Android——View的工作原理

Posted 2021-05-16 SyubanLiu

前言

要想实现自定义View，那么需掌握View的事件体系及其底层工作原理，本节主要围绕View的工作原理来开展，View的事件体系可见另一篇文章。

View的底层工作原理主要涉及到三个流程：View的测量（measure）、View的布局（layout）、View的绘制（draw）。除了这三大基本流程外，有几个View的回调方法也需掌握，如：构造方法、onAttach、onVisibilityChanged、onDetach等等。

自定义View的实现，主要有几种固定类型，有的继承View或者ViewGroup，有的直接继承现有的系统控件。

1. ViewRoot和DecorView

ViewRoot对应于ViewRootImpl类，是连接WindowManager和DecorView的纽带，View的三大流程都是通过ViewRoot来完成的。在ActivityThread中，当Activity对象被创建完成后，会将DecorView添加到Window中，同时会创建ViewRootImpl对象（具体细节可去了解android启动流程），并将ViewRootImpl对象和DecorView建立关联。

root = new ViewRootImpl(view.getContext(), display);
root.setView(view, wparams, panelParentView);

View的绘制流程是从 ViewRoot 的 performTraversals 方法开始的，它经过 measure、layout和draw 三个过程后才能最终将一个View绘制出来。其中measure用于测量View的宽高，layout用于View在父容器的放置位置，draw用于View的绘制。

private void performTraversals() {
    // 这个方法代码非常多，但是重点就是执行这三个方法
    // 执行测量
    performMeasure(childWidthMeasureSpec, childHeightMeasureSpec);
    // 执行布局（ViewGroup）中才会有
    performLayout(lp, mWidth, mHeight);
    // 执行绘制
    performDraw();
}

performTraversals 会依次调用 performMeasure、performLayout 和 performDraw 三个方法。

Measure 过程决定了View的宽高，Measure完成以后，可以通过 getMeasureWidth 和 getMeasureHeight 方法来获取到View的测量后的宽高，在一般情况下，它都等于View的最终的宽高，但在某些特情况下除外。

Layout 过程决定了View的四个顶点的位置坐标和实际View的宽高，分别对应着View的 top、left、right、bottom 四个顶点位置，并可以通过 getWidth 和 getHeight 来获取View的实际宽高。

Draw 过程决定View的显示，只有draw完成以后，View才能呈现在屏幕上。

2. MeasureSpec（测量规范）

MeasureSpec 参与View的 measure 过程，很大程度上决定一个View的尺寸规格。在View的测量过程中，系统会将View的LayoutParams根据父容器所施加的规则转换成对应的 MeasureSpec，然后再根据其测量出View的宽高。

MeasureSpec 代表一个 32位int值，高2位代表SpecMode（测量模式），低30位代表SpecSize（测量模式下的大小）。通过这种方式，可以避免过多的内存开销。一组SpecMode和SpecSize可以打包成一个MeasureSpec。

2.1 MeasureSpec基础

关于SpecMode，主要有三类：

1. UNSPECIFIED：父容器不对View有任何限制，要多大给多大，这种情况一般用于系统内部，表示一种测量的状态。
2. EXACTLY：父容器检测出View所需要的精确大小，这个时候View的最终大小就是SpecSize指定的值。对应于LayoutParams中的 match_parent 和 具体的数值 这两种模式。
3. AT_MOST：父容器指定了一个可用大小即SpecSize，View的大小不能大于这个值。对应于LayoutParams的wrap_content。

2.2 MeasureSpec 和 LayoutParams 对应关系

在View测量的时候，系统会将LayoutParams在父容器的约束下转换成对应的MeasureSpec，然后根据这个MeasureSpec来确定View测量后的宽高。因此，View的 MeasureSpec 是由 View自身LayoutParams 和 父容器的MeasureSpec 一块决定的。

对于DecorView，其MeasureSpec由窗口的尺寸和自身的LayoutParams共同决定；对于普通的View，其MeasureSpec由父容器的MeasureSpec和自身LayoutParams来共同决定。

SpecMode的规则根据LayoutParams中的宽高这样划分：

• LayoutParams.MATCH_PARENT：精确模式，大小就是窗口的大小；
• LayoutParams.WRAP_CONTENT：最大模式，大小不定，但是不能超过窗口的大小；
• 固定大小：精确模式，大小为LayoutParams中指定的大小；

在这可以简单说一下：

• 当View采用固定宽高时，不管父容器的MeasureSpec是什么，View的MeasureSpec都是精确模式并且其大小遵循LayoutParams中的大小；
• 当View宽高是 match_parent 时，如果父容器是精确模式，那么View也是精确模式且其大小是父容器的剩余空间；若父容器是最大模式时，那么View也是最大模式且其大小不会超过父容器的剩余空间；
• 当View的宽高时 wrap_content 时，不管父容器是哪种模式，View的模式总是最大化且大小不超过父容器的剩余空间。

3. View的工作流程

View的工作流程主要是指：measure、layout、draw，即 测量、布局和绘制。measure确定View的测量宽高，layout确定View的四个顶点位置及最终宽高，draw负责将View绘制到屏幕上。

3.1 measure过程

3.1.1 View的measure过程

对于 AT_MOST 和 EXACTLY 这两种情况， getDefaultSize 返回的大小就是 measureSpec 中的 SpecSize，而这个SpecSize就是测量后的大小。

对于 UNSPECIFIED，一般用于系统内部的测量过程，在这种情况下，有两个方法比较重要： getSuggestedMinimumWidth 与 getSuggestedMinimumHeight，这两个方法的的逻辑是：如果View没有设置背景，那么View的宽度为View的mMinWidth，这个值可以是0；若View设置了背景，那么就会通过 max(mMinWidth, mBackground.getMinimumWidth()) 去取最大值，这两方法返回值就是View在UNSPECIFIED情况下的测量宽高。

因此，直接继承View的自定义控件需要重写 onMeasure 方法并设置 wrap_content 时的自身大小，否则在不居中使用 wrap_content 相当于使用了 match_parent。解决办法就是给View指定一个默认的内部宽高并在 wrap_content 时设置此宽高接口。

3.1.2 ViewGroup的measure过程

对于ViewGroup来说，除了完成自身的measure过程外，还会遍历去调用所有子元素的measure方法，各个子元素再递归去执行这个过程。在 measureChild 方法中，思想是去取子元素的LayoutParams，然后再通过 getChildMeasureSpec 来创建子元素的 MeasureSpec，接着将 MeasureSpec 直接传递给View的measure方法来进行测量。

因此，ViewGroup 的 measure 过程是先去遍历测量子元素的宽高，当子元素测量完毕后，ViewGroup再去根据子元素的情况来测量自身的宽高。

View的measure过程是三大流程中最复杂的一个，当measure完成后，可以通过 getMeasureWidth 和 getMeasureHeight 来获取测量的宽高，在一般情况下，测量的宽高等于最终的宽高，但由于 padding 或者 margin 等因素会导致不同，因此建议是在 onLayout 下去获取View的最终宽高。

问题来了，如何在Activity启动过程中去获取某个View的宽高呢？由于View的measure过程跟Activity的生命周期不是同步执行的，所以无法保证在Activity某个生命周期时，该View已经测量完成，如果没有测量完成，那么取出来的宽高就为0。那么接下来提供几种方法来获取：

1. Activity/View#onWindowFocusChanged：当Activity窗口的焦点丢失或者得到时，都会调用此方法，因此会存在频繁调用问题，即Activity的onResume与onPause频繁执行时，该方法也会被频繁执行。但在这个方法中，View已经初始化完毕，可去获取View的宽高。
2. view.post(runnable)：通过post可以将一个runnable投递到消息队列的尾部（这里可去研究Android启动流程、VSync刷新、Handler的同步屏障），然后等待Looper调用此runnable时，View已经初始化完毕。
3. ViewTreeObserver：使用 ViewTreeObserver 众多回调可以完成此操作，例如 OnGlobalLayoutListener 这个接口，当View树的状态发生改变或者View树内部的可见性发生改变时，onGlobalLayout就会被回调。但要注意的是，如果View树的状态发生改变时，该方法可以会被执行多次。
4. view.measure(widthMeasureSpec, heightMeasureSpec)：通过手动的方式去对View进行measure过程来得到View的宽高，需要根据View的LayouParams分情况处理。

3.2 layout 过程

layout方法确定View本身的位置，而onLayout方法会确定子元素的位置。

layout 方法的大致流程如下：首先会通过 setFrame 方法来设定View的四个顶点的位置，即初始化 mLeft、mRight、mTop 和 mBottom，View的四个顶点一旦确定，那么View在父容器中位置也就确定了；接着调用onLayout 方法，这个方法时父容器确定子元素的位置，其具体的实现和具体的布局有关，所以View和ViewGroup都没有真正实现onLayout方法。

3.3 draw 过程

draw过程的流程如下：

1. 绘制背景 background.draw(canvas)
2. 绘制自己（onDraw）
3. 绘制children（dispatchDraw）
4. 绘制装饰（onDrawScrollBars）

View的绘制的传递是通过 dispatchDraw 来实现的，dispatchDraw 会遍历所有子元素的 draw 方法。

View还有一个特殊的方法 setWillNotDraw，如果一个View不需要绘制内容，那么会设置这个标志位为true，系统会进行相应的优化。在默认情况下，View没有启用这个优化标志位，ViewGroup会默认启用这个标志位。因此这个标志位的作用是：自定义继承于ViewGroup并且本身不需要绘制功能时，就开启该优化标志位；若明确ViewGroup需要进行绘制onDraw时，我们需要手动关闭这个 WILL_NOT_DRAW 标志位。

4. 自定义View

自定义View是一个综合体系，它涉及到 View的层次结构、事件分发机制和View的工作原理。

4.1 自定义View的分类

1. 继承 View 重写 onDraw 方法
2. 继承 ViewGroup 派生特殊的 Layout
3. 继承特定的 View （例如TextView）
4. 继承特定的 ViewGroup （例如LinearLayout）

4.2 自定义View须知

1. 让 View 支持 wrap_content（设定固定宽高）
2. 如有必要让 View 支持 padding：如果不在View的onDraw中处理padding的话，那么padding属性是不起作用的
3. 尽量不要在 View 中使用 Handler，可使用 View 自身的post
4. View 中若有 动画或者线程，需要及时停止，避免发生内存泄露，View#onDetachedFromWindow
5. 当 View 带有 滑动或者嵌套 情形时，需要处理好滑动冲突