14.WMS工作原理

WMS是Android中图形用户接口的引擎，它管理着所有窗口。所谓的“管理”大致包括创建，删除窗口，以及将某个窗口设置为焦点窗口，焦点窗口是指当前正在和用户交互的窗口。

在WMS中，窗口是由两部分内容构成的，一部分是描述该窗口的类WindowState，另一部分是该窗口在屏幕上对应的界面Surface。

窗口管理服务端要解决的核心问题如下：

  • 窗口如何布局
  • 窗口尺寸受制于哪些因素
  • 如何寻找焦点窗口

  • 窗口切换时的动画策略

    WMS的内部逻辑中，会进行三种常见的操作：assign layer，perform layout，place surface。

  • assign layer的语义是，为窗口分配层值。在WMS中，每个窗口都使用WindowState类来描述，而窗口要在界面上显示时，需要指定窗口的层值。从用户的视角来看，层值越大，其窗口越靠近用户，窗口之间的层叠正是按照层值进行的。

  • perform layout的语义是计算窗口的大小，每个窗口对象都必须有一个大小，即窗口大小，perform layout将根据状态栏大小、输入法窗口的状态、窗口动画状态计算该窗口的大小。
  • place surface的语义是，调整Surface对象的属性，并重新将其显示到屏幕上。由于assign layer和perform layout的执行结果影响的仅仅是WindowState中的参数，而能够显示到屏幕上的窗口都包含一个Surface对象，因此只有将以上执行结果中的窗口层值、大小设置到Surface对象中，屏幕上才能看出该窗口的变化。place surface的过程就是将这些值赋值给Surface对象，并告诉Surface Flinger服务重新显示这些Surface对象。

WMS接口结构是指WMS功能模块与其他功能模块之间的交互接口，其中主要包括与AMS模块及应用程序客户端的接口：

  • 应用程序在Activity中添加、删除窗口。具体实现就是通过调用WindowManager类的addView()和removeView()函数完成，这会转而调用ViewRootImpl类的相关方法，然后通过IPC调用到WMS中的相关方法完成添加、删除过程。
  • 当AMS通知ActivityThread销毁某个Activity时，ActivityThread会直接调用WindowManager中的removeView()方法删除窗口。
  • AMS中直接调用WMS，这种调用一般都不是请求WMS创建或者删除窗口，而是告诉WMS一些其他信息。比如某个新的Activity就要启动了，从而WMS会保存一个该Activity记录的引用。

在WMS内部，则全权接管了输入消息的处理和屏幕的绘制。其中输入消息的处理是借助于InputManager类完成的，而绘制屏幕则是借助于SurfaceFlinger模块完成的。

每个窗口都会对应一个WindowState对象，因为窗口的本质就是由WindowState类描述的数据对象，WindowState类中记录作为一个窗口应该有的全部属性，比如窗口的大小、在屏幕上的层值，以及窗口动画过程的各种状态信息。WindowToken描述的是窗口对应的token的相关属性，每个窗口都会对应一个WindowToken对象，但是一个窗口的所有子窗口将对应同一个WindowToken对象，即多对一的关系。如果窗口是由Activity创建的，即该窗口对应一个Activity，那么该窗口同时对应一个AppWindowToken对象。

创建窗口的时机可分为两种，第一种是程序员主动调用WindowManager类的addView()方法；另一种是当用户启动一个新的Activity或者显示一个对话框、菜单栏的时候，在这种情况下，程序员并不直接调用addView()函数，但是这些类的内部同样会间接调用addView()函数。

当客户端调用WindowManager类的addView()方法后，该方法会创建一个新的ViewRootImpl对象，然后调用ViewRootImpl类的setView()方法，该方法中会通过IPC方式调用WMS类中内联类Session类的add()方法。Session类的add()方法又会间接调用WMS的addView()方法。addView()流程内部可粗略分为三个小过程，第一个过程是进行前置处理，即首先判断参数的合法性，以确保接下来的添加操作能够顺利进行；第二个过程是具体添加和窗口有关的数据；第三个过程是后置处理，即添加窗口会引起相关状态的变化，因此需要把这些变化反映到相关的数据中。

无论何种情况，WMS要销毁一个Activity相关的窗口时，都必须调用ActivityThread.ApplicationThread的scheduleDestroyActivity()。该函数是异步执行的，它会发送一个Handler消息，然后返回消息的处理函数是handleDestroyActivity，该函数内部调用了两个重要函数，一个是removeViewImediate()，另一个是cloaseAll()，前者用于删除Activity窗口，后者用于删除Activity相关的窗口，比如Activity的启动窗口、菜单窗口、对话框窗口等。 这两个函数又都会调用各自窗口对应的ViewRootImpl对象的die()函数，每个窗口都会对应于一个ViewRootImpl对象，该函数又会调用doDie()，doDie()又会调用dispatchDetachedFromWindow()，该函数内部调用sWindowSession.remove()，这是一个IPC调用，sWindowSession是客户端中的一个全局静态变量，每个客户端对应一个该对象。

Activity attach方法中会调用Window.setWindowManager，方法中会创建WindowManagerImpl。

添加输入法窗口和普通窗口的主要执行过程是一致的，唯一的区别就在于Policy，PhoneWindowManager这个Policy处理输入法时有两个特点：

  • 只允许输入法窗口被添加一次。
  • 认为输入法窗口下面不应该显示其他窗口的任何内容，所以，当计算窗口时，对于输入法后面的所有窗口的区域被限制在了输入法区域之外，这就导致了输入法显示或隐藏时，其后面窗口的大小会发生变化，仅此而已。

应用窗口能够根据输入法窗口的显示、隐藏而重新设置大小的原因并不是因为它是输入法窗口，而是因为它的出现导致WMS通过IPC回调到了ViewRootImpl.W类的resize()方法，因此，任何能够回调该resized()方法的行为都会导致应用窗口重新设置大小。

WMS的功能可归纳为两个，第一个是保持窗口的层次关系，以便SurfaceFlinger能够据此绘制屏幕；第二个是把窗口信息传递给InputManager对象，以便InputDispatcher能够把输入消息派发给和屏幕上显示一致的窗口。

WMS中的InputManager对象被封装到了一个内部类InputMonitor中，从InputManager的角度来看，InputDispatcher有两个特点：

  • 可以暂停整个Dispatcher的消息派发，该情况下，所有的窗口就都得不到输入消息了。该暂停属性保存在InputDispatcher内的全局变量中。
  • 也可以暂停对某个窗口消息派发，在该情况下，除被禁止的窗口外，其他窗口的消息派发都正常，该禁止属性保存在每一个窗口的内部。

基于以上两点，InputMonitor中提供了两个函数，分别是updateInputDispatchModeLw()和updateInputWindowLw()，前者用于设置InputDispatcher整体的消息暂停属性，后者用于设置某个窗口的禁止属性。

A窗口切换到B窗口：

当要启动B时，AMS会调用WMS的addAppToken添加一个token，该token对应的是新的Activity。然后再调用WMS的setAppStartingWindow()告诉WMS启动窗口的标题和图标，以便WMS能根据这两个信息创建一个启动窗口。WMS接收到这个命令后就开始去创建启动窗口了，创建的过程就是标准的添加窗口的过程。

与此同时，AMS还去启动B对应的进程，如果进程不存在，则运行一个ActivityThread实例。

在接下来的一段时间里，AMS处于空闲状态；WMS内部则开始创建启动窗口，并可能已经创建完毕了启动窗口，但暂时不能显示该启动窗口；而ActivityThread内部也忙碌地启动进程并使ActivityThread就绪。当ActivityThread就绪后，就会通过IPC调用AMS的attachApplication()，通知AMS自己已经就绪，可以运行任何指定的Activity了。当AMS收到这个通知后，一方面会调用WMS的setAppVisibility()使其开始显示启动窗口，并调用WMS的setFocusedApp()将新的AppWindowToken设为焦点窗口，然而此时由于真正的窗口还没有就绪，所以焦点窗口被调整为Null。另一方面则调用ActivityThread中内联类ApplicationThread的scheduleLaunchActivity()，请求其开始运行指定的Activity，这最终会调用执行到Activity类的onCreate()函数中。

在接下来的一段时间里，在WMS中，由于真正的Activity窗口还没有被创建，因此当前的焦点窗口被调整为Null，并且开始了启动动画。另一方面，在ActivityThread类中则开始运行Activity的onCreate()，该函数最终会调用到setContentView()，这会间接地创建一个真正的Activity窗口。

当ActivityThread内部执行到创建真正的Activity窗口时，会调用到WMS中的addWindow()函数，在该函数中，当添加完新窗口后，就会把焦点调整到新窗口中。此时，根据启动动画是否执行完毕，会有两种情况：如果动画还没有执行完毕，则暂时不显示Activity窗口，不过尽管看不到该窗口，但是该窗口却能接收输入消息，换句话说该窗口只是隐形；另一种情况，如果动画已经执行结束，则新窗口会立即显示到屏幕上并接收输入消息。

如果上面的动画还没有结束，则继续执行启动动画，直到动画结束。当动画结束时，WMS内部会发送一个Handler消息，名称为FINISHED_STARTING，该消息具体是在performShowLocked()函数中发出的，在该消息的处理代码中，会调用removeWindow()删除启动窗口。

当按Back键时，会调用到AMS的finishActivityLocked()，在AMS的finishActivityLocked()中，会命令B客户端终止当前正在运行的Activity，B接收到这个命令后就开始执行Activity的onPause()。另一方面，AMS会通知WMS暂停对B窗口的消息派发，这是通过调用WMS的pauseKeyDispatching()函数完成的。

接下来，对用户来讲，次数当前屏幕依然是B窗口，然而却不能接受消息输入，不过仅仅是B窗口，状态栏窗口则依然可以接收消息输入。在B所在的ActivityThread中，则正忙着暂停B，当然，这个过程一般很短暂，最长不超过5秒。至于WMS和AMS，则当前都处于空闲状态。

直到B完成了暂停的过程，它会通过IPC调用AMS的completePauseLocked()，AMS会通知WMS将B置为不可视，将A置为可视。而在WMS中将A置为可视时，会同时通知A的客户端说“窗口可以显示了”，这是通过IPC调用客户端中ViewRootImpl.W类中的dispatchAppVisibility()完成的。A客户端收到该调用后，会在ViewRootImpl内部执行一次performTraversals()，而该函数内部则又会回调到WMS中的relayoutWindow()。

在WMS内部，一方面通过IPC调用客户端的performTraversals()，另一方面则将焦点赋值给A。当WMS收到A客户端的relayoutWindow()调用时，就开始重新创建A对应的Surface，并在Surface创建完毕后将焦点窗口切换到该窗口，然后开始执行退出动画。从现在开始，用户可能还不能看见A窗口的全部区域，但是当用户输入消息时则能够被A窗口处理。

在动画的过程中，当然也可能是在动画结束后，AMS会调用WMS的removeWindowLocked()函数删除B窗口。那么，AMS中为什么会调用到WMS的removeWindowLocked()呢？这是发生在A内部准备好后，会通过IPC调用AMS的activityIdle()，于是AMS就会销毁那些已经finish的Activity，其中就包括B。这是通过IPC调用B进程ActivityThread中的handleDestroyActivity()完成的，该函数内部又会调用removeWindow()等相关的函数，这实际上就调用到了WMS中的removeWindow()。

当退出动画结束后，会执行WindowState类内部的finishExit()，这就会把被删除的窗口的Surface暂时保存到mDestroySurface列表中，并把被删除窗口本身凡在mPendingRemove列表中，从而使得在WMS中的下一次traversals中删除窗口对应的Surface对象即WindowState对象本身。

最后，当B完成destroy时，会通知AMS说“我已经完成了destroy”，这是通过IPC回调AMS的activityDestoryed()实现的。在AMS的activityDestroyed()函数中，则调用了WMS的removeAppToken，从而删除B在WMS中地赢得AppWindowToken对象。

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