【Android】Android UI显示原理

一、window相关

Window可以说是Android Framework层提供的一个最基础的UI组件管理类，PhoneWindow是它的唯一实现类。它屏蔽了开发者与WindowManagerService的交互，统一了UI设计，并统一接收用户交互事件，比如背景、title和按键事件等。

Activity/Dialog/Toast的UI展现都是依赖于Window来完成。对于UI编写，开发者只需要使用View相关即可。View最终会以ContentView的形式设置给Window:

PhoneWindow.java

  public void setContentView(int layoutResID) {
    
    
  }

DecorView是PhoneWindow的根ViewGroup。Window提供了一些列的配置项，不同的配置项DecorView的UI组成会有一定的不同。

二、WindowManager

一个Window会有一个WindowManager。提到WindowManager就要提到WindowManagerGlobal。他们之间的区别是:

WindowManager : 它负责管理一个Window，并提供一系列对Window进行配置的flag。
WindowManagerGlobal : 它是一个单例类，负责管理应用所有的Window(其实并不是很严谨，应该是管理所有的ViewRootImpl)。并且它含有与WindowManagerService通信的Binder。
WindowManager所提供的API其实都是用来操作WindowManagerGlobal中的ViewRootImpl。比如WindowManager.addView(contentView)实际上是在WindowManagerGlobal中创建了一个与contentView对应的ViewRootImpl。

三、VIewRootImpl

它负责管理一个具体的View Tree，比如DecorView及其所有子View。具体有下面这些职责:

通过与WindowManagerService通信，创建Surface来显示其管理的View Tree
管理整个View Tree的测量、布局、绘制。具体方法是performTraversals
通过Choreographer来使整个ViewTree的UI刷新(测量、布局、绘制)与系统同步。

四、Choreographer

Choreographer用来控制同步处理输入(Input)、动画(Animation)、绘制(Draw)三个UI操作(UI显示的时候每一帧要完成的事情只有这三种)。其内部维护着一个Queue,使用者可以通过postXXX来把一些列待运行的UI操作放到Queue中。这些事件会在Choreographer接收显示系统的时间脉冲(垂直同步信号-VSync信号)后执行这些操作。比如ViewRootImpl对于View Tree的更新事件:

ViewRootImpl.java

void scheduleTraversals() {
    
    
    ...
     mChoreographer.postCallback(Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
}

五、Surface

一个ViewRootImpl含有一个Surface(一个Surface含有一个Canvas)。可以把它理解为一个画布,通过Canvas可以在上面作画。ViewRootImpl的整个ViewTree是draw在Surface上的。

它实际上对应的是SurfaceFlinger中的Layer，在Surface上绘制的内容最终会由SurfaceFlinger来渲染。

六、WindowManagerService

它管理着所有应用程序的Window:

管理所有Window的状态(WindowState)
与SurfaceFlinger通信，完成Window的渲染
通过ViewRootImpl可以向WindowManagerService添加一个Window:

ViewRootImpl.java

public void setView(View view, WindowManager.LayoutParams attrs, View panelParentView) {
    
    
    ...
    //mWindow是一个`Binder`
    res = mWindowSession.addToDisplay(mWindow, mSeq, mWindowAttributes,
                        getHostVisibility(), mDisplay.getDisplayId(), mWinFrame,
                        mAttachInfo.mContentInsets, mAttachInfo.mStableInsets,
                        mAttachInfo.mOutsets, mAttachInfo.mDisplayCutout, mInputChannel);
    ...
}

mWindowSession是IWindowSession的实例，是一个与WindowManagerService通信的Binder。由WindowManagerGlobal创建和维护，一个应用程序只会有一个。

七、WindowState和WindowToken

WindowState用于在WindowManagerService中代表一个Window，它含有一个窗口的所有属性，它和ViewRootImpl是对应的。它被保存在WindowManagerService的mWindowMap集合中。mWindowMap是整个系统所有窗口的一个全集。

WindowToken将属于同一个应用程序组件的窗口组织在一起。在WindowManagerService对窗口管理的过程中，用WindowToken代表一个应用组件。例如在进行窗口Z-Order排序时,属于同一个WindowToken的窗口(Window)会被安排在一起,也可以理解为渲染Window的Surface的Z轴顺序。一个token下可以有多个WindowState(Window):

WindowManagerService.addWindow()

win.mToken.addWindow(win);//一个token下会有多个win state

八、SurfaceFlinger

SurfaceFlinger是Android最重要的系统服务之一，它主要负责UI的渲染，具体可以说是Layer的合成和渲染。下面介绍的几个对象基本都是存在于WindowManagerService中的。是应用程序与SurfaceFlinger交互的关键对象。

九、SurfaceControl

可以简单的把它理解为Surface的管理者。它和Surface是一对一的关系。构建SurfaceControl的同时就会构造Surface。ViewRootImpl的Surface实际上和它指向的是同一个对象。它可以通过SurfaceComposerClient来与SurfaceFlinger通信。比如请求SurfaceFlinger创建Surface(Layer)

十、SurfaceComposerClient

这个对象也是进程唯一的，一个应用只有一个。可以通过它与SurfaceFlinger建立连接，从而与SurfaceFlinger通信。具体通信的功能是由Client对象来完成的。

十一、Client

它是一个Binder,SurfaceComposerClient可以通过它来与SurfaceFlinger通信。比如通过它可以使SurfaceFlinger创建一个Layer。它也维护着一个应用程序所有的Layer。

十二、Layer

被SurfaceFlinger管理着，分为多种不同的类型。它是一个可被SurfaceFlinger渲染的单元。它有一个BufferQueueProducer,里面维护着很多可以被渲染的GraphicBuffer,这个buffer可能被渲染完毕，也可能处于待渲染状态。