Window 的添加过程

Andorid 系统中，各个大大小小的 Window 都是由系统服务 WindowManagerService 来统一管理的，其中实现了包括窗口的添加、更新、删除等一系列操作。

关于系统服务的概念，可跳转至 Android 系统服务概念理解

基本使用

Window 的实际视图是一个 View，新建一个 View 之后通过 WindowManager 便可完成一个窗口的添加，添加窗口的代码示例如下：

class MyActivity extends Activity {
    
    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        ...
        WindowManager.LayoutParams layoutParam = 
            new WindowManager.LayoutParams(
                WindowManager.LayoutParams.MATCH_PARENT, 
                WindowManager.LayoutParams.MATCH_PARENT);
        layoutParam.type = WindowManager.LayoutParams.TYPE_APPLICATION_MEDIA;
        View view = new View(this);
        getWindowManager().addView(view, layoutParam);
    }
}

其中，WindowManager.LayoutParams 直接继承于 ViewGroup.LayoutParams，专用于描述窗口根视图 View 的布局属性，在 ViewGroup.LayoutParams 的基础上增加窗口类型、窗口 token 等重要参数。

通过 WindowManager 发起窗口添加

而 WindowManager 真正的实现类为 WindowMangerImpl，其可视为系统服务 WindowMangerService 在当前应用进程的代理实现，在注册系统服务一处中，可找到其出处：

final class SystemServiceRegistry {
    static {
        ...
        registerService(Context.WINDOW_SERVICE, WindowManager.class,
                new CachedServiceFetcher<WindowManager>() {
            @Override
            public WindowManager createService(ContextImpl ctx) {
                return new WindowManagerImpl(ctx.getDisplay());
            }});
    }
}

下面进一步分析 WindowMangerImpl 内 Window 的添加过程，整体流程时序图示意如下：

frameworks/base/core/java/android/view
    - ViewRootImpl
    - WindowManager.java
    - WindowManagerImpl.java
    - WindowManagerGlobal.java

WindowMangerImpl 在应用进程中是允许创建多个的，实际上每个 Activity 窗口就会新建一个 WindowMangerImpl 对象，与其上下文环境相关。
WindowManagerGlobal 和 WindowMangerImpl 都实现了 WindowManager 接口。WindowManagerGlobal 为单例实现，其目的是提供不依赖上下文环境的窗口管理实现。

WindowManagerGlobal 的 addView() 方法具体实现如下：

public final class WindowManagerGlobal {
    ...
    public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params,
            Display display, Window parentWindow) {
        ...      
        final WindowManager.LayoutParams wparams = (WindowManager.LayoutParams) params;
        if (parentWindow != null) {
            // 关键点 1：调整子窗口的参数
            parentWindow.adjustLayoutParamsForSubWindow(wparams);
        } ...

        ViewRootImpl root;
        ...
        synchronized (mLock) {
            ...
            // 关键点 2：创建 RootView 的管理实现类 ViewRootImpl 对象
            root = new ViewRootImpl(view.getContext(), display);
            view.setLayoutParams(wparams);
            mViews.add(view);
            mRoots.add(root);
            mParams.add(wparams);
        }

        try {
            root.setView(view, wparams, panelParentView);
        } catch (RuntimeException e) {
            // 窗口添加失败，移除相关
            synchronized (mLock) {
                final int index = findViewLocked(view, false);
                if (index >= 0) {
                    removeViewLocked(index, true);
                }
            }
            throw e;
        }
    }
}

此方法完成了以下几个核心工作：

根据父窗口来调整子窗口的参数，其最核心是获取父窗口的 token 为子窗口使用；
创建 RootView 管理实现类 ViewRootImpl 对象，与 RootView 所绑定，窗口添加成功后。保存 RootView 和 ViewRootImpl 等对象。

文章系列 1 提到过：窗口 token 是用来保证窗口安全性的唯一凭证，根据窗口的类型，而窗口 token 的获取方式可大致分为：

类型	token 来源
Activity 应用类型窗口	以 Binder IPC 通信中 IBinder 对象为 token
其他应用类型窗口或子类型窗口	使用父窗口（Activity）的 token
系统类型窗口	不需要 token

通知 WindowManagerService 完成窗口添加

而后，在 ViewRootImpl 内，发起 IPC 调用，把窗口相关参数传递到系统服务 WindowMangerService 中，完成窗口添加的流程，时序图示意如下：

frameworks/base/core/java/android/view
    - ViewRootImpl
    - IWindowManager.aidl
    - IWindowSession.aidl

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

其中，窗口添加和其他大部分的系统服务调用一样，都是通过 Binder 来完成应用进程和系统服务进程之间的跨进程通信。需要注意的是，这里 Binder 通信的接口有两个，除了 WindowManger 和 WindowManagerService 通信外，还额外引入了一个 WindowSession 来辅助完成窗口的增删改等操作。Binder 采用的是 C/S 架构，这里分别对应如下：

aidl	Binder-Client	Binder-Server
IWindowManager.aidl	WindowManagerGlobal.sWindowManagerService	WindowManagerService
IWindowSession.aidl	WindowManagerGlobal.sWindowSession	Session

其中，IWindowSession Binder client 端实现是由 IWindowManager.openSession() 方法返回。换言之，窗口的添加，一共进行了两次跨进程通信：

和远程 WindowManagerService 通信，获取 IWindowSession$BinderProxy 对象
和远程 Session 通信，通知 WindowManagerService 添加窗口并回调结果

而后，在 WindowManagerService 中，完成了窗口参数的检验，核心实现如下：

public class WindowManagerService extends IWindowManager.Stub {

    final HashMap<IBinder, WindowState> mWindowMap = new HashMap<>();
    final HashMap<IBinder, WindowToken> mTokenMap = new HashMap<>();

    public int addWindow(Session session, IWindow client, int seq,
            WindowManager.LayoutParams attrs, int viewVisibility, int displayId, ...) {

        boolean addToken = false;
        WindowToken token = mTokenMap.get(attrs.token);
        ...
        // 添加窗口合法性检验：
        // 1. 窗口是否被重复添加
        // 2. 子窗口的附着窗口是否存在
        // 3. 应用窗口的 token 检验，系统窗口创建新 token
        // 4. 其他类型窗口检验
        ...
        WindowState win = new WindowState(this, session, client, token,
                    attachedWindow, appOp[0], seq, attrs, viewVisibility, displayContent);
        ...
        res = WindowManagerGlobal.ADD_OKAY;
        if (addToken) {
            mTokenMap.put(attrs.token, token);
        }
        win.attach();
        mWindowMap.put(client.asBinder(), win);
        ...
        return res;
    }
}

在完成 Window 参数的校验后，若窗口添加成功，则返回 WindowManagerGlobal.ADD_OKAY。若添加不成功，则返回其他的值，在 ViewRootImpl 处抛出异常。

总结

窗口添加整体流程图如下：

Window 的添加过程

Window 的添加过程

基本使用

通过 WindowManager 发起窗口添加

通知 WindowManagerService 完成窗口添加

总结

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