Android-Window和WindowManager

Posted 2021-05-16 SyubanLiu

1. 前言

Window是一个抽象类，它的具体实现是PhoneWindow，WindowManager是外界访问Window的入口，Window的具体实现位于WindowManagerService中，WindowManagerService和WindowManager的交互是一个IPC的过程。Window实际是View的管理者。

2. Window和WindowManager的使用

WindowManager.LayoutParams中的flags与type是两个重要的参数。

2.2 flags参数

表示Window的属性，可以控制Window的显示特性，比较常用的参数如下：

• FLAG_NOT_FOCUSABLE: 表示Window不需要获取焦点，也不需要接收任何输入事件，此标记同时也启用FLAG_NOT_TOUCH_MODEL，最终事件会直接传递给下层的具有焦点的Window；
• FLAG_NOT_TOUCH_MODEL: 系统会将当前区域以外的事件传递的给底层Window，区域以内的事件由自己处理，一般都需要开启此标记，否则其他Window无法接收到事件；
• FLAG_SHOW_WHEN_LOCKED: 让Window在锁屏的界面上显示；

2.3 type参数

表示Window的类型，主要有三种类型：应用Window、子Window、系统Window；

• 应用类Window：对应着一个Activity；
• 子Window：需要附属在父Window之中，例如：常见的Dialog；
• 系统Window：需要声明权限在能创建的Window，例如：Toast和系统状态栏这些都是系统Window；

Window是分层的，每个Window都有对应的z-ordered，层级大的覆盖在层级小的Window上面。在这三类type的Window中，层级关系：系统Window > 子Window > 应用Window。

如果想要Window位于所有Window的最顶层，那么采用较大的层级即可。显然系统Window的层级是最大的，系统层级有很多值，一般我们选用TYPE_SYSTEM_OVERLAY或者TYPE_SYSTEM_ERROR，使用的时候给type参数指定这个值，并声明权限，因为系统类型的Window是需要检查权限的。

2.4 WindowManager使用

WindowManager提供的功能很简单，即常用的三个方法：添加View、更新View、删除View，这三个方法定义在ViewManager中，而WindowManager继承自ViewManager。

应用场景：Window的拖动。根据手指位置，不断更新LayoutParams中的 x 和 y 的值即可改变Window的位置。

3. Window的内部机制

Window是一个抽象的概念，每个Window都对应着一个View和一个ViewRootImpl，Window和View之间通过ViewRootImpl来建立联系，因此Window并不存在，它是以View的形式存在的，即View才是Window的实体。在实际使用中无法直接访问Window，仅能通过WindowManager来进行对Window的访问。

3.1 Window的添加过程

Window的添加过程是通过WindowManager的addView来实现的，WindowManager是一个接口，真正实现的是WindowManagerImpl。

在WindowManagerImpl中，并没有直接实现Window的三个操作，而是交由WindowManagerGlobal来处理。WindowManagerGlobal以工厂形式想外提供自己的单例。

WindowManagerImpl的这种工作模式就是桥接模式，将所有的操作交由WindowManagerGlobal来处理。

WindowManagerGlobal的addView的方法主要分为如下步骤：

1. 检查参数（view、display、params）是否合法，如果是子Window那么还需要调整一些布局参数

2. 创建ViewRootImpl并将View添加到列表中，其中有 4 个存储列表：

   1. mViews：存储所有Window对应的View
   2. mRoots：存储所有Window对应的ViewRootImpl
   3. mParams：存储所有Window对应的布局参数
   4. mDyingViews：存储正在被删除的View对象，或者是已经调用了removeView方法但是删除操作还没完成的Window对象

3. 通过ViewRootImpl来更新界面并完成Window的添加过程：该步骤通过调用ViewRootImpl的setView方法来完成，在setView内部会通过requestLayout操作来完成异步刷新请求。scheduleTraversals实际是View绘制的入口。

4. 接着通过WindowSession来完成Window的添加过程，其类型是IWindowSession，它是一个Binder对象，真正的实现类是Session，也就是Window的添加过程实际上是一次IPC调用。其在Session内部会通过WindowManagerService来实现Window的添加。

5. 最终Window的添加请求交由WindowManagerService完成，在WindowManagerService内部会为每一个应用保留单独的Session。

3.2 Window的删除过程

1. 先通过WindowManagerImpl，随后通过WindowManagerGlobal来实现，调用removeView完成Window的删除操作
2. 在removeView中，通过findViewLocked来查找待删除的View的索引，这个查找过程就是数组遍历，然后再调用removeViewLocked来做进一步删除，其是通过ViewRootImpl来完成删除操作的。在WindowManager 中有两个删除接口 removeView 和 removeViewImmediate，分别表示 同步删除 和 异步删除。
3. 通过使用异步删除Window的方式，removeView内部由ViewRootImpl的 die 方法来完成，die方法发送一个删除请求的消息后就立马返回了，这时View并还没有删除，所以最后会将其添加到 mDyingViews 列表中
4. 在die方法中，如果是异步删除，则发送一个MSG_DIE的消息，ViewRootImpl中的Handler会处理此消息并调用die方法；若是同步删除，则会直接调用doDie方法，不会发送消息。在 doDie 方法内部会调用 dispatchDetachedFromWindow，真正的删除操作再其内部实现。
5. 在dispatchDetachedFromWindow中，主要做了如下操作：
   1. 垃圾回收工作。如清除数据和消息、移除回调；
   2. 通过Session的remove方法删除Window：通过mWindowSession.remove，随后通过IPC方式，调用WindowManagerService的removeView方法
   3. 调用View的 dispatchDetachedFromWindow 方法，在内部会调用View的 onDetachedFromWindow 和 onDetachFromWindowInternal。对于onDetachFromWindow方法，当View从Window中移除时，该方法一定会被调用，其内部做一些资源回收的工作，如终止动画，停止线程等
   4. 调用WindowManagerGlobal的doRemoveView方法刷新数据，包括mRoots、mParams及mDyingViews，将当前Window所关联的这三类对象移除

3.3 Window的更新过程

1. 跟addView、removeView类似，最终调用WindowManagerGlobal的updateViewLayout方法
2. updateViewLayout的方法做的事情相对简单，首先更新View的LayoutParams，然后通过findViewLocked找到View的索引，删除mParams中就有的LayoutParams，在索引上添加新的layoutParams，接着更行ViewRootImpl中的LayoutParams。
3. 在ViewRootImpl中会通过调用scheduleTraversals方法来对View重新绘制，包括测量、布局、绘制。除了View自身重绘，还会通过WindowSession来更新Window的视图，最终依旧交由WindowManagerService的relayoutWindow方法来实现。

4. Window的创建过程

View不能单独存在，它需要附着在Window上面，因此有视图的地方就有Window。

4.1 Activity的Window创建过程

Activity的启动过程很复杂，最终会由ActivityThread中的performLaunchActivity来完成整个启动过程，在这个方法内部会通过类加载器来创建Activity的实例对象，并调用attach方法来为其关联运行中所依赖的一系列上下文环境变量。

在Activity的attach方法中，系统会为其创建Activity所属的Window对象并为其设置回调接口，Window对象的创建是通过PolicyManager的makeNewWindow来实现的。

由于Activity实现了Window的Callback接口，因此当Window接收到外界的状态改变时就会回调Activity的方法。Callback接口中有很多方法，常用的是：onAttachedToWindow、onDetachedFromWindow、dispatchTouchEvent等等

Activity的Window由PolicyManager创建的，在实际的调用中，PolicyManager的真正实现是Policy类，在Policy类的makeNewWindow中，创建了一个PhoneWindow。

Window的创建已经完成了，接下来，分析下Activity的视图是如何附属在Window上的，首先将分析Activity的setContentView方法。在Activity的setContentView方法中，Activity将具体的实现交由Window处理，而Window的具体实现是PhoneWindow，所以接下来看下PhoneWindow中的相关逻辑。

1. 如果没有DecorView，就去创建它：DecorView是Activity中的顶级View，内部包含标题栏和内容栏。DecorView的创建过程由installDecor来完成，在方法内部通过generateDecor方法来直接创建DecorView，这个时候的DecorView还是一个空白的FrameLayout。除此之外，还将会调用generateDecor方法将布局文件加载到DecorView中。
2. 将View添加到DecorView的mContentParent中：通过inflate将Activity的视图直接添加到DecorView的mContentParent中。
3. 回调Activity的onContentChanged方法通知Activity视图已经发生改变：由于Activity实现了Window的Callback接口，这里表示Activity的视图已经被添加到DecorView的mContentParent中，于是通知Activity。
4. 经过了上述的三个步骤后，此时的DecorView已经被创建且初始化完成，Activity的视图文件也添加到DecorView的mContentParent中，但是这个时候DecorView还没被WindowManager正式添加到Window中。虽然在Activity的attach方法中创建了Window，但是这个时候DecorView还没有被WindowManager识别，所以此时的Window无法提供具体功能，无法接受外界的信息。在ActivityThread的handleResumeActivity中，首先会调用Activity的onResume方法，随后会调用Activity的makeVisible方法，在makeVisible中，DecorView完成真正的添加和显示过程，至此Activity的视图才可被用户所见。

4.2 Dialog的Window创建过程

1. 创建Window：同样通过 PolicyManager 的 makeNewWindow 来创建 Window，创建后的对象依旧是PhoneWindow，与 Activity 的创建 Window 过程一样。
2. 初始化 DecorView 并将 Dialog 的视图添加到DecorView中。
3. 将DecorView添加到Window中并显示。

注意：应用token一般只有Activity拥有，系统Window比较特殊，可以不需要token。因此当应用Window使用ApplicationContext时，运行会报错。所以Dialog的Window创建默认需闯入Activity的Context。

4.3 Toast的Window创建过程

1. Toast的具体定时功能，所以系统才用了Handler。
2. 在Toast里由两类IPC过程，一个是Toast访问的 NotificationManagerService ，另一个是NotificationManagerService 回调的Toast里的 TN 接口。
3. Toast属于系统 Window，其内部有两种方式指定视图，一种是系统默认的方式，另一种是通过setView方式来指定，不管哪种方式，都对应着Toast的mNextView。Toast的 show 和 cancel 方法内部都是IPC过程。
4. 在Toast显示过程中，调用 NMS 的 enqueueToast 方法，将Toast请求封装成 ToastRecord 添加到mToastQueue中，其容量为50，为了防止恶意的DOS攻击。 service.enqueueToast(pkg, tn, mDuration)
5. Toast的显示与隐藏分别调用 handleShow 和 handleHide 方法。

注意：由于Toast的显示与隐藏涉及到 IPC 过程，所以涉及到 Binder 来跨进程通信。TN 是一个 Binder 类，当Toast处理显示或者隐藏的时候，都会回调TN这个接口。这时TN运行在Binder线程池中，需要通过Handler来切换到当前线程，因此Toast无法在没有Looper的线程中弹出。