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Android R WindowManagerService模块(1) WMS整体架构及启动过程

Android系统中,WindowManager(以下简称WMS)负责一切窗口的管理,窗口可以理解为屏幕上的各种显示区域,如状态栏、Activity、锁屏......对于WMS来说,都是一个具体的窗口实例。从这篇文章开始,将会对WindowManager模块进行整理总结。

1.WMS架构

在WindowManager中,以容器+树结构的形式对窗口进行管理,最顶层容器为ConfigurationContainer,它是所有容器的父容器,各个容器继承关系如下:

WMS_main.jpg

上图中包含了WMS中的所有容器,各个子容器含义如下:

  1. ConfigurationContainer:最顶层容器,定义了多个Configuration对象,以及提供了用来组织各容器层级的公共逻辑;
  2. WindowProcessController:用于和AMS中的ProcessRecord进行通讯,当ProcessRecord中对应用进程作出调整后,通过WindowProcessController和WM进行通信;
  3. WindowContainer:作为可以保存窗口类父类,定义了用于操作窗口的所有公共方法;
  4. RootWindowContainer:窗口容器在树结构中的根节点;
  5. DisplayContent:作为RootWindowContainer的子节点,用于管理同一个逻辑屏的窗口;
  6. DisplayChildWindowContainer:DisplayContent中的所有子节点的父类;
  7. NonAppWindowContainers:继承于DisplayChildWindowContainer,主要保存非来自应用的WindowToken;
  8. WindowContainers:只包含一个子节点——DisplayArea.Root,大部门窗口都会保存在这个容器中;
  9. DisplayArea:用于对DisplayContent中的节点进行分组管理,主要分为了三类;
  10. Root:DisplayArea的子类,该容器作为DisplayContent中最顶层的显示区域,用来保存Tokens、TaskDisplayArea、ImeContainer容器;
  11. TaskDisplayArea:DisplayArea的子类,此类容器用于管理Task;
  12. Tokens:DisplayArea的子类,该容器用来保存正常窗口的WindowToken;
  13. ImeContainer:Tokens的子类,该容器用来保存IME窗口的WindowToken;
  14. Task:用来保存ActivityRecord,即我们常说的"任务";
  15. ActivityStack:Task的子类,用来管理处于同一个栈的Activity,特殊栈可以保存Task;
  16. WindowToken:用来管理窗口,多个窗口可以被一个WindowToken进行管理;
  17. ActivityRecord:继承于WindowToken,表示ActivityStack中的一个Activity实例;
  18. WallpaperWindowToken:继承于WindowToken,壁纸窗口比较特殊,因此由WallpaperWindowToken进行管理;
  19. WindowState:窗口对象实例;

DisplayArea是Android R上新添加的容器,目的就是将复杂的窗口层级管理简单化、低耦合。

而在树结构中,各个容器结构如下:

window_tree.png

可以看到,在树结构中,根节点为RootWindowContainer,叶子节点为WindowState。 正是通过这种结构,WMS中将系统中所有的窗口显示管理得井井有条,并将所有窗口以Surface的形式送到SurfacaFlinger中进行合成和显示。

2.WMS启动流程

接下来我们看下WMS的启动过程。WindowManagerService没有继承与SystemService,而是直接继承了IWindowManager.Stub接口,因此启动过程中,和SytemService的启动有区别。在system_server中,通过以下这些操作完成了WMS的启动:

// frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java

    private void startOtherServices(@NonNull TimingsTraceAndSlog t) {
	    // 创建WMS
            wm = WindowManagerService.main(context, inputManager, !mFirstBoot, mOnlyCore,
                    new PhoneWindowManager(), mActivityManagerService.mActivityTaskManager);
            // 进行初始化
            wm.onInitReady();
            // 设置InputCallback接口
            inputManager.setWindowManagerCallbacks(wm.getInputManagerCallback());
            // 进行Display配置更新
            wm.displayReady();
            // 系统启动完成
            wm.systemReady();
            // 计算Configuration
        final Configuration config = wm.computeNewConfiguration(DEFAULT_DISPLAY);
        DisplayMetrics metrics = new DisplayMetrics();
        context.getDisplay().getMetrics(metrics);
        context.getResources().updateConfiguration(config, metrics);
	}
复制代码

下面对以上操作分别进行分析。

1.1.WMS#main()创建WMS对象

在执行main()方法后,最终会在android.display线程去创建WMS的实例:

// frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService.java

    private WindowManagerService(Context context, InputManagerService inputManager,
            boolean showBootMsgs, boolean onlyCore, WindowManagerPolicy policy,
            ActivityTaskManagerService atm, Supplier<SurfaceControl.Transaction> transactionFactory,
            Supplier<Surface> surfaceFactory,
            Function<SurfaceSession, SurfaceControl.Builder> surfaceControlFactory) {
        ......

	// Tranaction对象
        mTransaction = mTransactionFactory.get();

	// 创建WindowAnimator对象
        mAnimator = new WindowAnimator(this);
	// 创建RootWindowContainer对象
        mRoot = new RootWindowContainer(this);
	// 创建WindowSurfacePlacer对象
        mWindowPlacerLocked = new WindowSurfacePlacer(this);
	// 创建TaskSnapshotController对象
        mTaskSnapshotController = new TaskSnapshotController(this);
	// 创建DisplayWindowListenerController对象
        mDisplayNotificationController = new DisplayWindowListenerController(this);
        ......
        // 创建SurfaceAnimationRunner对象
        mSurfaceAnimationRunner = new SurfaceAnimationRunner(mTransactionFactory,
                mPowerManagerInternal);
        // 创建TaskPositioningController
        mTaskPositioningController = new TaskPositioningController(
                this, mInputManager, mActivityTaskManager, mH.getLooper());
        // 创建DragDropController对象
        mDragDropController = new DragDropController(this, mH.getLooper());
        // 创建EmbeddedWindowController
        mEmbeddedWindowController = new EmbeddedWindowController(mAtmService);
        // 创建 DisplayAreaPolicy.Provider对象
        mDisplayAreaPolicyProvider = DisplayAreaPolicy.Provider.fromResources(
                mContext.getResources());
        .....
    }
复制代码

构造方法中,创建了WMS所用到的多个对象。

2.2.WMS#onInitReady()对Policy进行初始化

接下来执行onInitReady()方法进行初始化,这个方法中,在android.ui线程中调用WindowManagerPolicy#init()方法进行初始化:

// frameworks/base/services/core/java/com/android/server/policy/PhoneWindowManager.java

    public void init(Context context, IWindowManager windowManager,
            WindowManagerFuncs windowManagerFuncs) {
        mContext = context;
        mWindowManager = windowManager;
        mWindowManagerFuncs = windowManagerFuncs;
        ......
    }
复制代码

这个方法中做了大量的初始化操作。PhoneWindowManager继承于WindowManagerPolicy,是WMS中管理窗口过程中的一个策略类,窗口的显示、事件的派发等都受到PhoneWindowManager中的策略影响。 mWindowManagermWindowManagerFuncs都是WMS对象本身。

2.3.IMS#setWindowManagerCallbacks()设置InputCallback回调

这个方法用来向IMS中设置InputManagerCallback回调:

// frameworks/base/services/core/java/com/android/server/input/InputManagerService.java

    public void setWindowManagerCallbacks(WindowManagerCallbacks callbacks) {
        mWindowManagerCallbacks = callbacks;
    }
复制代码

InputManagerCallback对象在WMS加载时完成创建:

// frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService.java

    // 创建InputManagerCallback对象
    final InputManagerCallback mInputManagerCallback = new InputManagerCallback(this);
    
    public InputManagerCallback getInputManagerCallback() {
        return mInputManagerCallback;
    }
复制代码

InputManagerCallback接口用于接受IMS中的回调,如input事件派发过程中发生的ANR等,就是通过该接口向WMS中传递。

2.4.WMS#displayReady()更新DisplayContent配置

这个方法用来进行Display相关配置的第一次更新:

// frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService.java

    public void displayReady() {
        synchronized (mGlobalLock) {
            ......
            // 告知WindowAnimator初始化完成
            mAnimator.ready();
            // 表示Display准备完成
            mDisplayReady = true;
            // 更新Configuration
            mRoot.forAllDisplays(DisplayContent::reconfigureDisplayLocked);
        }

        try {
            // 更新Configuration
            mActivityTaskManager.updateConfiguration(null);
        } catch (RemoteException e) {
        }
    }
复制代码

这里通过DisplayContent#reconfigureDisplayLocked()更新DisplayContent相关配置。

2.5.WMS#systemReady()方法

这个方法的执行,表示system_server启动完成,WMS中会分别执行其他组件的systemReady()方法:

// frameworks/base/services/core/java/com/android/server/policy/PhoneWindowManager.java

    public void systemReady() {
        // 系统
        mSystemReady = true;
        // PhoneWindowManager
        mPolicy.systemReady();
        // 执行DisplayPolicy#systemReady
        mRoot.forAllDisplayPolicies(DisplayPolicy::systemReady);
        mTaskSnapshotController.systemReady();
        mHasWideColorGamutSupport = queryWideColorGamutSupport();
        mHasHdrSupport = queryHdrSupport();
        UiThread.getHandler().post(mSettingsObserver::loadSettings);
        ......
    }
复制代码

2.6.WMS#computeNewConfiguration()

这个方法是启动过程中执行的最后一个方法,用来更新全局配置状态:

// frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService.java

    private Configuration computeNewConfigurationLocked(int displayId) {
        if (!mDisplayReady) {
            return null;
        }
        final Configuration config = new Configuration();
        final DisplayContent displayContent = mRoot.getDisplayContent(displayId);
        displayContent.computeScreenConfiguration(config);
        return config;
    }
复制代码

在该方法中,会根据逻辑屏id,获得对应的DisplayContent对象来进行配置的更新,并在更新完成后,设置给对应Context的Resource对象。 关于DisplayContent中的更新配置更新流程,会在之后的文章中结合具体场景详细说明。

经过以上几个步骤,WMS启动完成。

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