进阶之路 | 奇妙的Window之旅

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前言

本文已经收录到我的Github个人博客，欢迎大佬们光临寒舍：

我的GIthub博客

本文已授权公众号郭霖，秦子帅

学习清单：

  • Window&WindowManagerService

  • Window&WindowManager

  • Window&PhoneWindow

  • Window&Activity

  • Window&View

  • Window内部机制

  • Window创建过程

一.为什么要学习Window?

Android手机上所有的视图都是通过Window来呈现的，像常用的Activity，Dialog，PopupWindow，Toast，他们的视图都是附加在Window上的，所以可以这么说 ——「Window是View的直接管理者」。

Window是一个顶层窗口查看和行为的一个抽象基类，这个类的实例作为一个顶级View添加到Window Manager。它提供了一套标准的UI方法，比如添加背景，标题等等。

Window本身很抽象，深入了解Window，不仅有助于你了解Android系统中各个层级之间的关系，还可以对Toast的内部机制、自定义等等方面会有更加深入的体会。

Window
Window

注意:StatusBar也包含在DecorView之内

二.核心知识点归纳

2.1 Window关系解析

看到下面这张大图，是不是感觉有点乱乱的，别急，别急，心急吃不了热豆腐，笔者将向您娓娓道来

Window整体关系图
Window整体关系图

2.1.1 Window&PhoneWindow

笔者之前在进阶之路 | 奇妙的View之旅中，提及setContentView的时候简单说到了Window和PhoneWindow，相信看过的读者已经对此有一个简单的印象。

Window是一个抽象类，它定义了顶级窗体样式和行为。其唯一的实现类是PhoneWindow。

Activity的构成
Activity的构成

2.1.2 Window&View

笔者之前在进阶之路 | 奇妙的View之旅中，提及View工作流程的时候简单说到了ViewRootImpl，相信看过的读者已经对此有一个简单的印象。

每个Window都对应一个View和一个ViewRootImpl，Window和View通过ViewRootImpl来建立联系。Window并不可见，它实际以View的形式存在，它是View的直接管理者。

2.1.3 Window&WindowManagerService

想了解IPC的读者，可以看下笔者写的一篇博客： 进阶之路 | 奇妙的 IPC 之旅

Window的具体实现位于WindowManagerService中。WindowManager和WindowManagerService的交互是一个IPC（跨进程通信）过程。

2.1.4 Window&WindowManager

实际使用中无法访问Window，对Window的访问必须通过WindowManager（换句话说，WindowManager是外界访问Window的入口），对Window的操作通过它完成。

  • 例如：通过WindowManager添加Window
//将一个Button添加到屏幕为（100,300）的位置
mFloatingButton = new Button(this);
mFloatingButton.setText("test button");

mLayoutParams = new WindowManager.LayoutParams(LayoutParams.WRAP_CONTENT, LayoutParams.WRAP_CONTENT, 0, 0,PixelFormat.TRANSPARENT);//第三个参数代表flags，第四个参数代表type

mLayoutParams.flags = LayoutParams.FLAG_NOT_TOUCH_MODAL
        | LayoutParams.FLAG_NOT_FOCUSABLE
        | LayoutParams.FLAG_SHOW_WHEN_LOCKED;//配置flags
mLayoutParams.type = LayoutParams.TYPE_SYSTEM_ERROR;//配置type
mLayoutParams.gravity = Gravity.LEFT | Gravity.TOP;//配置gravity
mLayoutParams.x = 100;//相对于gravity
mLayoutParams.y = 300;//相对于gravity

mFloatingButton.setOnTouchListener(this);
mWindowManager.addView(mFloatingButton, mLayoutParams);

下面依次介绍WindowManager的三个重要参数：

  • flags：表示Window的属性。主要的可选值含义：
  • FLAG_NOT_FOCUSABLE：表示Window不需要获取焦点，也不需要接收各种输入事件，此标记会同时启动FLAG_NOT_TOUCH_MODEL，最终事件会传递给下层的具有焦点的Window
  • FLAG_NOT_TOUCH_MODAL：表示系统会将当前Window区域以外的单击事件传递给底层的Window，而区域以内的单击事件则自己处理。一般都需要开启此标记，否则其他Window将无法收到单击事件
  • FLAG_SHOW_WHEN_LOCKED：表示Window可显示在锁屏界面

  • type：表示Window的类型。

    Window有三种类型：

    A.应用类Window:对应一个Activity或者Dialog

    B.子Window：不能单独存在，需附属特定的父Window。如PopupWindow,ContextMenu,OptionMenu

    注意：ContextMenu,OptionMenu是Dialog的子类，它们修改了自身的窗口类型

    C.系统Window： 需声明权限才能创建。如Toast

    • 系统权限有很多值，一般选用：TYPE_SYSTEM_OVERLAY/TYPE_SYSTEM_ERROR

    • 记得声明权限：< uses-permission android:name="android.permission.SYSTEM_ALERT_WINDOW"/>,Android6.0以下直接声明权限即可，Android6.0以上还需要用户打开软件设置页手动打开，才能授权。

  • Window是分层的，见下表
  • 层级大的会覆盖在层级小的Window上面。
  • 对应WindowManager.LayoutParams的type参数。
Window 层级
应用Window 1-99
子Window 1000-1999
系统Window 2000-2999
  • gravity：表示Window的位置。
  • 默认是屏幕中间
  • x、y值相对于gravity

2.2 Window的内部机制

  • WindowManager对Window主要有三大操作：添加、更新和删除。

    这三个方法主要是定义在ViewManager接口中：

public interface ViewManager
{
    public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params);//添加过程
    public void updateViewLayout(View view, ViewGroup.LayoutParams params);//更新过程
    public void removeView(View view);//删除过程
}
  • WindowManager也是一个接口，它继承了ViewManager接口：
public interface WindowManager extends ViewManager {}
  • WindowManager的具体实现类是WindowManagerImpl：
public final class WindowManagerImpl implements WindowManager{
        @Override
        public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params){
            mGlobal.addView(view, params, mDisplay, mParentWindow);
        }

    <span class="hljs-meta" style="color: #61aeee; line-height: 26px;">@Override</span>
    <span class="hljs-function" style="line-height: 26px;"><span class="hljs-keyword" style="color: #c678dd; line-height: 26px;">public</span> <span class="hljs-keyword" style="color: #c678dd; line-height: 26px;">void</span> <span class="hljs-title" style="color: #61aeee; line-height: 26px;">updateViewLayout</span><span class="hljs-params" style="line-height: 26px;">(View view, ViewGroup.LayoutParams params)</span></span>{
        mGlobal.updateViewLayout(view, params);
    }
    
    <span class="hljs-meta" style="color: #61aeee; line-height: 26px;">@Override</span>
    <span class="hljs-function" style="line-height: 26px;"><span class="hljs-keyword" style="color: #c678dd; line-height: 26px;">public</span> <span class="hljs-keyword" style="color: #c678dd; line-height: 26px;">void</span> <span class="hljs-title" style="color: #61aeee; line-height: 26px;">removeView</span><span class="hljs-params" style="line-height: 26px;">(View view)</span></span>{
        mGlobal.removeView(view, <span class="hljs-keyword" style="color: #c678dd; line-height: 26px;">false</span>);
    }



}

  • 由以上代码可见，WindowManagerImpl并没有直接实现Window的三大操作，而是交给了WindowManagerGlobal。WindowManagerGlobal以单例模式向外提供自己的实例：

WindowManagerImpl这种工作模式是典型的桥接模式

private final WindowManagerGlobal mGlobal = WindowManagerGlobal.getInstance();

一幅图说明这几个类的关系：

类的关系
类的关系

因此，通过WindowManagerGlobal的addView()、updateViewLayout()、removeView()实现WindowManager对Window的添加、删除和修改。

2.2.1 Window的添加

Window添加流程
Window添加流程

2.2.2 Window的删除

Window删除流程
Window删除流程

2.2.3 Window的更新

Window的更新流程
Window的更新流程

不难发现，以上验证了之前的总结：

  • Window的三大操作最终都会通过一个IPC过程移交给WindowManagerService。
  • Window和View通过ViewRootImpl来联系，ViewRootImpl可控制View的测量、布局和重绘。

限于篇幅，笔者这里暂未贴上源码，如果想了解的话，推荐一篇文章：我眼中的Window创建/添加/删除/更新过程

2.3 Window的创建过程

由于View必须依附Window才能呈现出来，因此有View的地方必有Window。在Android中可以提供View的地方有Activity、Dialog和Toast，PopupWindow,菜单，下面分别来看Activity、Dialog和Toast三种Window的大致创建过程

2.3.1 Activity的Window创建过程

想详细了解Activity的启动流程的，推荐一篇笔者写的文章：进阶之路 | 奇妙的四大组件之旅

Activity的Window创建过程
Activity的Window创建过程

想了解Activity的Window创建过程的源码的读者，笔者推荐一篇文章： Activity的Window创建过程分析

2.3.2 Dialog的Window创建过程

Dialog的Window创建过程
Dialog的Window创建过程
  • Dialog.show()：完成DecorView的显示
  • WindowManager.remoteViewImmediate()方法：当Dialog被dismiss时移除DecorView

2.3.3 Toast的Window创建过程

Q1：Toast的内部的视图由两种方式指定：

  • 系统默认的样式
  • 通过setView()指定一个自定义View

Q2：Toast具有定时取消功能，故系统采用Handler做定时处理

Q3：在Toast内部有两类IPC过程：

  • Toast访问NotificationManagerService(NotificationManagerService运行在系统的进程)；
  • NotificationManagerService回调Toast里的TN接口（运行在Binder线程池）。

Q4：Toast提供方法show()和cancel()分别用于显示和隐藏Toast。

  • Toast的显示和隐藏都需要通过NMS来实现，由于NMS运行在系统进程中，故需通过远程调用的方式来进行显示和隐藏Toast。
  • NMS处理Toast的显示和隐藏请求时会跨进程回调TN中的方法，但是由于TN运行在**Binder线程池**中，故需通过Handler将其切换到当前线程（发送Toast请求的线程）。
  • NMS只是起到了管理Toast队列及其延时的效果
  • Toast 的显示和隐藏实际是通过TN来实现的。
Toast的Window创建流程
Toast的Window创建流程

想了解Toast的Window创建过程的源码的读者，笔者推荐一篇文章：Android对话框Dialog，PopupWindow，Toast的实现机制

三.课堂小测试

恭喜你！已经看完了前面的文章，相信你对Window已经有一定深度的了解，下面，进行一下课堂小测试，验证一下自己的学习成果吧！

Q1:一个应用中有多少个Window?

答案：无限个。原因：任何一个View都是依附在Window上面，一个应用可以有无限个View，自然Window也是无限个。

Q2：Window对象有存在的必要吗？

  • 疑惑点：Window能做的事情，View对象基本都能做：像触摸事件、管理各个子View等等。
  • 可能有人会说：“Window是View的管理者。”
  • 追问：我们知道，WindowManager是Window的管理者，那为什么不直接用WindowManager管理View呢？
  • 答案：站在系统的角度上看，系统是“不知道”有View对象这个说法的！作为系统，我有自己的骄傲，不去管你Window如何搬砖、如何砌墙，只给你地皮。而这时，Window为了绘制出用户想要的组件（按钮、文字、输入框等等），系统又不给我！没事，那我自己定义，于是就定义了View机制，给每个View提供Canvas，让不同的View自己绘制具有自己特色的组件。同时，为了更好的管理View，通过定义ViewGroup，等等。

Q3：Activity有存在的必要吗？

  • 疑惑点：Window已经是系统管理的窗口界面。那么为什么还需要Activity呢？我们把Activity所做的事情，全部封装到Window不就好了？悬浮窗口Dialog中不就是没有使用Activity来显示一个悬浮窗吗？
  • 答案：Android中的应用中，里面对各个窗口的管理相当复杂（任务栈、状态等等）。但是如果让用户自己去管理这些Window，先不说工作量，光让用户自己去实现任务栈这点，就很难了。为了让大家能简单、快速的开发应用，Android让Activity帮我们管理好，我们只需简单的去重写几个回调函数，无需直接与Window对象接触。

任何事物都有规律，语言再难，也是人发明的，一样具有社会性，其实这几个的关系就像是国家的中央系统的官员分配一样，从古至今，一层对一层负责，这样各司其职，又相互一层层联系着，达到效率最大化，突然发现，古人的智慧还是很厉害的，你让皇帝（系统）去管辖所有的官员（view），岂不是要累死？所以才出现了中间这些官员（window）

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本文参考链接：

本文使用 mdnice 排版

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