Android WindowManager

一、Window分类

Window 有三种类型，分别是应用 Window、子 Window 和系统 Window。应用类 Window 对应一个 Acitivity，子 Window 不能单独存在，需要依附在特定的父 Window 中，比如常见的一些 Dialog 就是一个子 Window。系统 Window是需要声明权限才能创建的 Window，比如 Toast 和系统状态栏都是系统 Window。

Window 是分层的，每个 Window 都有对应的 z-ordered，层级大的会覆盖在层级小的 Window 上面。我们可以用一个表格来直观的表示：

二、WindowManager使用

我们对 Window 的操作是通过 WindowManager 来完成的，WindowManager 是一个接口，它继承自只有三个方法的 ViewManager 接口：添加 View、更新 View 和删除 View。

public interface ViewManager{
    public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params);
    public void updateViewLayout(View view, ViewGroup.LayoutParams params);
    public void removeView(View view);
}

通过WindowManager添加Window：

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
 
    Button floatingButton = new Button(this);
    floatingButton.setText("button");
    WindowManager.LayoutParams layoutParams = new WindowManager.LayoutParams(
            WindowManager.LayoutParams.WRAP_CONTENT,
            WindowManager.LayoutParams.WRAP_CONTENT,
            0, 0,
            PixelFormat.TRANSPARENT
    );
    // flag 设置 Window 属性
    layoutParams.flags= WindowManager.LayoutParams.FLAG_NOT_TOUCH_MODAL;
    // type 设置 Window 类别（层级）
    layoutParams.type = WindowManager.LayoutParams.TYPE_SYSTEM_OVERLAY;
    layoutParams.gravity = Gravity.CENTER;
    WindowManager windowManager = getWindowManager();
    windowManager.addView(floatingButton, layoutParams); 
}

三、WindowManager内部机制

在实际使用中无法直接访问 Window，对 Window 的访问必须通过 WindowManager。WindowManager 提供的三个接口方法 addView、updateViewLayout 以及 removeView 都是针对 View 的，这说明 View 才是 Window 存在的实体，上面例子实现了 Window 的添加，WindowManager 是一个接口，它的真正实现是 WindowManagerImpl 类。

        @Override
        public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params){
            mGlobal.addView(view, params, mDisplay, mParentWindow);
        }
 
        @Override
        public void updateViewLayout(View view, ViewGroup.LayoutParams params){
            mGlobal.updateViewLayout(view, params);
        }
 
        @Override
        public void removeView(View view){
            mGlobal.removeView(view, false);
        }

WindowManagerImpl 并没有直接实现 Window 的三大操作，而是交给了 WindowManagerGlobal 来处理，下面以 addView 为例，分析一下 WindowManagerGlobal 中的实现过程：

1、检查参数合法性，如果是子 Window 做适当调整

if(view == null){
   throw new IllegalArgumentException("view must not be null");
}
 
if(display == null){
   throw new IllegalArgumentException("display must not be null");
}
 
if(!(params instanceof WindowManager.LayoutParams)){
   throw new IllegalArgumentException("Params must be WindowManager.LayoutParams");
}
 
final WindowManager.LayoutParams wparams = (WindowManager.LayoutParams)params;
if(parentWindow != null){
   parentWindow.adjustLayoutParamsForSubWindow(wparams);
}

2、创建ViewRootImpl,并将View添加到集合中

在 WindowManagerGlobal 内部有如下几个集合比较重要：

addView 操作时会将相关对象添加到对应集合中：

root = new ViewRootImpl(view.getContext(),display);
view.setLayoutParams(wparams);
 
mViews.add(view);
mRoots.add(root);
mParams.add(wparams);

3、通过 ViewRootImpl 来更新界面，并完成 Window 的添加过程

我们知道 View 的绘制过程是由 ViewRootImpl 来完成的，这里当然也不例外，具体是通过 ViewRootImpl 的 setView 方法来实现的。在 setView 内部会通过 requestLayout 来完成异步刷新请求。

public void requestLayout(){
   if(!mHandingLayoutInLayoutRequest){
       checkThread();
       mLayoutRequested = true;
       scheduleTraversals();
   }
}

可以看到 scheduleTraversals 方法是 View 绘制的入口，查看它的实现：

res = mWindowSession.addToDisplay(mWindow, mSeq, mWindowAttributes, getHostVisibility(), 
          mDisplay.getDisplayId(),mAttachInfo.mContentInsets, mInputChannel);

mWindowSession 的类型是 IWindowSession，它是一个 Binder 对象，真正的实现类是 Session，这也就是之前提到的 IPC 调用的位置。在 Session 内部会通过 WindowManagerService 来实现 Window 的添加:

public int addToDisplay(IWindow window, int seq, WindowManager.LayoutParams, attrs, int viewVisibility, 
                  int displayId, Rect outContentInsets, InputChannel outInputChannel){
   return mService.addWindow(this, window, seq, attrs, viewVisibility, displayId, outContentInsets, outInputChannel);
}

终于，Window 的添加请求移交给 WindowManagerService 手上了，在 WindowManagerService 内部会为每一个应用保留一个单独的 Session。

四、Window创建过程

View 是 Android 中的视图的呈现方式，但是 View 不能单独存在，它必须附着在 Window 这个抽象的概念上面，因此有视图的地方就有 Window。哪些地方有视图呢？Android 可以提供视图的地方有 Activity、Dialog、Toast，除此之外，还有一些依托 Window 而实现的视图，比如 PopUpWindow（自定义弹出窗口）、菜单，它们也是视图，有视图的地方就有 Window，因此 Activity、Dialog、Toast 等视图都对应着一个 Window。

1、Activity的Window创建过程

在了解了 Window 的概念及意义后，我们自然就清楚 Activity 的 Window 创建时机，Window 本质就是一块显示区域，所以关于 Activity 的 Window 创建应该发生在 Activity 的启动过程，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创建 Activity 的实例对象，并调用其 attach 方法为其关联运行过程中所依赖的一系列上下文环境变量。

Activity 的 Window 创建就发生在 attach 方法里，系统会创建 Activity 所属的 Window 对象并为其设置回调接口

mWindow = PolicyManager.makeNewWindow(this)；
mWindow.setCallback(this);
mWindow.setOnWindowDismissedCallback(this);
mWindow.getLayoutInflater().setPrivateFactory(this);
...

可以看到， Window 对象的创建是通过 PolicyManager 的 makeNewWindow 方法实现的，由于 Activity 实现了 Window 的 Callback 接口，因此当 Window 接受到外界的状态改变时就会回调 Activity 的方法。Callback 接口中的方法很多，有几个是我们非常熟悉的，如 onAttachedToWindow、onDetachedFromWindow、dispatchTouchEvent 等等。

可以看到 Activity 的 Window 是通过 PolicyManager 的一个工厂方法来创建的，但是在 PolicyManager 的实际调用中，PolicyManager 的真正实现是 Policy 类，Policy 类中的 makeNewWindow 方法的实现如下:

public Window  makeNewWindow(Context context){
   return new PhoneWindow(context);
}

可以看出，Window 的具体实现类的确是 PhoneWindow。到这里 Window 以及创建完成了，下面分析 Activity 的视图是怎么附属到 Window 上的，而 Activity 的视图由 setContentView 提供，所以从 setContentView 入手：

public void setContentView(int layoutResID){
   getWindow().setContentView(layoutResID);
   initWindowDecorActionBar();
}

可以看到，Activity 将具体实现交给了 Window，而 Window 的具体实现是 PhoneWindow，所以只需要看 PhoneWindow 的相关逻辑即可,它的处理步骤如下:

(1)、如果没有 DecorView 就创建一个

DecorView 是 Activity 中的顶级 View，是一个 FrameLayout，一般来说它的内部包含标题栏和内容栏，但是这个会随着主题的变化而改变，不管怎么样，内容栏是一定存在的，并且有固定的 id：”android.R.id.content”，在 PhoneWindow 中，通过 generateDecor 方法创建 DecorView，通过 generateLayout 初始化主题有关布局。

(2)、将 View 添加到 DecorView 的 mContentParent 中

这一步较为简单，直接将 Activity 的视图添加到 DecorView 的 mContentParent 中即可，由此可以理解 Activity 的 setContentView 这个方法的来历了，为什么不叫 setView 呢？因为 Activity 的布局文件只是被添加到 DecorView 的 mContentParent 中，因此叫 setContentView 更加具体准确。

(3)、回调 Activity 的 onContentChanged 方法通知 Activity 视图已经发生改变

前面分析到 Activity 实现了 Window 的 Callback 接口，这里当 Activity 的视图已经被添加到 DecorView 的 mContentParent 中了，需要通知 Activity，使其方便做相关的处理。

经过上面的三个步骤，DecorView 已经被创建并初始化完毕，Activity 的布局文件也已经成功添加到了 DecorView 的 mContentParent 中，但是这个时候 DecorView 还没有被 WindowManager 正式添加到 Window 中。在 ActivityThread 的 handleResumeActivity 方法中，首先会调用 Acitivy 的 onResume 方法，接着会调用 Acitivy 的 makeVisible() 方法，正是在 makeVisible 方法中，DecorView 才真正的完成了显示过程，到这里 Activity 的视图才能被用户看到，如下：

void makeVisible(){
   if(!mWindowAdded){
      ViewManager wm = getWindowManager();
      wm.addView(mDecor, getWindow().getAttributes());
      mWindowAdded = true;
   }
   mDecor.setVisibility(View.VISIBLE);
}

2、Dialog的Window创建过程

(1)、创建 Window

Dialog 中 Window 同样是通过 PolicyManager 的 makeNewWindow 方法来完成的，创建后的对象也是 PhoneWindow。

(2)、初始化 DecorView 并将 Dialog 的视图添加到 DecorView 中

这个过程也和 Activity 类似，都是通过 Window 去添加指定布局文件：

public void setContentView(int layoutResID){
   mWindow.setContentView(layoutResID);
}

(3)、将 DecorView 添加到 Window 中并显示

在 Dialog 的 show 方法中，会通过 WindowManager 将 DecorView 添加到 Window 中:

mWindowManager.addView(mDecor, 1);
mShowing = true;

3、Toast的Window创建过程

Toast 与 Dialog 不同，它的工作过程稍显复杂，首先 Toast 也是基于 Window 来实现的，但是由于 Toast 具有定时取消这一功能，所以系统采用了 Handler。在 Toast 内部有两类 IPC 过程，一是 Toast 访问 NotificationManagerService，第二类是 NotificationManagerService 回调 Toast 里的 TN 接口。NotificationManagerService 同 WindowManagerService 一样，都是位于 Framework 层的服务。

Toast 属于系统 Window，它内部的视图可以是系统默认样式也可以通过 setView 方法自定义 View，不管如何，它们都对应 Toast 的内部成员 mNextView，Toast 提供 show 和 cancel 分别用于显示和隐藏 Toast，它们内部是一个 IPC 过程，代码如下：

    public void show() {
        if (mNextView == null) {
            throw new RuntimeException("setView must have been called");
        }
 
        INotificationManager service = getService();
        String pkg = mContext.getOpPackageName();
        TN tn = mTN;
        tn.mNextView = mNextView;
 
        try {
            service.enqueueToast(pkg, tn, mDuration);
        } catch (RemoteException e) {
            // Empty
        }
    }
    public void cancel() {
        mTN.hide();
 
        try {
            getService().cancelToast(mContext.getPackageName(), mTN);
        } catch (RemoteException e) {
            // Empty
        }
    }

可以看到，显示和隐藏 Toast 都需要通过 NMS 来实现，TN 是一个 Binder 类，当 NMS 处理 Toast 的显示或隐藏请求时会跨进程回调 TN 中的方法。由于 TN 运行在 Binder 线程池中，所以需要通过 Handler 将其切换到当前线程中，这里的当前线程指的是发送 Toast 请求所在的线程。

代码在显示 Toast 中调用了 NMS 的 enqueueToast 方法， enqueueToast 方法内部将 Toast 请求封装为 ToastRecord 对象并将其添加到一个名为 mToastQueue 的队列中，对于非系统应用来说，mToastQueue 中最多同时存在 50 个 ToastRecord，用于防止 DOS （Denial of Service 拒绝服务）。

当 ToastRecord 添加到 mToastQueue 中后，NMS 就会通过 showNextToastLocked 方法来顺序显示 Toast，但是 Toast 真正的显示并不是在 NMS 中完成的，而是由 ToastRecord 的 callback 来完成的：

void showNextToastLocked (){
   ToastRecord record = mToastQueue.get(0);
   while(record != null){
       if(DBG) 
          Slog.d(TAG,"show pkg=" + record.pkg + "callback=" + record.callback);
       try{
          record.callback.show();
          scheduleTimeoutLocked(record);
          return;
        } 
       ...
}

这个 callback 就是 Toast 中的 TN 对象的远程 Binder，最终被调用的 TN 中的方法会运行在发起 Toast 请求的应用的 Binder 线程池中，从以上代码可以看出，Toast 显示以后，NMS 还调用了 sheduleTimeoutLocked 方法，此方法中首先进行延时，具体的延时时长取决于 Toast 的显示时长，延迟相应时间后，NMS 会通过 cancelToastLocked 方法来隐藏 Toast 并将它从 mToastQueue 中移除，这时如果 mToastQueue 中还有其他 Toast，那么 NMS 就继续显示其他 Toast。Toast 的隐藏也是通过 ToastRecord 的 callback 来完成的，同样也是一次 IPC 过程。

从上面的分析，可以知道 NMS 只是起到了管理 Toast 队列及其延时的效果，Toast 的显示和隐藏过程实际上是通过 Toast 的 TN 类来实现的，TN 类的两个方法 show 和 hide，是被 NMS 以跨进程的方式调用的，因此它们运行在 Binder 线程池中，为了将执行环境切换到 Toast 请求所在的线程，在它们内部使用了 Handler。

Toast 毕竟是要在 Window 中实现的，因此它最终还是要依附于 WindowManager，TN 的 handleShow 中代码如下：

mWM = (WindowManager)context.getSystemService(Context.WINDOW_SERVICE);
mWM.addView(mView, mParams);

五、总结

任何 View 都是附属在一个 Window 上面的，Window 表示一个窗口的概念，也是一个抽象的概念，Window 并不是实际存在的，它是以 View 的形式存在的。WindowManager 是外界也就是我们访问 Window 的入口，Window 的具体实现位于 WindowManagerService 中，WindowManagerService 和 WindowManager 的交互是一个 IPC 过程。

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