Android 12 - WMS 层级结构 && DisplayAreaGroup 引入

Posted 2022-10-17 HansChen_

1. 简介

在 android 窗口管理中，所有的窗口都是以树形数据结构进行组织管理的，认知这棵 WMS 的树有助于我们理解窗口的管理和显示，同时，WMS 的层级也决定了其在 SurfaceFlinger 的层级结构，这恰恰决定了它的显示规则。

2. WMS 顶层层级构建

在 Android 12 中，所有窗口树形管理都继基于 WindowContainer， 每个 WindowContainer 都有一个父节点和若干个子节点，我们先看看框架中 WindowContainer 都有哪些类型：

• RootWindowContainer： 最顶层的管理者，直接管理 DisplayContent
• DisplayContent： 代表着一个真实或者虚拟的显示设备，在普遍场景中，系统中只存在一个 DisplayContent
• TaskDisplayArea： 是系统中所有应用任务的父节点，用于管理 Task
• Task： 代表着一个任务
• ActivityRecord： 代表一个 Activity 节点
• WallpaperWindowToken： 代表壁纸节点
• …

在开始之前大概整理了一下系统中各个节点之间的关系：

从上图可以看到，节点之间的嵌套关系还是比较复杂的（ 而且这还是不包括下面章节中提到的引入 Feature 之后的层级关系），层级的最顶端就是 RootWindowContainer， 而它的子节点只能是： DisplayContent

// RootWindowContainer.java
void setWindowManager(WindowManagerService wm) 
    ...

    final Display[] displays = mDisplayManager.getDisplays();
    for (int displayNdx = 0; displayNdx < displays.length; ++displayNdx) 
        final Display display = displays[displayNdx];
        // 为每一个 Display 挂载一个 DisplayContent 节点
        final DisplayContent displayContent = new DisplayContent(display, this);
        addChild(displayContent, POSITION_BOTTOM);
        if (displayContent.mDisplayId == DEFAULT_DISPLAY) 
            mDefaultDisplay = displayContent;
        
    
    ...

再来看看 DisplayContent 的构造方法，核心逻辑就只有一句，依靠 DisplayAreaPolicy 进行层级初始化

// DisplayContent.java
DisplayContent(Display display, RootWindowContainer root) 
    super(root.mWindowManager, "DisplayContent", FEATURE_ROOT);
    ...

    // 构造子节点层级，默认策略是使用 DisplayAreaPolicy.DefaultProvider
    mDisplayAreaPolicy = mWmService.getDisplayAreaPolicyProvider().instantiate(
            mWmService, this /* content */, this /* root */, mImeWindowsContainer);

    ...

// DisplayAreaPolicy.java
static final class DefaultProvider implements DisplayAreaPolicy.Provider 
    @Override
    public DisplayAreaPolicy instantiate(WindowManagerService wmService,
            DisplayContent content, RootDisplayArea root,
            DisplayArea.Tokens imeContainer) 
        // 创建 TaskDisplayArea 节点，注意，这里是允许创建多个 TaskDisplayArea 并添加的
        final TaskDisplayArea defaultTaskDisplayArea = new TaskDisplayArea(content, wmService,
                "DefaultTaskDisplayArea", FEATURE_DEFAULT_TASK_CONTAINER);
        final List<TaskDisplayArea> tdaList = new ArrayList<>();
        tdaList.add(defaultTaskDisplayArea);

        final HierarchyBuilder rootHierarchy = new HierarchyBuilder(root);
        rootHierarchy.setImeContainer(imeContainer).setTaskDisplayAreas(tdaList);
        if (content.isTrusted()) 
            // 配置 Feature 及它所能影响的层级
            configureTrustedHierarchyBuilder(rootHierarchy, wmService, content);
        

        // 根据配置的 Feature  生成并挂载各个节点，建造层级
        return new DisplayAreaPolicyBuilder().setRootHierarchy(rootHierarchy).build(wmService);
    

在 Android 12 上，Feature 正式派上用场了，原生添加了以下 Feature：

• WindowedMagnification: 屏幕放大功能，通過 SystemUI mirrorSurface 该节点实现内容拷贝，详见 WindowMagnificationGestureHandler#toggleMagnification
• HideDisplayCutout： 隐藏刘海屏功能，开启后，该节点将不会延伸到刘海屏区域（除了状态栏导航栏等窗口，因为不在节点控制范围之内）
• OneHandedBackgroundPanel: 单手模式下此节点会挂载一个纯色图层（在壁纸图层之下），防止深色模式下分辨不出单手模式
• OneHanded： 单手模式下相关节点都会做一个向下的位移
• FullscreenMagnification： 屏幕放大功能，通过无障碍服务 FullScreenMagnificationController.SpecAnimationBridge#setMagnificationSpecLocked 最后调用 DisplayContent#applyMagnificationSpec 方法实现节点放大。不过源码中并不是通过这个 Feature 来实现相关层级放大的，改造得还不彻底
• ImePlaceholder： 特殊情况下用来放置输入法的节点

我们知道，Android 系统是有 Z 轴概念的，不同的窗口有不同的高度，所有的窗口类型对应到 WMS 都会有一个 layer 值，layer 越大，显示在越上面，WMS 规定 1~36 层级，每一个 Feature 都指定了它所能影响到的 layer 层。这里用颜色对不同 Feature 能影响 layer 图层进行颜色标记：

标记完之后，就需要根据图表生成窗口层级了，首先对标记好的图表进行上移，上移规则： 如果色块上方是空白的，则可以上移，直至上方是颜色块（不知道大家有没有玩过 2048 这款游戏，上移逻辑是一样的~）

上移之后，我们得到了最终的图表，接下来用以下规则进行层级构建：

• 同一行相邻的同色块变成一个 Feature 节点，从左到右根据颜色不断生成节点，同一行所有节点挂在同一个父节点下
• 父节点就是垂直正上方一行的色块对应的节点
• 为最末端所有 Feature 节点再添加一个节点，根据子节点代表的 layer 不一样，最后添加的节点也不一样
  • 除了 layer 是 2、15 和 16 外，挂载 DisplayArea.Tokens（这类节点后续只能添加 WindowToken 节点）
  • layer = 2 （也就是 APPLICATION_LAYER）的节点，挂载 TaskDisplayArea
  • layer 等于 15 和 16 的节点，挂载 ImeContainer

通过上述构建规则后，我们可以获得一个树形的层级，并且这棵树有以下特点：

• 树的最末端节点对应一个 layer 范围，同一个 layer 值只有一个末端节点与之对应
• 为所有 Feature 都生成了对应的父节点，用以控制其所能影响的 layer

生成了这棵树后，我们会保存两样东西：

• 所有 layer 值对应的最末端节点，方便我们后续根据窗口类型添加节点
• 以 Map<Feature, List<DisplayArea>> 形式保存的所有 Feature 节点，方便我们后取出某 Feature 对应的所有节点

现在，虽说我们的 WMS 层级是构建好了，但对于这些 Feature 有何作用还完全没有涉及，这块打算放在 WM Shell 专题里进行说明~~

3. DisplayAreaGroup

通过上面 Feature 的说明可以知道，不同的 Feature 是父子节点的关系，那如果我想划分一个逻辑显示区域，对这块区域配置不同的 Feature 该如何呢？ 这时候就可以使用 DisplayAreaGroup 了，框架允许我们添加多个 DisplayAreaGroup， 并为其配置不同的 Feature。

就像原生提供的 demo 一样，我们可以创建两个 DisplayAreaGroup 并将屏幕一分为二分别放置这两个，这两个区域都是可以作为应用容器的，和分屏不一样的是，这两块区域可以有不同的 Feature 规则以及其他特性，比如设置不同的 DisplayArea#setIgnoreOrientationRequest 值

DisplayAreaGroup 和 DisplayContent 都是 RootDisplayArea 的直接子类，DisplayAreaGroup 可以认为是一个 Display 划分出的多个逻辑 Display 吧。当然，AOSP 虽然引入了这个概念和代码，但其实并未使用，我们只能从测试代码 DualDisplayAreaGroupPolicyTest 中略窥一二了~

4. 小结

WMS 相关的内容体系实在太多，本文也仅仅是分析 WMS 窗口层级最顶层的结构，对于具体的窗口添加移除管理这些尚未涉及，同样，原生新增的 Feature 节点使用也没有涉及（这大部分都被打包进 WM Shell 中去了）