Android解析WindowManagerService（二）WMS的重要成員和Window的添加過程

前言

在本系列的上一篇文章中，我們學習了WMS的誕生，WMS被創建後，它的重要的成員有哪些？Window添加過程的WMS部分做了什麼呢？這篇文章會給你解答。

1.WMS的重要成員

所謂WMS的重要成員是指WMS中的重要的成員變量，如下所示。
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService.java

    final WindowManagerPolicy mPolicy;
    final IActivityManager mActivityManager;
    final ActivityManagerInternal mAmInternal;
    final AppOpsManager mAppOps;
    final DisplaySettings mDisplaySettings;
    ...
    final ArraySet<Session> mSessions = new ArraySet<>();
    final WindowHashMap mWindowMap = new WindowHashMap();
    final ArrayList<AppWindowToken> mFinishedStarting = new ArrayList<>();
    final ArrayList<AppWindowToken> mFinishedEarlyAnim = new ArrayList<>();
    final ArrayList<AppWindowToken> mWindowReplacementTimeouts = new ArrayList<>();
    final ArrayList<WindowState> mResizingWindows = new ArrayList<>();
    final ArrayList<WindowState> mPendingRemove = new ArrayList<>();
    WindowState[] mPendingRemoveTmp = new WindowState[20];
    final ArrayList<WindowState> mDestroySurface = new ArrayList<>();
    final ArrayList<WindowState> mDestroyPreservedSurface = new ArrayList<>();
    ...
    final H mH = new H();
    ...
    final WindowAnimator mAnimator;
    ...
     final InputManagerService mInputManager

這裏列出了WMS的部分成員變量，下面分別對它們進行簡單的介紹。

mPolicy：WindowManagerPolicy
WindowManagerPolicy（WMP）類型的變量。WindowManagerPolicy是窗口管理策略的接口類，用來定義一個窗口策略所要遵循的通用規範，並提供了WindowManager所有的特定的UI行爲。它的具體實現類爲PhoneWindowManager，這個實現類在WMS創建時被創建。WMP允許定製窗口層級和特殊窗口類型以及關鍵的調度和佈局。

mSessions：ArraySet
ArraySet類型的變量，元素類型爲Session。在Android解析WindowManager（三）Window的添加過程這篇文章中我提到過Session，它主要用於進程間通信，其他的應用程序進程想要和WMS進程進行通信就需要經過Session，並且每個應用程序進程都會對應一個Session，WMS保存這些Session用來記錄所有向WMS提出窗口管理服務的客戶端。
mWindowMap：WindowHashMap
WindowHashMap類型的變量，WindowHashMap繼承了HashMap，它限制了HashMap的key值的類型爲IBinder，value值的類型爲WindowState。WindowState用於保存窗口的信息，在WMS中它用來描述一個窗口。綜上得出結論，mWindowMap就是用來保存WMS中各種窗口的集合。

mFinishedStarting：ArrayList
ArrayList類型的變量，元素類型爲AppWindowToken，它是WindowToken的子類。要想理解mFinishedStarting的含義，需要先了解WindowToken是什麼。WindowToken主要有兩個作用：

可以理解爲窗口令牌，當應用程序想要向WMS申請新創建一個窗口，則需要向WMS出示有效的WindowToken。AppWindowToken作爲WindowToken的子類，主要用來描述應用程序的WindowToken結構，
應用程序中每個Activity都對應一個AppWindowToken。
WindowToken會將相同組件（比如Acitivity）的窗口（WindowState）集合在一起，方便管理。

mFinishedStarting就是用於存儲已經完成啓動的應用程序窗口（比如Acitivity）的AppWindowToken的列表。
除了mFinishedStarting，還有類似的mFinishedEarlyAnim和mWindowReplacementTimeouts，其中mFinishedEarlyAnim存儲了已經完成窗口繪製並且不需要展示任何已保存surface的應用程序窗口的AppWindowToken。mWindowReplacementTimeout存儲了等待更換的應用程序窗口的AppWindowToken，如果更換不及時，舊窗口就需要被處理。

mResizingWindows：ArrayList
ArrayList類型的變量，元素類型爲WindowState。
mResizingWindows是用來存儲正在調整大小的窗口的列表。與mResizingWindows類似的還有mPendingRemove、mDestroySurface和mDestroyPreservedSurface等等。其中mPendingRemove是在內存耗盡時設置的，裏面存有需要強制刪除的窗口。mDestroySurface裏面存有需要被Destroy的Surface。mDestroyPreservedSurface裏面存有窗口需要保存的等待銷燬的Surface，爲什麼窗口要保存這些Surface？這是因爲當窗口經歷Surface變化時，窗口需要一直保持舊Surface，直到新Surface的第一幀繪製完成。

mAnimator：WindowAnimator
WindowAnimator類型的變量，用於管理窗口的動畫以及特效動畫。

mH：H
H類型的變量，系統的Handler類，用於將任務加入到主線程的消息隊列中，這樣代碼邏輯就會在主線程中執行。

mInputManager：InputManagerService
InputManagerService類型的變量，輸入系統的管理者。InputManagerService（IMS）會對觸摸事件進行處理，它會尋找一個最合適的窗口來處理觸摸反饋信息，WMS是窗口的管理者，因此，WMS“理所應當”的成爲了輸入系統的中轉站，WMS包含了IMS的引用不足爲怪。

2.Window的添加過程（WMS部分）

我們知道Window的操作分爲兩大部分，一部分是WindowManager處理部分，另一部分是WMS處理部分，如下所示。
在Android解析WindowManager（三）Window的添加過程這篇文章中，我講解了Window的添加過程的WindowManager處理部分，這一篇文章我們接着來學習Window的添加過程的WMS部分。
無論是系統窗口還是Activity，它們的Window的添加過程都會調用WMS的addWindow方法，由於這個方法代碼邏輯比較多，這裏分爲3個部分來閱讀。
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService.java

addWindow方法part1

 public int addWindow(Session session, IWindow client, int seq,
            WindowManager.LayoutParams attrs, int viewVisibility, int displayId,
            Rect outContentInsets, Rect outStableInsets, Rect outOutsets,
            InputChannel outInputChannel) {

        int[] appOp = new int[1];
        int res = mPolicy.checkAddPermission(attrs, appOp);//1
        if (res != WindowManagerGlobal.ADD_OKAY) {
            return res;
        }
        ...
        synchronized(mWindowMap) {
            if (!mDisplayReady) {
                throw new IllegalStateException("Display has not been initialialized");
            }
            final DisplayContent displayContent = mRoot.getDisplayContentOrCreate(displayId);//2
            if (displayContent == null) {
                Slog.w(TAG_WM, "Attempted to add window to a display that does not exist: "
                        + displayId + ".  Aborting.");
                return WindowManagerGlobal.ADD_INVALID_DISPLAY;
            }
            ...
            if (type >= FIRST_SUB_WINDOW && type <= LAST_SUB_WINDOW) {//3
                parentWindow = windowForClientLocked(null, attrs.token, false);//4
                if (parentWindow == null) {
                    Slog.w(TAG_WM, "Attempted to add window with token that is not a window: "
                          + attrs.token + ".  Aborting.");
                    return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_SUBWINDOW_TOKEN;
                }
                if (parentWindow.mAttrs.type >= FIRST_SUB_WINDOW
                        && parentWindow.mAttrs.type <= LAST_SUB_WINDOW) {
                    Slog.w(TAG_WM, "Attempted to add window with token that is a sub-window: "
                            + attrs.token + ".  Aborting.");
                    return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_SUBWINDOW_TOKEN;
                }
            }
           ...
}
...
}

WMS的addWindow返回的是addWindow的各種狀態，比如添加Window成功，無效的display等等，這些狀態被定義在WindowManagerGlobal中。
註釋1處根據Window的屬性，調用WMP的checkAddPermission方法來檢查權限，具體的實現在PhoneWindowManager的checkAddPermission方法中，如果沒有權限則不會執行後續的代碼邏輯。註釋2處通過displayId來獲得窗口要添加到哪個DisplayContent上，如果沒有找到DisplayContent，則返回WindowManagerGlobal.ADD_INVALID_DISPLAY這一狀態，其中DisplayContent用來描述一塊屏幕。註釋3處，type代表一個窗口的類型，它的數值介於FIRST_SUB_WINDOW和LAST_SUB_WINDOW之間（1000~1999），這個數值定義在WindowManager中，說明這個窗口是一個子窗口，不瞭解窗口類型取值範圍的請閱讀Android解析WindowManager（二）Window的屬性這篇文章。註釋4處，attrs.token是IBinder類型的對象，windowForClientLocked方法內部會根據attrs.token作爲key值從mWindowMap中得到該子窗口的父窗口。接着對父窗口進行判斷，如果父窗口爲null或者type的取值範圍不正確則會返回錯誤的狀態。

addWindow方法part2

   ...
            AppWindowToken atoken = null;
            final boolean hasParent = parentWindow != null;
            WindowToken token = displayContent.getWindowToken(
                    hasParent ? parentWindow.mAttrs.token : attrs.token);//1
            final int rootType = hasParent ? parentWindow.mAttrs.type : type;//2
            boolean addToastWindowRequiresToken = false;

            if (token == null) {
                if (rootType >= FIRST_APPLICATION_WINDOW && rootType <= LAST_APPLICATION_WINDOW) {
                    Slog.w(TAG_WM, "Attempted to add application window with unknown token "
                          + attrs.token + ".  Aborting.");
                    return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_APP_TOKEN;
                }
                if (rootType == TYPE_INPUT_METHOD) {
                    Slog.w(TAG_WM, "Attempted to add input method window with unknown token "
                          + attrs.token + ".  Aborting.");
                    return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_APP_TOKEN;
                }
                if (rootType == TYPE_VOICE_INTERACTION) {
                    Slog.w(TAG_WM, "Attempted to add voice interaction window with unknown token "
                          + attrs.token + ".  Aborting.");
                    return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_APP_TOKEN;
                }
                if (rootType == TYPE_WALLPAPER) {
                    Slog.w(TAG_WM, "Attempted to add wallpaper window with unknown token "
                          + attrs.token + ".  Aborting.");
                    return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_APP_TOKEN;
                }
                ...
                if (type == TYPE_TOAST) {
                    // Apps targeting SDK above N MR1 cannot arbitrary add toast windows.
                    if (doesAddToastWindowRequireToken(attrs.packageName, callingUid,
                            parentWindow)) {
                        Slog.w(TAG_WM, "Attempted to add a toast window with unknown token "
                                + attrs.token + ".  Aborting.");
                        return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_APP_TOKEN;
                    }
                }
                final IBinder binder = attrs.token != null ? attrs.token : client.asBinder();
                token = new WindowToken(this, binder, type, false, displayContent,
                        session.mCanAddInternalSystemWindow);//3
            } else if (rootType >= FIRST_APPLICATION_WINDOW && rootType <= LAST_APPLICATION_WINDOW) {//4
                atoken = token.asAppWindowToken();//5
                if (atoken == null) {
                    Slog.w(TAG_WM, "Attempted to add window with non-application token "
                          + token + ".  Aborting.");
                    return WindowManagerGlobal.ADD_NOT_APP_TOKEN;
                } else if (atoken.removed) {
                    Slog.w(TAG_WM, "Attempted to add window with exiting application token "
                          + token + ".  Aborting.");
                    return WindowManagerGlobal.ADD_APP_EXITING;
                }
            } else if (rootType == TYPE_INPUT_METHOD) {
                if (token.windowType != TYPE_INPUT_METHOD) {
                    Slog.w(TAG_WM, "Attempted to add input method window with bad token "
                            + attrs.token + ".  Aborting.");
                      return WindowManagerGlobal.ADD_BAD_APP_TOKEN;
                }
            }
      ...

註釋1處通過displayContent的getWindowToken方法來得到WindowToken。註釋2處，如果有父窗口就將父窗口的type值賦值給rootType，如果沒有將當前窗口的type值賦值給rootType。接下來如果WindowToken爲null，則根據rootType或者type的值進行區分判斷，如果rootType值等於TYPE_INPUT_METHOD、TYPE_WALLPAPER等值時，則返回狀態值WindowManagerGlobal.ADD_BAD_APP_TOKEN，說明rootType值等於TYPE_INPUT_METHOD、TYPE_WALLPAPER等值時是不允許WindowToken爲null的。通過多次的條件判斷篩選，最後會在註釋3處隱式創建WindowToken，這說明當我們添加窗口時是可以不向WMS提供WindowToken的，前提是rootType和type的值不爲前面條件判斷篩選的值。WindowToken隱式和顯式的創建肯定是要加以區分的，註釋3處的第4個參數爲false就代表這個WindowToken是隱式創建的。接下來的代碼邏輯就是WindowToken不爲null的情況，根據rootType和type的值進行判斷，比如在註釋4處判斷如果窗口爲應用程序窗口，在註釋5處會將WindowToken轉換爲專門針對應用程序窗口的AppWindowToken，然後根據AppWindowToken的值進行後續的判斷。

addWindow方法part3

   ...
  final WindowState win = new WindowState(this, session, client, token, parentWindow,
                    appOp[0], seq, attrs, viewVisibility, session.mUid,
                    session.mCanAddInternalSystemWindow);//1
            if (win.mDeathRecipient == null) {//2
                // Client has apparently died, so there is no reason to
                // continue.
                Slog.w(TAG_WM, "Adding window client " + client.asBinder()
                        + " that is dead, aborting.");
                return WindowManagerGlobal.ADD_APP_EXITING;
            }

            if (win.getDisplayContent() == null) {//3
                Slog.w(TAG_WM, "Adding window to Display that has been removed.");
                return WindowManagerGlobal.ADD_INVALID_DISPLAY;
            }

            mPolicy.adjustWindowParamsLw(win.mAttrs);//4
            win.setShowToOwnerOnlyLocked(mPolicy.checkShowToOwnerOnly(attrs));
            res = mPolicy.prepareAddWindowLw(win, attrs);//5
            ...
            win.attach();
            mWindowMap.put(client.asBinder(), win);//6
            if (win.mAppOp != AppOpsManager.OP_NONE) {
                int startOpResult = mAppOps.startOpNoThrow(win.mAppOp, win.getOwningUid(),
                        win.getOwningPackage());
                if ((startOpResult != AppOpsManager.MODE_ALLOWED) &&
                        (startOpResult != AppOpsManager.MODE_DEFAULT)) {
                    win.setAppOpVisibilityLw(false);
                }
            }

            final AppWindowToken aToken = token.asAppWindowToken();
            if (type == TYPE_APPLICATION_STARTING && aToken != null) {
                aToken.startingWindow = win;
                if (DEBUG_STARTING_WINDOW) Slog.v (TAG_WM, "addWindow: " + aToken
                        + " startingWindow=" + win);
            }

            boolean imMayMove = true;
            win.mToken.addWindow(win);//7
             if (type == TYPE_INPUT_METHOD) {
                win.mGivenInsetsPending = true;
                setInputMethodWindowLocked(win);
                imMayMove = false;
            } else if (type == TYPE_INPUT_METHOD_DIALOG) {
                displayContent.computeImeTarget(true /* updateImeTarget */);
                imMayMove = false;
            } else {
                if (type == TYPE_WALLPAPER) {
                    displayContent.mWallpaperController.clearLastWallpaperTimeoutTime();
                    displayContent.pendingLayoutChanges |= FINISH_LAYOUT_REDO_WALLPAPER;
                } else if ((attrs.flags&FLAG_SHOW_WALLPAPER) != 0) {
                    displayContent.pendingLayoutChanges |= FINISH_LAYOUT_REDO_WALLPAPER;
                } else if (displayContent.mWallpaperController.isBelowWallpaperTarget(win)) {
                    displayContent.pendingLayoutChanges |= FINISH_LAYOUT_REDO_WALLPAPER;
                }
            }
         ...

在註釋1處創建了WindowState，它存有窗口的所有的狀態信息，在WMS中它代表一個窗口。從WindowState傳入的參數，可以發現WindowState中包含了WMS、Session、WindowToken、父類的WindowState、LayoutParams等信息。緊接着在註釋2和3處分別判斷請求添加窗口的客戶端是否已經死亡、窗口的DisplayContent是否爲null，如果是則不會再執行下面的代碼邏輯。註釋4處調用了WMP的adjustWindowParamsLw方法，該方法的實現在PhoneWindowManager中，會根據窗口的type對窗口的LayoutParams的一些成員變量進行修改。註釋5處調用WMP的prepareAddWindowLw方法，用於準備將窗口添加到系統中。
註釋6處將WindowState添加到mWindowMap中。註釋7處將WindowState添加到該WindowState對應的WindowToken中(實際是保存在WindowToken的父類WindowContainer中)，這樣WindowToken就包含了相同組件的WindowState。

addWindow方法總結

addWindow方法分了3個部分來進行講解，主要就是做了下面4件事：
1. 對所要添加的窗口進行檢查，如果窗口不滿足一些條件，就不會再執行下面的代碼邏輯。
2. WindowToken相關的處理，比如有的窗口類型需要提供WindowToken，沒有提供的話就不會執行下面的代碼邏輯，有的窗口類型則需要由WMS隱式創建WindowToken。
3. WindowState的創建和相關處理，將WindowToken和WindowState相關聯。
4. 創建和配置DisplayContent，完成窗口添加到系統前的準備工作。

結語

在本篇文章中我們首先學習了WMS的重要成員，瞭解這些成員有利於對WMS的進一步分析。接下來我們又學習了Window的添加過程的WMS部分，將addWindow方法分爲了3個部分來進行講解，從addWindow方法我們得知WMS有3個重要的類分別是WindowToken、WindowState和DisplayContent，關於它們會在本系列後續的文章中進行介紹。

參考資料
《深入理解Android卷III》

Android解析WindowManagerService（二）WMS的重要成員和Window的添加過程

前言

1.WMS的重要成員

2.Window的添加過程（WMS部分）

addWindow方法part1

addWindow方法part2

addWindow方法part3

addWindow方法總結

結語

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