityThread.handleResumeActivity() ActivityThread.performResumeActivity() 执行到 onResume() r.activity.makeVisible() 添加视图 Activity.makeVisible()
  wm.addView 将decorView添加到Window窗口上 mDecor.setVisibility(View.VISIBLE) 设置mDecor可见

• WindowManager的addView流程
  • WindowManager 的 addView 的具体实现在 WindowManagerImpl 中，而 WindowManagerImpl 的 addView 又会调用 WindowManagerGlobal.addView()。
• WindowManagerGlobal.addView()

  public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params,Display display, Window parentWindow) {
      ViewRootImpl root = new ViewRootImpl(view.getContext(), display);        
      view.setLayoutParams(wparams);    
      mViews.add(view);    
      mRoots.add(root);    
      mParams.add(wparams);        
      root.setView(view, wparams, panelParentView);
  }

  • 这个过程创建一个 ViewRootImpl，并将之前创建的 DecoView 作为参数传入，以后 DecoView 的事件都由 ViewRootImpl 来管理了，比如，DecoView 上添加 View，删除 View。ViewRootImpl 实现了 ViewParent 这个接口，这个接口最常见的一个方法是 requestLayout()。
  • ViewRootImpl 是个 ViewParent，在 DecoView 添加的 View 时，就会将 View 中的 ViewParent 设为 DecoView 所在的 ViewRootImpl，View 的 ViewParent 相同时，理解为这些 View 在一个 View 链上。所以每当调用 View 的 requestLayout()时，其实是调用到 ViewRootImpl，ViewRootImpl 会控制整个事件的流程。可以看出一个 ViewRootImpl 对添加到 DecoView 的所有 View 进行事件管理。

3.4 Dialog中Window创建

• Dialog的Window创建过程?
  • 创建Window——同样是通过PolicyManager的makeNewWindow方法完成，与Activity创建过程一致
  • 初始化DecorView并将Dialog的视图添加到DecorView中——和Activity一致(setContentView)，同样是通过Window.setContentView() 来实现。
  • 将DecorView添加到Window中并显示——在Dialog的show方法中，通过WindowManager将DecorView添加到Window中(mWindowManager.addView(mDecor, 1))
  • Dialog关闭时会通过WindowManager来移除DecorView：mWindowManager.removeViewImmediate(mDecor)
  • Dialog必须采用Activity的Context，因为有应用token(Application的Context没有应用token)，也可以将Dialog的Window通过type设置为系统Window就不再需要token。
• 为什么Dialog不能用Application的Context？
  • Dialog本身的Token为null，在初始化时如果是使用Application或者Service的Context，在获取到WindowManager时，获取到的token依然是null。
  • Dialog如果采用Activity的Context，获取到的WindowManager是在activity.attach()方法中创建，token指向了activity的token。
  • 因为通过Application和Service的Context将无法获取到Token从而导致失败。
• 将DecorView添加到Window中显示
  • 和Activity一样，都是在自身要出现在前台时才会将添加Window。
  • Dialog.show() 方法：完成DecorView的显示。
  • WindowManager.remoteViewImmediate() 方法：当Dialog被dismiss时移除DecorView。

04.视图View创建

4.1 视图View的介绍

• 每一个Activity组件都有一个关联的Window对象，用来描述一个应用程序窗口。
  • 每一个应用程序窗口内部又包含有一个View对象，用来描述应用程序窗口的视图。应用程序窗口视图是真正用来实现UI内容和布局的，每一个Activity组件的UI内容和布局都是通过与其所关联的一个Window对象的内部的一个View对象来实现的。
  • 应用程序窗口内部所包含的视图对象的实际类型为DecorView。DecorView类继承了View类，是作为容器（ViewGroup）来使用的。

4.2 DecorView类实现

• DecorView类的实现的流程图
  • 
    image

4.3 窗口视图与ViewRoot

• 窗口视图与ViewRoot流程图
  • 每一个应用程序窗口的视图对象都有一个关联的ViewRoot对象，这些关联关系是由窗口管理器来维护的。
  • 
    image
• 简单来说，ViewRoot相当于是MVC模型中的Controller，它有以下职责：
  • 1.负责为应用程序窗口视图创建Surface。
  • 2.配合WindowManagerService来管理系统的应用程序窗口。
  • 3.负责管理、布局和渲染应用程序窗口视图的UI。
• 应用程序窗口的视图对象及其所关联的ViewRoot对象是什么时候开始创建的呢？
  • Activity组件在启动的时候，系统会为它创建窗口对象（Window），同时，系统也会为这个窗口对象创建视图对象。
  • 另一方面，当Activity组件被激活的时候，系统如果发现与它的应用程序窗口视图对象所关联的ViewRoot对象还没有创建，那么就会先创建这个ViewRoot对象，以便接下来可以将它的UI渲染出来。

4.4 窗口视图创建过程

• 分析应用程序窗口的视图对象及其所关联的ViewRoot对象的创建过程
  • 
    image
• 应用程序窗口视图的创建过程
  • Activity组件在启动的过程中，会调用ActivityThread类的成员函数handleLaunchActivity，用来创建以及首次激活Activity组件，因此，接下来就从这个函数开始，具体分析应用程序窗口的视图对象及其所关联的ViewRoot对象的创建过程。

  ActivityThread#handleLaunchActivity()，调用ActivityThread类的成员函数performLaunchActivity来创建要启动的Activity组件。 ActivityThread#performLaunchActivity()，它主要就是创建一个Activity组件实例，并且调用这个Activity组件实例的成员函数onCreate来让其执行一些自定义的初始化工作。 Activity#onCreate()，在实现一个Activity组件的时候，一般都会重写成员函数onCreate，以便可以执行一些自定义的初始化工作，其中就包含初始化UI的工作。 Activity#setContentView()，首先调用另外一个成员函数getWindow来获得成员变量mWindow(指向PhoneWindow)所描述的一个窗口对象，接着再调用这个窗口对象的成员函数setContentView来执行创建应用程序窗口视图对象的工作。 PhoneWindow#setContentView()，成员变量mContentParent(指DecorView的视图对象)，当它等于null，就会调用成员函数installDecor来创建应用程序窗口视图对象。最后还会调用一个Callback接口的成员函数onContentChanged来通知对应的Activity组件，它的视图内容发生改变。 PhoneWindow#installDecor()，当mDecor等于null，调用成员函数generateDecor创建一个DecorView对象，并且保存在PhoneWindow类的成员变量mDecor中。

  • ActivityThread类的成员函数handleLaunchActivity中，接下来就会调用ActivityThread类的另外一个成员函数handleResumeActivity来激活正在启动的Activity组件。

  ActivityThread#handleResumeActivity()，首先调用另外一个成员函数performResumeActivity来通知Activity组件，它要被激活了，即会导致Activity组件的成员函数onResume被调用。 handleResumeActivity#r.activity.getWindow()，getWindow返回给调用者的是一个PhoneWindow对象 handleResumeActivity#r.activity.getDecorView()，通过getDecorView来获得当前正在激活的Activity组件所关联的一个应用程序窗口视图对象 handleResumeActivity#a.getWindowManager()，调用当前正在激活的Activity组件的成员函数getWindowManager来获得一个本地窗口管理器。 handleResumeActivity#wm.addView(decor, l)，addView来为当前正在激活的Activity组件的应用程序窗口视图对象关联一个ViewRoot对象。 WindowManagerGlobal#addView()，这个里面会创建ViewRootImpl对象，一个View对象在与一个ViewRoot对象关联的同时，还会关联一个WindowManager.LayoutParams对象，这个WindowManager.LayoutParams对象是用来描述应用程序窗口视图的布局属性的。 WindowManagerGlobal#addView#root.setView，将这个View对view象和这个WindowManager.LayoutParams对象，以及变量panelParentView所描述的一个父应用程序窗视图对象，保存在这个ViewRoot对象root的内部 ViewRootImpl#setView()，调用requestLayout来请求对应用程序窗口视图的UI作第一次布局。调用静态成员变量sWindowSession所描述的一个类型为Session的Binder代理对象的成员函数add来请求WindowManagerService增加一个WindowState对象，以便可以用来描述当前正在处理的一个ViewRoot所关联的一个应用程序窗口。

05.应用窗口与WMS

• https://www.kancloud.cn/alex_wsc/androids/473773

06.Surface创建过程

• https://www.kancloud.cn/alex_wsc/androids/473774