Android自定义View之Window、ViewRootImpl和View的三大流程

Android自定义View系列

View的三大流程指的是measure(测量)、layout(布局)、draw(绘制)。

下面我们来分别看看这三大流程

View的measure(测量)

MeasureSpec

MeasureSpec是View的一个内部静态类

//view.class
public static class MeasureSpec {
    private static final int MODE_SHIFT = 30;
    private static final int MODE_MASK  = 0x3 << MODE_SHIFT;

    ...

    /**
     * 这种模式不用关心
     */
    public static final int UNSPECIFIED = 0 << MODE_SHIFT;

    /**
     * 精确模式，对应的是match_parent和具体值，比如100dp
    public static final int EXACTLY     = 1 << MODE_SHIFT;

    /**
     * 最大模式，对应的就是wrap_content
     */
    public static final int AT_MOST     = 2 << MODE_SHIFT;


    public static int makeMeasureSpec(@IntRange(from = 0, to = (1 << MeasureSpec.MODE_SHIFT) - 1) int size,
                                      @MeasureSpecMode int mode) {
        if (sUseBrokenMakeMeasureSpec) {
            return size + mode;
        } else {
            return (size & ~MODE_MASK) | (mode & MODE_MASK);
        }
    }

    /**
     * 获取测量的模式
     */
    @MeasureSpecMode
    public static int getMode(int measureSpec) {
        //noinspection ResourceType
        return (measureSpec & MODE_MASK);
    }

    /**
     * 获取测量到的尺寸大小
     */
    public static int getSize(int measureSpec) {
        return (measureSpec & ~MODE_MASK);
    }

    ...
}

MeasureSpec总结起来就是：
- 它由2部分数据组成，分别为定义了View测量的模式和View的测量尺寸大小
- 其中EXACTLY精确模式表示的是match_parent和具体值；AT_MOST最大模式表示的是wrap_content的情况

View的measure过程

View的measure过程由其measure方法完成，在measure方法中会调用View的onMeasure方法

protected void onMeasure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec) {
    setMeasuredDimension(getDefaultSize(getSuggestedMinimumWidth(), widthMeasureSpec),
            getDefaultSize(getSuggestedMinimumHeight(), heightMeasureSpec));
}

setMeasuredDimension方法会设置View的测量宽高，所以我们知道getDefaultSize方法返回的就是View的测量宽高。我们来看看getDefaultSize方法

public static int getDefaultSize(int size, int measureSpec) {
    int result = size;
    int specMode = MeasureSpec.getMode(measureSpec);
    int specSize = MeasureSpec.getSize(measureSpec);

    switch (specMode) {
    case MeasureSpec.UNSPECIFIED:
        result = size;
        break;
    //对应的是wrap_content
    case MeasureSpec.AT_MOST:
    //对应的是match_parent和具体值，返回的是测量值
    case MeasureSpec.EXACTLY:
        result = specSize;
        break;
    }
    return result;
}

从getDefaultSize方法我们可以看到，无论是测量模式无论是AT_MOST还是EXACTLY，返回的结果都是specSize这个测量后的大小。当View的测量模式是AT_MOST，也就是我们在布局中给View设置的是wrap_content时，这个specSize实际上是父容器中的可用大小，也就相当于是和match_parent是一样的效果了。所以我们在通过继承View来自定义View时，就需要特别处理wrap_content的情况。

ViewGroup的measure过程

对于ViewGroup来说，除了完成自己的测量，还需要完成子元素的测量。ViewGroup是一个抽象类，为了测量子类，它提供了一个measureChildren方法：

//ViewGroup.class
protected void measureChildren(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec) {
    final int size = mChildrenCount;
    final View[] children = mChildren;
    for (int i = 0; i < size; ++i) {
        final View child = children[i];
        if ((child.mViewFlags & VISIBILITY_MASK) != GONE) {
            measureChild(child, widthMeasureSpec, heightMeasureSpec);
        }
    }
}

protected void measureChild(View child, int parentWidthMeasureSpec,
            int parentHeightMeasureSpec) {
    final LayoutParams lp = child.getLayoutParams();

    //用子元素的LayoutParams构建MeasureSpec
    final int childWidthMeasureSpec = getChildMeasureSpec(parentWidthMeasureSpec,
            mPaddingLeft + mPaddingRight, lp.width);
    final int childHeightMeasureSpec = getChildMeasureSpec(parentHeightMeasureSpec,
            mPaddingTop + mPaddingBottom, lp.height);

    child.measure(childWidthMeasureSpec, childHeightMeasureSpec);
}

可以看出ViewGroup的measureChildren方法最终会循环调用子元素的measure方法完成子元素的测量。

ViewGroup并没有定义自己的测量过程，因为它的测量过程要由子类自己完成，比如LinearLayout和RelativeLayout，显然测量过程是不同的。有兴趣的可以看看LinearLayout的onMearsure方法。

常见的在Activity中获取View的宽高的方法

View的measure过程和Activity生命周期方法是不同步的，需要用特殊的方法才能准确获取View的宽高

（1）onWindowFocusChanged方法中获取

@Override
public void onWindowFocusChanged(boolean hasFocus) {
    super.onWindowFocusChanged(hasFocus);

    if (hasFocus) {
        int width = myView.getMeasuredWidth();
        int height = myView.getMeasuredHeight();
    }
}

需要注意的是onWindowFocusChanged方法会被调用多次

（2）view.post(runnable)

通过view的post方法可以将一个runnable投递到消息队列的尾部，当Looper调用此runnable时，View已经初始化好了

myView.post(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        int width = myView.getMeasuredWidth();
        int height = myView.getMeasuredHeight();
    }
});

（3）ViewTreeObserver

利用ViewTreeObserver的OnGlobalLayoutListener回调接口，当View树发生状态改变时会回调这个接口

ViewTreeObserver viewTreeObserver = myView.getViewTreeObserver();
viewTreeObserver.addOnGlobalLayoutListener(new ViewTreeObserver.OnGlobalLayoutListener() {
    @Override
    public void onGlobalLayout() {
        myView.getViewTreeObserver().removeOnGlobalLayoutListener(this);
        int width = myView.getMeasuredWidth();
        int height = myView.getMeasuredHeight();
    }
});

View的layout(布局)

layout的作用就是ViewGroup用来确定子元素的位置，ViewGroup的位置被确定后，就会调用onLayout方法，遍历所有的子元素并调用其layout方法，在layout方法中又会调用onLayout方法。layout方法确定View本身的位置，而onLayout方法用来确定子元素的位置。

//View.class
public void layout(int l, int t, int r, int b) {
    if ((mPrivateFlags3 & PFLAG3_MEASURE_NEEDED_BEFORE_LAYOUT) != 0) {
        onMeasure(mOldWidthMeasureSpec, mOldHeightMeasureSpec);
        mPrivateFlags3 &= ~PFLAG3_MEASURE_NEEDED_BEFORE_LAYOUT;
    }

    int oldL = mLeft;
    int oldT = mTop;
    int oldB = mBottom;
    int oldR = mRight;

    //确定View的四个顶点的位置
    boolean changed = isLayoutModeOptical(mParent) ?
            setOpticalFrame(l, t, r, b) : setFrame(l, t, r, b);

    if (changed || (mPrivateFlags & PFLAG_LAYOUT_REQUIRED) == PFLAG_LAYOUT_REQUIRED) {
        //确定子元素的位置
        onLayout(changed, l, t, r, b);

        ...
    }

    ...
}

protected void onLayout(boolean changed, int left, int top, int right, int bottom) {
}

layout方法主要就做了2件事，一个是调用setFrame方法确定自身的位置，另一个就是调用onLayout方法确定子元素的位置。

我们看到在View中并没有实现onLayout方法，同样的在ViewGroup中也没有实现onLayout方法，这是因为onLayout的具体实现同样和具体的布局有关，所以需要子类根据具体情况去实现。大家有兴趣可以看看LinearLayout的onLayout的实现。

需要注意的是默认情况下测量的宽高和最终的宽高是一样的，也就是getMeasuredWidth和getWidth是一样的。只不过一个获取的是measure过程后得到的宽高，一个是layout过程后的宽高。所以如果measure过程需要进行多次或是认为改变了layout方法，就有可能2者不相等。不过绝大多数都是一样的。

View的draw(绘制)

Draw说白了就是把View的内容绘制到屏幕上

@CallSuper
public void draw(Canvas canvas) {
    ...

    /*
     * Draw traversal performs several drawing steps which must be executed
     * in the appropriate order:
     *
     *      1. Draw the background
     *      2. If necessary, save the canvas' layers to prepare for fading
     *      3. Draw view's content
     *      4. Draw children
     *      5. If necessary, draw the fading edges and restore layers
     *      6. Draw decorations (scrollbars for instance)
     */

    // Step 1, draw the background, if needed
    int saveCount;

    //绘制背景
    if (!dirtyOpaque) {
        drawBackground(canvas);
    }

    ...
    if (!verticalEdges && !horizontalEdges) {
        // Step 3, draw the content
        //调用onDraw方法绘制内容
        if (!dirtyOpaque) onDraw(canvas);

        // Step 4, draw the children
        //调用dispatchDraw方法绘制子元素
        dispatchDraw(canvas);

        // Overlay is part of the content and draws beneath Foreground
        if (mOverlay != null && !mOverlay.isEmpty()) {
            mOverlay.getOverlayView().dispatchDraw(canvas);
        }

        // Step 6, draw decorations (foreground, scrollbars)
        //绘制装饰
        onDrawForeground(canvas);

        // we're done...
        return;
    }

    ...
}

从上面的draw方法中，我们可以看出，绘制过程遵循如下几步：

（1）绘制背景：drawBackground(Canvas canvas)

（2）绘制自身内容：onDraw(canvas)

（3）绘制子元素：dispatchDraw(canvas)

（4）绘制装饰：onDrawForeground(canvas)

View的三大流程开始的地方—ViewRootImpl

上面这张图是一张很经典的图，很好的描述了View的绘制流程。ViewRootImpl中的performTraversals方法会调用performMeasure、performLayout、performDraw方法，开始View的测量、布局和绘制过程。那ViewRootImpl中的performTraversals方法又是在什么时候被调用的呢？这就需要理解一个窗口的概念，也就是Window。

Android中的Window

Window是一个抽象的概念，每一个Window都对应着一个View和ViewRootImpl，Window通过ViewRootImpl来和View建立联系。Android中所有的视图都是通过都是通过Window来呈现的，不管是Activity、Dialog、还是Toast，它们的View都是附加在Window上的，因此Window实际上是View的直接管理者。比如我们触摸屏幕的事件，就是通过Window传递给DecorView，然后再由DecorView传递给我们的View。我们在Activity、Dialog中设置视图内容的方法setContentView在底层也是通过Window来完成的

Window的添加过程

我们在启动一个Activity或是一个Dialog时，系统都会为我们创建一个Window，并把创建的Window注册到系统的WindowManagerService中。

Window的添加过程需要通过WindowManager的实现类WindowManagerImpl的addView方法来实现。只有在通过addView方法将View添加到Window中后，我们的View才和Window关联起来，才能接收通过Window传递的各种输入信息

//WindowManagerImpl.class
private final WindowManagerGlobal mGlobal = WindowManagerGlobal.getInstance();
@Override
public void addView(@NonNull View view, @NonNull ViewGroup.LayoutParams params) {
    applyDefaultToken(params);
    mGlobal.addView(view, params, mContext.getDisplay(), mParentWindow);
}

由WindowManagerImpl的源码我们发现，WindowManagerImpl把添加View的工作都交给了WindowManagerGlobal类处理。我们来简单看看WindowManagerGlobal类

//WindowManagerGlobal.class
//所有Window所对应的View
private final ArrayList<View> mViews = new ArrayList<View>();
//所有Window对应的ViewRootImpl
private final ArrayList<ViewRootImpl> mRoots = new ArrayList<ViewRootImpl>();
//多有Window对应的布局参数
private final ArrayList<WindowManager.LayoutParams> mParams =
            new ArrayList<WindowManager.LayoutParams>();
//正在被删除的View
private final ArraySet<View> mDyingViews = new ArraySet<View>();

public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params,
    Display display, Window parentWindow) {
    ...

    //创建ViewRootImpl
    root = new ViewRootImpl(view.getContext(), display);

    view.setLayoutParams(wparams);

    //将Window的一系列对象添加到对应的列表中
    mViews.add(view);
    mRoots.add(root);
    mParams.add(wparams);

    // do this last because it fires off messages to start doing things
    try {
        //调用ViewRootImpl的setView方法
        root.setView(view, wparams, panelParentView);
    } catch (RuntimeException e) {
        // BadTokenException or InvalidDisplayException, clean up.
        if (index >= 0) {
            removeViewLocked(index, true);
        }
        throw e;
    }
}

源码中已经做了相应的注释了。这里我们看到WindowManagerGlobal在addView方法中创建ViewRootImpl后，最后调用了ViewRootImpl的setView方法。下面我们来看看ViewRootImpl的setView方法

//ViewRootImpl.class
public void setView(View view, WindowManager.LayoutParams attrs, View panelParentView) {
    synchronized (this) {
        if (mView == null) {
            ...
            //调用了requestLayout进行View的绘制
            requestLayout();
            ...
            try {
                mOrigWindowType = mWindowAttributes.type;
                mAttachInfo.mRecomputeGlobalAttributes = true;
                collectViewAttributes();
                //这里调用WindowSession的addToDisplay方法注册Window
                res = mWindowSession.addToDisplay(mWindow, mSeq, mWindowAttributes,
                        getHostVisibility(), mDisplay.getDisplayId(),
                        mAttachInfo.mContentInsets, mAttachInfo.mStableInsets,
                        mAttachInfo.mOutsets, mInputChannel);
            } catch (RemoteException e) {
                mAdded = false;
                mView = null;
                mAttachInfo.mRootView = null;
                mInputChannel = null;
                mFallbackEventHandler.setView(null);
                unscheduleTraversals();
                setAccessibilityFocus(null, null);
                throw new RuntimeException("Adding window failed", e);
            } finally {
                if (restore) {
                    attrs.restore();
                }
            }

            ...

        }
    }
}

@Override
public void requestLayout() {
    if (!mHandlingLayoutInLayoutRequest) {
        checkThread();
        mLayoutRequested = true;
        scheduleTraversals();
    }
}

在ViewRootImpl的setView方法中主要是做了2件事，一个是调用requestLayout方法启动View的绘制流程；另一个是调用WindowSession的addToDisplay方法请求WindowManagerService添加Window，这是一次IPC调用。

至此，我们就分析完Window的添加过程了，总结如下：

（1）View的展示以及处理触摸点击事件离不开Window，2者通过ViewRootImpl进行关联

（2）我们在启动Activity、创建Dialog或是弹出Toast时都会创建一个Window，然后会通过WindowManagerGlobal类的addView方法来创建ViewRootImpl类，并将Window、View、ViewRootImpl关联起来，

（3）在创建完ViewRootImpl后，接着会调用ViewRootImpl的setView方法，在setView方法中通过requestLayout方法最终调用到performTraversals方法开启View的三大流程；通过WindowSession的addToDisplay方法向WindowManagerService发起远程IPC调用，完成Window的添加。

总结

（1）在通过继承View的方式自定义View时，需要特别处理wrap_content的情况，因为View中默认相当于没处理(和match_parent效果一样)

（2）在Activity中获取View的宽高需要用特殊的方式：onWindowFocusChanged、view.post(runnable)、ViewTreeObserver的OnGlobalLayoutListener

（3）我们的View的显示离不来Window，无论是Activity、Dialog还是Toast，都对应着一个Window。View和Window通过ViewRootImpl来建立关联。我们显示、更新、隐藏界面，比如Dialog的show和dismiss，说到底是Window中添加、更新和删除View的过程。

（4）我们通过setContentView方法添加View，其实是对应Window的添加View的过程，Window会创建ViewRootImpl来执行注册Window、开启View的绘制流程的操作。

（5）所以综上，我们显示一个界面的过程为：创建Window–>创建ViewRootImpl–>添加View–>绘制View、注册Window

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