浅析Android的窗口
7363只鸡
7年前
<h2>一、窗口的概念</h2> <p>在开发过程中，我们经常会遇到，各种跟窗口相关的类，或者方法。但是，在 Android 的框架设计中，到底什么是窗口？窗口跟 Android Framework 中的 Window 类又是什么关系？以手Q 的主界面为例，如下图所示，上面的状态栏是一个窗口，手Q 的主界面自然是一个窗口，而弹出的 PopupWindow 也是一个窗口，我们经常使用的 Toast 也是一个窗口。像 Dialog，ContextMenu，以及 OptionMenu 等等这些都是窗口。这些窗口跟 Window 类的关系是什么，或者窗口跟 Window 类描述的是同一个概念吗？</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/5f033c21d99252289fc57e6fb665ac7d.png"></p> <p>其实窗口的概念，从不同的角度来看，其含义是不一样的。我们知道，WindowManagerService（后面简称 WmS）管理所有的窗口。但是对于WmS来讲，一个窗口其实就是一个 View 类，而不是 Window 类。WmS 负责管理这些 View 的 Z-order，显示区域，以及把消息派发到对应的 View 中。View 本身并不能直接从 WmS 中接收消息，而是通过实现了 IWindow 接口的 ViewRootImpl.W 类来实现，以下是这些类的关系：</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/80d3128dd03ea9d7fefda64eab159730.png"></p> <p>所以这里窗口分为两层概念：</p> <p>（1）WmS 眼中的，窗口是可以显示用来显示的 View。对于 WmS 而言，所谓的窗口就是一个通过 WindowManagerGlobal.addView()添加的 View 罢了；</p> <p>（2）Window 类是一个针对窗口交互的抽象，也就是对于 WmS 来讲所有的用户消息是直接交给 View/ViewGroup 来处理的。而 Window 类把一些交互从 View/ViewGroup 中抽离出来，定义了一些窗口的行为，例如菜单，以及处理系统按钮，如“Home”，“Back”等等。由此可见，Window 描述的窗口只是在通用窗口的基础上，再抽象了一层，把符合某种规范的窗口统一了一下。Window 所描述的窗口，应该是通用窗口的一个子集。例如 PopupWindow 是一个窗口，但是分析其源码可以知道，该类并没有创建任何 Window 对象。而 Dialog 则是通过 PolicyManager.makeNewWindow(mContext) 创建了一个 Window 对象来管理窗口。当一个 Dialog 显示时，我们可以通过按 back 把它 dismiss 了，但是 PopupWindow 则不行，需要自己去处理。</p> <h2>二、窗口类型</h2> <p>添加一个窗口是通过 WindowManagerGlobal.addView()来完成的，分析 addView 方法的参数，有三个参数是必不可少的，view，params，以及 display。而 display 一般直接取 WindowMnagerImpl 中的 mDisplay，表示要输出的显示设备。view 自然表示要显示的 View，而 params 是 WindowManager.LayoutParams，用来描述这个 view 的些窗口属性，其中一个重要的参数 type，用来描述窗口的类型。</p> <pre> <code class="language-java">public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params, Display display, Window parentWindow) { 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"); } ..... }</code></pre> <p>分析 WindowManager 对于 type 可赋值类型的描述可知，Framework 中定义了三种类型的窗口：</p> <p>（1）应用窗口 Activity 对应的窗口就是应用窗口， 所有 Activity 默认的窗口类型是 TYPE _BASE _APPLICATION。WindowManager 的 LayoutParams 的默认构建方法的实现，可以看到默认类型是 TYPE _ APPLICATION。 Dialog 的窗口类型是 TYPE _ APPLICATION，而很多 Dialog 的子类，修改了窗口类似，如 ContextMenu，本质是用 Dialog 来实现的，但是在添加窗口前，修改了 type 类型，赋值为 TYPE _ APPLICATION _ ATTACHED _ DIALOG。从这个我们可以看到，WmS 并没有把应用窗口与子窗口区分得那么清楚。</p> <pre> <code class="language-java">public LayoutParams() { super(LayoutParams.MATCH_PARENT, LayoutParams.MATCH_PARENT); type = TYPE_APPLICATION; format = PixelFormat.OPAQUE; }</code></pre> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/418d69ef0f09da1055f810e78f07d3d6.png"></p> <p>（2）子窗口子窗口是指该窗口必须要有一个父窗口，父窗口可以是一个应用类型窗口，也可以是任何其他类型的窗口。例如前面手Q 界面中，点击右上角的按钮显示一个 PopupWindow，它就是一个子窗口，其类型一般 TYPE _ APPLICATION _ PANEL。既然称为子窗口，其与父窗口的关系是比较容易理解的。B 是 A 的子窗口，当 A 不可见时，B 也会不可见的。如果A不可见时添加B，B 也是不可见的，直到 A 可见为止，B 跟随一起可见。</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/36e7208e5ac70d2d5135d8a1296483ed.png"></p> <p>（3）系统窗口 系统窗口跟应用窗口不同，不需要对应 Activity。跟子窗口不同，不需要有父窗口。一般来讲，系统窗口应该由系统来创建的，例如发生异常，ANR时的提示框，又如系统状态栏，屏保等。但是，Framework 还是定义了一些，可以被应用所创建的系统窗口，如 TYPE_ TOAST，TYPE _INPUT _ METHOD，TYPE _WALLPAPTER 等等。</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/d45e7c7672421c076a3d758ab5b67d8a.png"></p> <p>token 的含义</p> <p>相信大家对于 token 这个词并不陌生，在开发过程中经常遇到，例如 Bad Token 的异常。到底在 Android 框架中，token 代表什么？分析源码，我们发现，大多数 token 的对象，都表示一个 IBinder 对象。提到 IBinder，大家一点也不陌生，就是 Android 的 IPC 通信机制。在创建窗口过程中，涉及到的 IPC 通信，无非包含两方面，一个是 WmS 用来跟应用所在的进程进行通信的 ViewRootImpl.W 类的对象，另一个是指向一个 ActivityRecord 的对象，自然应该是WmS用来跟 AmS 进行通信的了。我们梳理了一下，token 以下几处的定义，分别来讲讲这里的 token 代表什么。</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/ff19880fbe312ffab0e78c9cb688e316.png"></p> <p>分析一下 View 的 AttachInfo 的赋值。ViewRootImpl 在构建方法里，会初始化一个 AttachInfo 实例，把它的 Session，以及 W类对象赋值给 AttachInfo。分析可以看到，AttachInfo 中的 mWindowToken，与mWindow 都是指向 ViewRootImpl 中的 mWindow(W类实例)。当一个 View attach 到窗口后，ViewRootImpl会执行performTraversals，如果发现是首次调用会，会把自己的 mAttachInfo 传递给根 View（通过dispatchAttachedToWindow），告诉 View 树现在已经 attch to Window 了，马上可以显示了。根 View（一般是 ViewGroup）会把这个信息，遍历地传递给 View 树中的每一个子 View，这样每个 View 的 mAttachInfo 都被赋值为 ViewRootImp 的 mAttachInfo了。</p> <pre> <code class="language-java">//分析一下 View 中的 AttachInfo 的赋值，以及 ViewRootImpl 中的 mAttachInfo public ViewRootImpl(Context context, Display display) { ... mWindow = new W(this); ... mAttachInfo = new View.AttachInfo(mWindowSession, mWindow, display, this, mHandler, this); ... } //看到mWindowToken其实就是IWindow实例 AttachInfo(IWindowSession session, IWindow window, Display display, ViewRootImpl viewRootImpl, Handler handler, Callbacks effectPlayer) { mSession = session; mWindow = window; mWindowToken = window.asBinder(); mDisplay = display; mViewRootImpl = viewRootImpl; mHandler = handler; mRootCallbacks = effectPlayer; } // ViewRootImpl在第一次执行performTraversals时，会把自己的mAttachInfo传递给根View,然后由根View逐级传递下去 private void performTraversals() { ... if (mFirst) { ... host.dispatchAttachedToWindow(mAttachInfo, 0); ... }else{ ... } } //ViewGroup.java void dispatchAttachedToWindow(AttachInfo info, int visibility) { mGroupFlags |= FLAG_PREVENT_DISPATCH_ATTACHED_TO_WINDOW; super.dispatchAttachedToWindow(info, visibility); mGroupFlags &= ~FLAG_PREVENT_DISPATCH_ATTACHED_TO_WINDOW; final int count = mChildrenCount; final View[] children = mChildren; for (int i = 0; i < count; i++) { final View child = children[i]; child.dispatchAttachedToWindow(info, visibility | (child.mViewFlags & VISIBILITY_MASK)); } } //View.java void dispatchAttachedToWindow(AttachInfo info, int visibility) { mAttachInfo = info; ... }</code></pre> <p>WindowManager.LayoutParams 中的 type 与 token</p> <p>WindowManager.LayoutParams 用来描述一个窗口的特性，最终在添加窗口时，会传递给 WmS。而且 WmS 会保存在 WindowState 的 mAttrs 中。LayoutParams 有很多参数，但是跟窗口创建相关的参数，最重要的就是 type 与 token 了，这里我们可以通过分析 WmS 的 addWindow 代码的可以知道：</p> <pre> <code class="language-java">[i] //WindowManagerService.java addWindow ... //权限检查，需要用到type类型，会检查窗口类型是否合法，如果是系统窗口类型 //还需要进行权限检查，详见PhoneWindowManager.java int res = mPolicy.checkAddPermission(attrs, appOp); ... //如果是子窗口类型，还会检查其父窗口是否存在，如果父窗口不存在，直接抛出异常 if (type >= FIRST_SUB_WINDOW && type <= LAST_SUB_WINDOW) { attachedWindow = windowForClientLocked(null, attrs.token, false); if (attachedWindow == null) { Slog.w(TAG, "Attempted to add window with token that is not a window: " + attrs.token + ". Aborting."); return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_SUBWINDOW_TOKEN; } if (attachedWindow.mAttrs.type >= FIRST_SUB_WINDOW && attachedWindow.mAttrs.type <= LAST_SUB_WINDOW) { Slog.w(TAG, "Attempted to add window with token that is a sub-window: " + attrs.token + ". Aborting."); return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_SUBWINDOW_TOKEN; } } ... //如果是类型是TYPE_PRIVATE_PRESENTATION ，还会检查相应的显示设备 if (type == TYPE_PRIVATE_PRESENTATION && !displayContent.isPrivate()) { Slog.w(TAG, "Attempted to add private presentation window to a non-private display. Aborting."); return WindowManagerGlobal.ADD_PERMISSION_DENIED; } ... //根据LayoutParams中的token，会检索WmS中保存的WindowToken， //由引可见，不同的窗口类型，其对应的token是有区别的。WmS要根据窗口类型来检查其传递过来的token是否合法。 boolean addToken = false; WindowToken token = mTokenMap.get(attrs.token); if (token == null) { if (type >= FIRST_APPLICATION_WINDOW && type <= LAST_APPLICATION_WINDOW) { Slog.w(TAG, "Attempted to add application window with unknown token " + attrs.token + ". Aborting."); return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_APP_TOKEN; } if (type == TYPE_INPUT_METHOD) { Slog.w(TAG, "Attempted to add input method window with unknown token " + attrs.token + ". Aborting."); return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_APP_TOKEN; } if (type == TYPE_VOICE_INTERACTION) { Slog.w(TAG, "Attempted to add voice interaction window with unknown token "+ attrs.token + ". Aborting."); return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_APP_TOKEN; } if (type == TYPE_WALLPAPER) { Slog.w(TAG, "Attempted to add wallpaper window with unknown token " + attrs.token + ". Aborting."); return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_APP_TOKEN; } if (type == TYPE_DREAM) { Slog.w(TAG, "Attempted to add Dream window with unknown token " + attrs.token + ". Aborting."); return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_APP_TOKEN; } if (type == TYPE_ACCESSIBILITY_OVERLAY) { Slog.w(TAG, "Attempted to add Accessibility overlay window with unknown token " + attrs.token + ". Aborting."); return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_APP_TOKEN; } token = new WindowToken(this, attrs.token, -1, false); addToken = true; } else if (type >= FIRST_APPLICATION_WINDOW && type <= LAST_APPLICATION_WINDOW) { AppWindowToken atoken = token.appWindowToken; if (atoken == null) { Slog.w(TAG, "Attempted to add window with non-application token " + token + ". Aborting."); return WindowManagerGlobal.ADD_NOT_APP_TOKEN; } else if (atoken.removed) { Slog.w(TAG, "Attempted to add window with exiting application token " + token + ". Aborting."); return WindowManagerGlobal.ADD_APP_EXITING; } if (type == TYPE_APPLICATION_STARTING && atoken.firstWindowDrawn) { // No need for this guy! if (localLOGV) Slog.v( TAG, "**** NO NEED TO START: " + attrs.getTitle()); return WindowManagerGlobal.ADD_STARTING_NOT_NEEDED; } } else if (type == TYPE_INPUT_METHOD) { if (token.windowType != TYPE_INPUT_METHOD) { Slog.w(TAG, "Attempted to add input method window with bad token " + attrs.token + ". Aborting."); return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_APP_TOKEN; } } else if (type == TYPE_VOICE_INTERACTION) { if (token.windowType != TYPE_VOICE_INTERACTION) { Slog.w(TAG, "Attempted to add voice interaction window with bad token " + attrs.token + ". Aborting."); return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_APP_TOKEN; } } else if (type == TYPE_WALLPAPER) { if (token.windowType != TYPE_WALLPAPER) { Slog.w(TAG, "Attempted to add wallpaper window with bad token " + attrs.token + ". Aborting."); return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_APP_TOKEN; } } else if (type == TYPE_DREAM) { if (token.windowType != TYPE_DREAM) { Slog.w(TAG, "Attempted to add Dream window with bad token " + attrs.token + ". Aborting."); return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_APP_TOKEN; } } else if (type == TYPE_ACCESSIBILITY_OVERLAY) { if (token.windowType != TYPE_ACCESSIBILITY_OVERLAY) { Slog.w(TAG, "Attempted to add Accessibility overlay window with bad token " + attrs.token + ". Aborting."); return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_APP_TOKEN; } } else if (token.appWindowToken != null) { Slog.w(TAG, "Non-null appWindowToken for system window of type=" + type); // It is not valid to use an app token with other system types; we will // instead make a new token for it (as if null had been passed in for the token). attrs.token = null; token = new WindowToken(this, null, -1, false); addToken = true; } ... //经过一系列的检查之后，最后会生成窗口在WmS中的表示WindowState，并且把LayoutParams赋值给WindowState的mAttrs win = new WindowState(this, session, client, token, attachedWindow, appOp[0], seq, attrs, viewVisibility, displayContent); ... if (addToken) { mTokenMap.put(attrs.token, token); } ... mWindowMap.put(client.asBinder(), win); [/i]</code></pre> <p>总结一下：</p> <p>（1）窗口类型必须是指定合法范围内的，即应用窗口，子窗口，系统窗口中的一种，否则检查会失败； （2）如果是系统，需要进行权限检查 以下类型不需要特别声明权限 TYPE _ TOAST，TYPE _ DREAM，TYPE _ INPUT _ METHOD，TYPE _ WALLPAPER，TYPE _ PRIVATE _ PRESENTATION，TYPE _ VOICE _ INTERACTION，TYPE _ ACCESSIBILITY _ OVERLAY 以下类型需要声明使用权限：android.permission.SYSTEM _ ALERT _ WINDOW TYPE _ PHONE，TYPE _ PRIORITY _ PHONE，TYPE _ SYSTEM _ ALERT，TYPE _ SYSTEM _ ERROR，TYPE _ SYSTEM _ OVERLAY 其他的系统窗口，需要声明权限：android.permission.INTERNAL _ SYSTEM _ WINDOW （3）如果是应用窗口，通过 token 检索出来的 WindowToken，一定不能为空，而且还必须是 Activity 的 mAppToken，同时对应的 Activity 还必须是没有被 finish。之前分析 Activity 的启动过程我们知道，Activity 在启动过程中，会先通过 WmS 的 addAppToken( )添加一个 AppWindowToken 到 mTokenMap 中，其中 key 就用了 IApplicationToken token。而 Activity 中的 mToken，以及 Activity 对应的 PhoneWindow 中的 mAppToken 就是来自 AmS 的 token (代码见 Activity 的 attach 方法)。 （4）如果是子窗口，会通过 attrs.token 去通过 windowForClientLocked 查找其父窗口，如果找不到其父窗口，会抛出异常。或者如果找到的父窗口的类型还是子窗口类型，也会抛出异常。这里查找父窗口的过程，是直接取了 attrs.token 去 mWindowMap 中找对应的 WindowState，而 mWindowMap 中的 key 是 IWindow。所以，由此可见，创建一个子窗口类型，token 必须赋值为其父窗口的 ViewRootImpl 中的 W 类对象 mWindow。 （5）如果是如下系统窗口，TYPE _ INPUT _ METHOD，TYPE _ VOICE _ INTERACTION，TYPE _ WALLPAPER，TYPE _ DREAM，TYPE _ ACCESSIBILITY _ OVERLAY，token 不能为空，而且通过 token 检索到的 WindowToken 的类型不能是其本身对应的类型。 （6）如果是其他系统窗口，会直接把 attrs 中的 token 给清除了，不需要 token。因此其他类型的系统窗口，LayoutParams 中 token 是可以为空的。 （7）检查通过后，如果需要创建新的 WindowToken，会以 attrs.token 为 key，add 到 mTokenMap 中。 （8）WindowState 创建后，会以 IWindow 为 key (对应应用进程中的 ViewRootImpl.W 类对象 mWindow，重要的事强调多遍！！)，添加到 mWindowMap 中。</p> <p>由此可见，我们要成功添加一个窗口，对于 type 与 token 的赋值是有要求的，否则先不说能否正确显示，直接就创建失败了。那 type 与 token 是如何赋值的呢？最直接来讲，就是在调用 WindowManagerImpl 的 addView 方法前，把值赋好就可以了。但是，分析 FrameWork 所提供的一些窗口的显示，如 Dialog 等，并没有看到在调用 addView 之前，对 token 赋值呢。其窗口类型是应用窗口，根据前面所描述的检查，token 肯定不能为 null 的，而且还必须是 Activity 的 mAppToken，否则创建失败的。这里我们分析一下，在 token 没有赋值的情况下，调用 addView 会做哪些处理。代码就要回到 WindowManagerImpl 开始了。</p> <pre> <code class="language-java">[i] //WindowManagerImpl.java addView //applyDefaultToken会检查，有没有设置默认token，如果有设置，而且没有设置父窗口的情况下，token又是null的话，直接把默认token赋值给token吧。 @Override public void addView(@NonNull View view, @NonNull ViewGroup.LayoutParams params) { applyDefaultToken(params); mGlobal.addView(view, params, mDisplay, mParentWindow); } //WindowManagerGlobal.java addView //如果有设置父窗口，会通过adjustLayoutParamsForSubWindow来调整params。 final WindowManager.LayoutParams wparams = (WindowManager.LayoutParams)params; if (parentWindow != null) { parentWindow.adjustLayoutParamsForSubWindow(wparams); } //Window.java adjustLayoutParamsForSubWindow if (wp.type >= WindowManager.LayoutParams.FIRST_SUB_WINDOW && wp.type <= WindowManager.LayoutParams.LAST_SUB_WINDOW) { //如果是子窗口类型，而且token为null，直接取父窗口的AttachInfo中的mWindowToken，其实就是父窗口对应的ViewRootImpl中的W类对象mWindow。 if (wp.token == null) { View decor = peekDecorView(); if (decor != null) { wp.token = decor.getWindowToken(); } } ... }else { //如果token为null，直接取父窗口的mAppToken吧。 if (wp.token == null) { wp.token = mContainer == null ? mAppToken : mContainer.mAppToken; } } [/i]</code></pre> <p> </p> <p>来自：http://dev.qq.com/topic/5923ef85bdc9739041a4a798</p> <p> </p>