Android WindowManagerService--03

作者: DarcyZhou | 来源:发表于2023-11-08 08:10 被阅读0次

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本文转载自：Android R WindowManagerService模块(1) WMS整体架构及启动过程

本文基于Android 11.0源码分析

前言

Android系统中，WindowManagerService（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、锁屏等对于WMS来说，都是一个具体的窗口实例。从这篇文章开始，将会对WindowManagerService模块进行整理总结。WMS的职责可以简单总结为下图：

WMS04.PNG

1.WMS架构

在WindowManagerService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：

WMS05.PNG

上图中包含了WMS中的所有容器，各个子容器含义如下：

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；
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；
WindowContainer：作为可以保存窗口类的父类，定义了用于操作窗口的所有公共方法；
RootWindowContainer：窗口容器在树结构中的根节点；
DisplayContent：作为RootWindowContainer的子节点，用于管理同一个逻辑屏的窗口；
DisplayChildWindowContainer：DisplayContent中的所有子节点的父类；
NonAppWindowContainers：继承于DisplayChildWindowContainer，主要保存非来自应用的WindowToken；
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；
DisplayArea：用于对DisplayContent中的节点进行分组管理，主要分为了三类；
DisplayArea.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；
TaskDisplayArea：DisplayArea的子类，此类容器用于管理Task;
TaskDisplayArea.Tokens：DisplayArea的子类，该容器用来保存正常窗口的WindowToken；
ImeContainer：Tokens的子类，该容器用来保存IME窗口的WindowToken;
Task：用来保存ActivityRecord，即我们常说的"任务"；
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；
WindowToken：用来管理窗口，多个窗口可以被一个WindowToken进行管理；
ActivityRecord：继承于WindowToken，表示ActivityStack中的一个Activity实例；
WallpaperWindowToken：继承于WindowToken，壁纸窗口比较特殊，因此由WallpaperWindowToken进行管理；
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：

WMS06.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) {
            // 2.1 创建WMS
            wm = WindowManagerService.main(context, inputManager, !mFirstBoot, mOnlyCore,
                    new PhoneWindowManager(), mActivityManagerService.mActivityTaskManager);
            // 2.2 进行初始化
            wm.onInitReady();
            // 2.3 设置InputCallback接口
            inputManager.setWindowManagerCallbacks(wm.getInputManagerCallback());
            // 2.4 进行Display配置更新
            wm.displayReady();
            // 2.5 系统启动完成
            wm.systemReady();
            // 2.6 计算Configuration
        final Configuration config = wm.computeNewConfiguration(DEFAULT_DISPLAY);
        DisplayMetrics metrics = new DisplayMetrics();
        context.getDisplay().getMetrics(metrics);
        context.getResources().updateConfiguration(config, metrics);
    }

注：上面筛选出wm相关的操作，下面对这些操作分别进行分析。

2.1 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

    public static WindowManagerService main(final Context context, final InputManagerService im,
            final boolean showBootMsgs, final boolean onlyCore, WindowManagerPolicy policy,
            ActivityTaskManagerService atm) {
        return main(context, im, showBootMsgs, onlyCore, policy, atm,
                SurfaceControl.Transaction::new, Surface::new, SurfaceControl.Builder::new);
    }

    /**
     * Creates and returns an instance of the WindowManagerService. This call allows the caller
     * to override factories that can be used to stub native calls during test.
     */
    @VisibleForTesting
    public static WindowManagerService main(final Context context, final InputManagerService im,
            final boolean showBootMsgs, final boolean onlyCore, WindowManagerPolicy policy,
            ActivityTaskManagerService atm, Supplier<SurfaceControl.Transaction> transactionFactory,
            Supplier<Surface> surfaceFactory,
            Function<SurfaceSession, SurfaceControl.Builder> surfaceControlFactory) {
        // DisplayThread就是android.display线程
        // runWithScissors的执行会导致system_server线程等待android.display执行完再进行下一步操作。
        DisplayThread.getHandler().runWithScissors(() ->
                sInstance = new WindowManagerService(context, im, showBootMsgs, onlyCore, policy,
                        atm, transactionFactory, surfaceFactory, surfaceControlFactory), 0);
        return sInstance;
    }
------------------------
    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());
        .....
    }

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：

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

    public void onInitReady() {
        initPolicy();//初始化policy

        // Add ourself to the Watchdog monitors.
        Watchdog.getInstance().addMonitor(this);
        createWatermark();
        showEmulatorDisplayOverlayIfNeeded();
    }
-------------------------------------
    private void initPolicy() {
        UiThread.getHandler().runWithScissors(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                WindowManagerPolicyThread.set(Thread.currentThread(), Looper.myLooper());
                mPolicy.init(mContext, WindowManagerService.this, WindowManagerService.this);
            } // android.ui线程
        }, 0);
    }

在android.ui线程中调用WindowManagerPolicy#init()方法进行初始化，其中WindowManagerPolicy就是SystemServer.java中WindowManagerService.main()方法传进来的PhoneWindowManager。

// 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;
        ......
    }

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。mWindowManager和mWindowManagerFuncs都是WMS对象本身。

这里的initPolicy()方法最终执行在android.ui线程中，并且也是使用runWithScissors，所以中和前面的两个线程，有如下的线程执行关系：

WMS07.png

initPolicy方法和此前讲的WMS的main方法的实现类似，它的具体实现在PhoneWindowManager（PWM）中。PWM的init方法运行在”android.ui”线程中，它的优先级要高于initPolicy方法所在的”android.display”线程，因此”android.display”线程要等PWM的init方法执行完毕后，处于等待状态的”android.display”线程才会被唤醒从而继续执行下面的代码：WMS.displayRead()。

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;
    }

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;
    }

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) {
            if (mMaxUiWidth > 0) {
                mRoot.forAllDisplays(displayContent -> displayContent.setMaxUiWidth(mMaxUiWidth));
            }
            applyForcedPropertiesForDefaultDisplay();
            // 告知WindowAnimator初始化完成
            mAnimator.ready();
            // 表示Display准备完成
            mDisplayReady = true;
            // Reconfigure all displays to make sure that forced properties and
            // DisplayWindowSettings are applied.
            // 更新Configuration
            mRoot.forAllDisplays(DisplayContent::reconfigureDisplayLocked);
            mIsTouchDevice = mContext.getPackageManager().hasSystemFeature(
                    PackageManager.FEATURE_TOUCHSCREEN);
        }

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

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);
        IVrManager vrManager = IVrManager.Stub.asInterface(
                ServiceManager.getService(Context.VR_SERVICE));
        if (vrManager != null) {
            try {
                final boolean vrModeEnabled = vrManager.getVrModeState();
                synchronized (mGlobalLock) {
                    vrManager.registerListener(mVrStateCallbacks);
                    if (vrModeEnabled) {
                        mVrModeEnabled = vrModeEnabled;
                        mVrStateCallbacks.onVrStateChanged(vrModeEnabled);
                    }
                }
            } catch (RemoteException e) {
                // Ignore, we cannot do anything if we failed to register VR mode listener
            }
        }
    }

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

    public Configuration computeNewConfiguration(int displayId) {
        synchronized (mGlobalLock) {
            return computeNewConfigurationLocked(displayId);
        }
    }

    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;
    }

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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