ANDROID窗体管理服务实现机制和架构分析

一、功能

    窗体管理是ANDROID框架一个重要部分,主要包含例如以下功能:

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

   （4）Token管理，AppToken

   （5）活动窗体管理（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体管理服务和对应的client来实现的,client通过BINDER机制与服务实现交互。

      窗体管理服务端负责基本的窗体管理功能,由一个WindowManagerService服务及相关的类来组成。

client则负责与窗体管理服务交互，并相应用和其他服务提供窗体管理接口，包含提供窗体视图的加入、移出和更新等接口函数。client的功能通过WindowManager接口及事实上现WindowManagerImpl和相关类来完毕。WindowManager提供的接口函数包含例如以下几个：

         1、 public voidaddView(View view, ViewGroup.LayoutParams params)。

               用来在窗体实例相应的窗体上加入一个视图。

2、public void removeView(View view) 。

              用来从窗体实例相应的窗体上移出一个视图。

         3、public void updateViewLayout(View view,ViewGroup.LayoutParams params)；

             用来更新窗体上的视图的布局。

4、   public DisplaygetDefaultDisplay();

   每一个窗体管理实例须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体。

   该函数返回一个窗体管理实例管理和使用的显示对象。

      窗体为了能在另外的显示器上显示，须要先调用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相应的窗体管理实例。也能够直接创建一个Presentation对象，Presentation对象会自己主动创建显示对象须要的窗体管理实例和Context对象。

二、类图

    窗体管理的整个类图例如以下:

       整个类图包含client和服务端两大部分。

       服务端的主要类有WindowManagerService、Session、WindowState、WindowToken、AppWindowToken、DisplayContent等主要类。

       WindowManagerService服务是一个系统服务类。是整个窗体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client提供交互接口（IWindowSession）。包含窗体的创建、销毁、布局等接口。

每一个与窗体管理服务交互的进程通常都须要打开一个Session对象来实现交互。用来保证一个Session会话期间窗体状态的一致。

       Session对象在一个进程新建第一个视图时使用窗体管理服务的的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，实现视图及包括的子视图在显示硬件上的实际输出工作。

       服务端创建的窗体类型包含三大类型的窗体：包含三种类型的应用窗体、五种类型的子窗体（必须依附于其他窗体的窗体类型，31种系统窗体（系统创建的窗体，应用不能使用）。

     应用窗体类型：

1. TYPE_BASE_APPLICATION

   基窗体。作为全部其他应用窗体的基窗体,全部其他应用窗体须要在该类型的窗体上面呈现。

2. TYPE_APPLICATION

   普通应用窗体，通常与一个ACTIVITY相应，该类型的应用窗体必须有一个Activity token来标示它所属的Activity。

3. TYPE_APPLICATION_STARTING

   应用启动窗体，该类型窗体在应用启动时显示。

   该类型窗体由系统使用。用来在应用可以显示本身窗体之前显示一些其他内容。

子窗体类型：

1. TYPE_APPLICATION_PANEL

   PANEL类型窗体。用来在它所依附的应用窗体上面显示一个PANEL。

2. TYPE_APPLICATION_MEDIA

   MEDIA窗体，这样的类型的子窗体在它所依附应用窗体的后面显示，用来显示媒体内容，如视频。

3. TYPE_APPLICATION_SUB_PANEL

   子PANEL窗体，该类型的窗体在它所依附的应用窗体和随意的PANEL窗体的上面显示。

4. TYPE_APPLICATION_ATTACHED_DIALOG

   依附对话框窗体，用来在一个应用窗体上显示一个对话框。

5. TYPE_APPLICATION_MEDIA_OVERLAY

   媒体覆盖窗体。用来在媒体窗体上显示一些覆盖物，该类型窗体在应用窗体和媒体窗体之间显示。因此它应该是透明的。

 系统窗体类型包含：TYPE_STATUS_BAR、TYPE_SEARCH_BAR、TYPE_PHONE、TYPE_SYSTEM_ALERT、TYPE_KEYGUARD、TYPE_TOAST、TYPE_SYSTEM_OVERLAY、TYPE_PRIORITY_PHONE、TYPE_SYSTEM_DIALOG、TYPE_KEYGUARD_DIALOG、TYPE_SYSTEM_ERROR、TYPE_INPUT_METHOD、TYPE_INPUT_METHOD_DIALOG、TYPE_WALLPAPER、TYPE_STATUS_BAR_PANEL、TYPE_SECURE_SYSTEM_OVERLAY、TYPE_DRAG、TYPE_STATUS_BAR_SUB_PANEL、TYPE_POINTER、TYPE_NAVIGATION_BAR、TYPE_VOLUME_OVERLAY、TYPE_BOOT_PROGRESS、TYPE_HIDDEN_NAV_CONSUMER、TYPE_DREAM、TYPE_NAVIGATION_BAR_PANEL、TYPE_UNIVERSE_BACKGROUND、TYPE_DISPLAY_OVERLAY、TYPE_MAGNIFICATION_OVERLAY、TYPE_RECENTS_OVERLAY、TYPE_KEYGUARD_SCRIM、TYPE_PRIVATE_PRESENTATION。

       窗体管理服务内部使用WindowState窗体状态对象来维护每一种类型的窗体状态。并使用WindowToken对象来唯一标示每一个窗体，因此每一个窗体必须相应一个WindowToken对象和一个WindowState对象，每一个窗体相应的WindowToken对象依据client传送的窗体布局參数中的token值来实例化和定位。

       在窗体管理服务的addWindow函数中，使用attrs.token作为參数实例化一个WindowToken对象。并使用token作为键值保存到窗体管理服务的一个HashMap变量中。

<span style="color:#000066;">   mTokenMap.put(attrs.token, WindoToken); </span>

       每一个WindowState窗体状态对象也依据传进来的client对象（为一个IWindow.Stub对象）作为键值放到mWindowMap中。实现WindowState窗体状态对象与client对象的绑定。

<span style="color:#000066;">        mWindowMap.put(client.asBinder(), win);

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

   attrs .token參数是窗体布局參数中LayoutParams的一个binder对象,在client新建窗体（addView）时赋值，主窗体类型相应ACTIVITY的AppToken。子窗体类型相应主视图的WindowToken。

<span style="color:#000066;">	public static class LayoutParams extends ViewGroup.LayoutParams  
  
	       implements Parcelable {  
	  
	        public int type;
	  
	       public IBinder token = null;  
	  
	 }  
</span>

       窗体管理系统支持多用户以及在多个显示器进行输出，不同的用户能够显示不同的内容。不同的显示器也能够显示不同的内容。并且每个窗体还能够依附有子窗体。

因此每个WindowState对象维护一个独立的DisplayContent对象用来指示相应的窗体所依附的显示单元，每个DisplayContent对象内部也维护一个WindowState类型的WindowList窗体列表，用来存储该显示单元要显示的窗体列表。DisplayContent对象还通过StackBox、TaskStack及Task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体。

      AppWindowToken对象是WindowToken类的特例。用来作为应用窗体类型的标示。应用类型的窗体相应的WindowToken对象的appWindowToken属性必须指向一个AppWindowToken对象。

AppWindowToken对象内部还包括一个与client的应用窗体交互的IApplicationToken接口，实现与Activity的交互。

      窗体管理系统中的ViewServer类提供了窗体的远端控制功能。

InputMonitor类提供了输入焦点窗体的监视和输入提交到对应窗体的功能。

   窗体管理系统还提供了一个WindowManagerPolicy类， 窗体管理服务通过WindowManagerPolicy类实现窗体管理须要的全部UI方面的特定行为和操作（如窗体布局、特定的窗体类型、按键提交等）。

    窗体管理服务还通过IActivityManager、DisplayManager、DisplayManagerService、InputManagerService、IInputMethodManager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。

       client主要包括四个类 : ViewRootImpl、WindowManagerImpl、VIEW、Surface。

       ViewRootImpl是视图处理类。是client视图的处理类，client的视图通过该类与窗体管理服务交互，因此ViewRootImpl是一个中介类。

       ViewRootImpl内部包括一个从IWindow.Stub派生的内部类（ViewRootImpl.W）。窗体管理服务通过该对象能够与client反向通讯。

 client与窗体服务打开的会话保存在一个IWindowSession类型的变量中。client使用该变量向窗体管理服务端的Session对象发送请求，窗体管理服务中的窗体状态对象使用IWindow接口向client回送应答，借助ViewRootImpl的这两个Binder对象实现了client与窗体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clientWindowManager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client的窗体管理请求。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client加入一个视图时都新创建一个ViewRootImpl对象，并把要加入的视图和新创建的ViewRootImpl对象加入到对应数组中，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.AttachInfo是View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对象与窗体管理服务交互，加入绑定到特定的显示桌面和窗体，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。

    以下是一个打开一个窗体的序列图：

1）client在创建窗体时首先调用getWindowManager获得本地窗体管理对象，并调用其addView函数，在这里还为窗体的布局參数赋值，如窗体标题、包名字、token值、flag值等；

2）WindowManagerImpl是WindowManage的详细实现，因此窗体管理接口的addView函数实际调用WindowManagerImpl的addView函数；

4）WindowManagerImpl的addView函数首先查看要加入的视图是否已经存在，若不存在则实例化一个ViewRootImpl对象。并把view和ViewRootImpl对象及布局參数保存到本地数组中。接着调用ViewRootImpl对象的setView函数；

5）ViewRootImpl对象的setView函数先请求进行窗体的布局（调用requestLayout。在client完毕一些处理后，也终于通过IWindowSession向窗体管理服务端的Session对象发送relayout布局请求），然后依据窗体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对象发送新建窗体的请求（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，就调用窗体管理服务的addWindow函数来完毕新建窗体的任务，完毕实际创建窗体的工作。addWindow中首先实例化一个WindowState对象代表新建的窗体，接着使用client窗体的Binder对象（ViewRootImpl.W对象）为键值把WindowState对象放入mWindowMap中，并依据Z-ORDER放入WindowState所维护的窗体列表数组中，还要调用WindowState对象的attach函数与Session完毕绑定。并在SurfaceSession没有创建时完毕创建；然后新建或获得WindowToken。并使用传进来的client窗体布局參数中的token值把WindowToken放入mTokenMap中，建立两者的映射关系。最后依据窗体是否能可以接收键值更新焦点窗体。

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