Android Service之WindowManagerService

发表于

WM服务是Android的窗口管理器, 提供了多Window合成, 手势分发等服务.

  • 与相应的UI进程通过IWindowSession与IWindow接口通信
  • 与SurfaceFlinger服务通过SurfaceSession通信, 并向UI进程暴露Surface用于绘制UI

多窗口合成相关

  • WM内部维护了一个Session的ArraySet用于记录一系列活跃的, 与客户端通信的会话。
  • 维护了一个已WindowToken为Key的， WindowState为Value的字典， 用于记录Window信息
  • 维护了多个WindowState列表表示不同状态

基本概念

Session是什么

Session代表一个有效的客户端会话，一个进程只有一个， 用于与WM通信交流。

对对应的UI进程而言提供IWindowSession实现, 可跨进程传输. 由WindowManagerService的openSession方法触发构造, 在客户进程的触发条件是WindowManagerGLobal.getWindowSession.

由Session.addToDisplayXXX -> WindowManagerService.addWindow -> WindowState.attach -> Session.windowAddedLocked添加进入WM.sessions中， 客户端的触发函数是: ViewRootImpl.setView方法， 额， ViewRootImpl的Session引用通过WindowManagerGlobal.getWindowSession获取。

对WM服务而言,

  • 内部属性mSurfaceSession: 用于与SurfaceFlinger ipc通信

通信流程

WM服务与相应的UI进程暴露了两个接口用于通信: IWindowSession和IWindow

  • 第一步: 打开会话Session, 在UI进程WindowManagerService#openSession创建一个对应进程唯一的Session
  • 第二步: 在UI进程(由ViewRootImpl的setView触发)中调用IWindowSession#add, addToDisplay等add方法将一个Window添加到WindowManagerService中
  • 第三步: 在UI进程中, 若Window的属性发生改变, 调用IWindowSession#relayout告知WindowManagerService属性改变, 并且返回对应的Surface
  • 第四步: WM服务通过IWindow接口告知Window, resize(窗口大小, 系统组件, 键盘等大小改变), moved(坐标改变), dispatchAppVisibility(应用可见性改变), dispatchGetNewSurface, WindowFocusChanged, closeSystemDialogs,

AppWindowContainerControler

可以理解为暴露给ActivityManagerService的接口. 在AM服务(ActivityManagerService)中的ActivityRecord中调用创建AppWindowContainerControler, 也就是说Activity的IBinder token是由AM服务传递过来的, 用来构造WindowToken类.

WindowManagerService是如何记录Window信息的

在WM服务中, 使用WindowState对象记录Window的信息. 通过RootWindowContainer, DisplayContent, WindowState组成一个WindowState Tree:

  • RootWindowContainer: 由WindowManagerService持有, 其内部是多个DisplayContent
    • DisplayContent: 表示一个显示屏, 其内部主要是DisplayChildWindowContainer.
      • DisplayChildWindowContainer: 包含多个TaskStack, 表示一系列的WindowState

  1. DisplayContent

    同样是一个WindowContainer， mChildren中放置的是DisplayChildWindowContainer.

    • mTaskStackContainers: 用于存放一个个StackTask
    • mAboveAppWindowContainers: 与App无关的, 如StatusBar
    • mBelowAppWindowContainers: 与App无关的, 如壁纸
    • mImeiWindowContainers: 输入框
    • mLayerController: WindowLayersController

    perrformLayout:

    • 调用WindowManagerPolicy的beginLayoutLw, 实现为PhoneWindowManager
    • 首先forAllWindows遍历所有的未attached的Window
    • 然后forAllWindows遍历所有attached的windows

    对所有window进行Layout时， 均会调用WindowManagerPolicy的layoutWindowLw方法

    applaySurfaceChangesTransaction:

    • 放置壁纸
    • 调用自身的performLayout计算各个Window的位置信息
    • 自上而下调用mApplySurfaceChangesTtransaction

  2. WindowState

    在WindowManager中记录一个Window的所有属性,

    包含以下属性:

    • mSession: Session: 这个Session每个进程有一个

    • mClient: IWindow: 对应的Window的Binder接口

    • mToken: WindowTtoken

    • mAppToken: AppWindowToken, 如果是一个app窗口， 则mAppToken与mToken相同

    • mIsChildWindow

    • mBaseLayer, mSubLayer

    • mLayoutAttached, mIsImWindow, mIsWallpaper, mIsFloatingLayer

    • mViewVisibility, mSystemUiVisibility, mAppOpVisibility

    • mAppFreezing, mHidden, mWallpaperVisible, mResizeMode

    • mLayer, mHaveFrame, mObscured, mTurnOnScreen

    • mContentInsets, mLastContentInsets

    • mWinAnimator: WindowStateAnimator

    computeFrameLw:

    • 如果是将被替换, 动画退出状态 不计算
    • 判断inFullscreenContainer, 大部分情况下是true
    • 判断windowsAreFloating, 大部分情况下是false

    定义了多个Frame的定义:

    mFrame 应用看到的真实Frame大小, 位于屏幕坐标系中, 也是DecorView的大小
    mContainingFrame  
    mParentFrame  
    mDisplayFrame 当前TaskStack所占屏幕区域, 大部分是否就是整个屏幕大小
    mOverscanFrame 包含过扫描的屏幕部分, 一般针对电视而言
    mStableFrame 无论状态栏与导航栏是否可见, 均不包含它，一般是一个定值
    mDecorFrame 不包含状态栏与导航栏的区域, 在状态栏与导航栏可见时其值与mStableFrame相同
    mContentFrame 等于mDecorFrame减去输入法占用的区域(注释错误), 表示App的内容区
    mVisibleFrame 兼容旧版App使用， 一般与mContentFrame相同(注释错误), 表示mContentFrame减去输入法
    mOutsetFrame 包含不想绘制图形衬边的Frame, 如果有衬边, 比mContentFrame大一圈
    mInsetFrrame 这个跟multiwindow模式有关

  3. WindowState接口

    -   int getOwningUid():  获取窗口的所属uid
-   String getOwningPackage()
-   void computeFrameLw(Rect parentFrame, Rect displayFrame, Rect overlayFrame, Rect contentFrame, Rect visibleFrame, Rect decorFrame, Rect stableFrame, Rect outsetFrame)
-   Rect getFrameLw(): 获取window当前被window manager赋予的frame
-   Point getShowPositionLw(): 当前window的位置
-   Rect getDisplayFrameLw()

多窗口布局相关

布局策略由WindowManagerPolicy这个类提供布局抽象,　并且定义了WindowState, InputConsumer, StartingSurface, WindowManagerFuncs(用于回调WM服务), PointerEventListener. 其中WindowManagerPolicy在手机上的实现为PhoneWindowManager, 用于在手机屏幕上进行窗口合成, 需要留意的接口如下:

  • void beginLayoutLw: 开始布局当前屏幕
  • void getContentRectLw(Rect r): 用于返回当前屏幕中可用于App展示的位置
  • void layoutWindowLw(WindowState win, WindowState attached): 当前屏幕中的任意一个Window layout时需要调用此方法
  • int focusChanged(WindowState lastFocus, WindowState newFocus)

PhoneWindowManager.java

# 用来dump PhoneWindowManager的状态信息
adb shell dumpsys window policy

有几个Frame概念需要了解

  • mOverscanScreenLeft, mOverscanScreenTop, mOverscanScreenWidth, mOverscanScreenHeight: 包含过扫描区域的空间, 一般在电视才有意义
  • mUnrestrictedScreenLeft(Top, Width, Height): 当前屏幕的可见区域, 不会包含过扫描区域. 一般与mOverrscanScreenXXX相同
  • mRestrictedOverscanScreenLeft(Top, Width, Height): 一般指mOverscanScreenXxx不包含navigation bar的区域
  • mRestrictedScreenLeft(Top, Width, Height): 当前屏幕的大小, 如果状态栏不能隐藏, 不包含状态栏与导航栏的部分
  • mSystemLeft(Top, Right, Bottom): 在Layout阶段, 系统UI的屏幕边界
  • mStableleft(Top, Right, Bottom): 不包含状态栏， 导航栏的部分. 用于提供给StableContent的区域
  • mStableFullscreenLeft(Top, Right, Bottom): 与mStableXxx类似， 但是包含状态栏， 用于同时满足全屏, Stable属性
  • mForceImmersiveLeft(Top, Right, Bottom): 用于沉浸式
  • mCurLeft(Top, Right, Bottom): 系统装饰(状态栏, 导航栏, 输入法Dock)的边界
  • mContentLeft(Top, Right, Bottom): window展示内容给用户的区域, 一般与mCurXxx相同(除了屏幕装饰有insets时, 此时比mCurXX区域大一点)
  • mDockLeft(Top, Right, Bottom): 输入法Window放置的位置

需要注意的是mContentLeft(xxx)与WindowState中的content不是一回事, PhoneWindowManager中的mContentLeft是WindowState中的visibleFrame对应的大小.

在PhoneWindowManager.java的beginLayoutLw方法中, 在手机中， mOverscanScreenXxx, mUnrestrictedLeft, mSystemXX, mStableLeft一般均是屏幕大小(现代显示屏时没有oversacan这个值的)。 然后layout 导航栏(layoutNavigationVar), 然后layout状态栏(layoutStatusBar)

layout导航栏, 确定导航栏位置(底部, 右边, 左边), 仅分析导航栏位于底部的case:

  • 计算得到:mStableBottom = mStableFullscreenBottom = displayHeight - overscanBottom - navigationBarHeight.
  • 若导航栏可见且不是瞬时可见的, 则mContentBottom = mSystemBottom = mDockBottom = 导航栏顶部.

layout状态栏:

  • 状态栏可见且不透明: mContentTop = mDockTop = mUnrestrictedTop(一般为0) + mStatusBarHeight,
  • 状态栏可见, 没有动画, 不透明, 不瞬时, 最近没有透明过 mSystemTop = mUnrestrictedTop + mStatusBarHeight

WindowSurfacePlacer.java

用于放置windows与其surfaces, 整个WindowManagerService只有一个.

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final void performSurfacePlacement(boolean force) {
	if (mDeferDepth > 0 && !force) {
		return;
	}
	int loopCount = 6;
	do {
		mTraversalScheduled = false;
		performSurfacePlacementLoop();
		mService.mAnimationHandler.removeCallbacks(mPerformSurfacePlacement);
		loopCount--;
	} while (mTraversalScheduled && loopCount > 0);
	mService.mRoot.mWallpaperActionPending = false;
}

其performSurfacePlacement用于触发Window的layout.

其由:

  • ViewRootImpl的relayoutWindow触发
  • AppWindowToken的setVisibility，可以由AM的ActivityRecord触发
  • AppWindowToken的finishRelaunching
  • AppWindowToken的stopFreezingScreen
  • DisplayContent的layoutAndAssignWindowLayersIfNeeded
  • StackWindowController的resize
  • WindowToke的setExiting

Surface操控

WindowManagerService在进行窗口布局完成后需要通知SurfaceFlinger窗口位置改变, 那么WM服务如何记录Surface的对应关系, 并且是什么时候通知SurfaceFlinger的呢.

WindowState对象中有一个WindowStateAnimator属性, WindowStateAnimator的内部属性mSurfaceController作为操控SurfaceController的控制器.