[虾扯蛋] android界面框架-Window
从纯sdk及framwork的角度看，android中界面框架相关的类型有：Window,WindowManager,View等。下面就以这几个类为出发点来概览下安卓开发的“界面架构”。
Window
该类接触不多，和它密切相关的View类就比较熟悉了。
Window和View的关系
View是可视界面上的一个矩形区域，它显示内容并接收各种交互事件。所有View形成一个ViewTree这样的结构，对应任何一个界面通过sdk自带的hierarchyviewer工具就可以看到所有View对象形成的视图树的形象的结构图，相信都不会陌生。
一般的，开发工作主要是利用系统及自定义控件组合完成各种界面，所以理解View的使用和原理更重要些。再进一步，以ViewTree为整体，再看它和window，系统服务之间的关系可以从整体上把握android中界面框架。
Window类的描述如下：
Window: Abstract base class for a top-level window look and behavior policy. An instance of this class should be used as the top-level view added to the window manager. It provides standard UI policies such as a background, title area, default key processing, etc.
Window表示“窗口”的概念，类似桌面OS中的窗口的概念，它是对用户界面的一个逻辑划分。可以参考下Windows编程中对Window类的描述是：“The point of interaction between a user and a standalone application is a window.”。每个窗口对应一个独立的交互（可以是完整屏幕大小的）界面。
可以认为窗口是系统区分不同界面（不同app，或者同一app的不同Activity等）的一个单位。窗口之间可以包含（容器和子窗口），可以重叠（窗口具有z轴深度）。
窗口本身没有显示内容的能力，它包含一个顶级的View对象来持有一棵ViewTree。
一句话概况：窗口是一个独立的可交互界面，不同窗口叠加显示，窗口包含View来显示内容。
android中的UI就是View组成的ViewTree来表达的，root view或者说顶部（top level）的View对象作为对整个ViewTree执行消息传递，测量，布局和绘制等遍历操作的全局入口，持有此root view就相当于持有对应的组成界面内容的ViewTree。
有一点就是，Window是一个框架层的概念，整个android中的“各种界面”是不同类型的Window对象。但是在应用层，我们创建不同的界面就是提供不同的“内容”View对象，然后指定其Window类型，而界面的创建，更新和关闭是通过操纵Window所包含的要显示的顶级View，而不会直接去操控Window对象。
创建Window
在一个新窗口显示一个View最简单的过程如下：
private void openNewWindow() {
Button button = new Button(this);
button.setText("Button On New Window");
WindowManager.LayoutParams params
= new WindowManager.LayoutParams(ViewGroup.LayoutParams.WRAP_CONTENT,
ViewGroup.LayoutParams.WRAP_CONTENT);
params.gravity = Gravity.LEFT | Gravity.TOP;
params.x = 220;
params.y = 320;
params.type = WindowManager.LayoutParams.TYPE_SYSTEM_ALERT;
params.flags = WindowManager.LayoutParams.FLAG_NOT_TOUCH_MODAL;
WindowManager windowManager = (WindowManager) getSystemService(WINDOW_SERVICE);
windowManager.addView(button, params);
}
创建Window是通过WindowManager实现的，addView(View view, WindowManager.LayoutParams params)方法接收要展示的root view和窗口布局相关的参数。
执行上面的代码会创建一个新的窗口，并在屏幕坐标(220,320)的位置放置了一个Button。应用层要做的就是准备好Button对象，然后设置好相关布局参数，而Window对象的创建本身最终是通过系统服务完成的。类似Activity那样，Window对象的创建不是new出来的。
窗口的创建，更新和关闭操作都是WindowManager的工作。实际开发中很少和Window直接打交到。比如Activity对应一个窗口，但是对它的界面的各种操作好像都和Window无关，因为Window的确够“底层”了。
窗口类型
前面说过，安卓中的界面划分为一个个窗口，系统运行中各个不同的窗口可以叠加显示。和叠加相关的属性就是Z-ordered，它是正整数。通过Z-ordered值，系统来决定这些Window的覆盖顺序。但实际上并不是通过指定Z-ordered值来直接控制窗口的层叠，而是，系统提供了一组常量，被表示为窗口类型，不同窗口类型的常量对应一个Z-ordered的值范围，然后其它地方通过为Window指定type来间接控制其Z-ordered。Window类有一个setType的方法正是做这件事情的。不过在创建Window时就需要为其指定type，而我们不直接接触Window对象，WindowWindowManager.LayoutParam有一个type的变量，在通过WindowWindowManager.addView方法创建窗口时，窗口布局参数中指定需要的type——窗口类型——这是必须的，而且Window type can not be changed after the window is added。
窗口类型有：
- 系统窗口：如状态栏，Toast那样的，常量如TYPE_SYSTEM_xx的。
- 应用窗口：就是Activtiy。
- 子窗口：Dialog这样的，需要依附（attach）到其它窗口（作为子窗口的container，如Activity）。
WindowManager.LayoutParams有个flags的属性，用来控制窗口的可见性，透明，是否可以获得焦点等显示和交互的有关状态。
Window相关属性和方法
接下来直面Window类。它是一个抽象类，目前只有PhoneWindow是其实现类。可以通过下面截取的类型定义的代码片段对Window有个感官认识：
public abstract class Window {
// 一系列的FEATURE_xx常量，还记得在Activity中requestWindowFeature方法吗？
public static final int FEATURE_xxx
/**
* API from a Window back to its caller.
* This allows the client to intercept key
* dispatching, panels and menus, etc.
*/
private Callback mCallback;
// The interface that apps use to talk to the window manager.
private WindowManager mWindowManager;
private Window mContainer;
private Window mActiveChild;
// The current window attributes.
private final WindowManager.LayoutParams mWindowAttributes =
new WindowManager.LayoutParams();
/**
* The ID that the main layout in the XML layout file should have.
*/
public static final int ID_ANDROID_CONTENT = com.android.internal.R.id.content;
/**
* API from a Window back to its caller. This allows the client to
* intercept key dispatching, panels and menus, etc.
*/
public interface Callback {
public boolean dispatchTouchEvent(MotionEvent event);
public void onAttachedToWindow();
// ...
}
public abstract LayoutInflater getLayoutInflater();
public abstract void setContentView(View view, ViewGroup.LayoutParams params);
/**
* Retrieve the top-level window decor view (containing the standard
* window frame/decorations and the client's content inside of that), which
* can be added as a window to the window manager.
*
* <p><em>Note that calling this function for the first time "locks in"
* various window characteristics as described in
* {@link #setContentView(View, android.view.ViewGroup.LayoutParams)}.</em></p>
*
* @return Returns the top-level window decor view.
*/
public abstract View getDecorView();
public abstract void setTitle(CharSequence title);
public void setIcon(@DrawableRes int resId) { }
}
有三个值得关注的：
-
Window.Callback
该接口使得依靠（可以确定的是所有界面都是通过Window展示的）Window来显示内容的其它对象——主要就是Activity——接收Window发送的交互等事件和消息回调。例如Activity.onAttachedToWindow()这样的回调。 -
getDecorView
DecorView就是和Window关联的用来显示内容的ViewTree的root。所有地方都使用Window来显示内容，不同的Window使用者会需要不同的DecorView，比如Activity就需要DecorView本身具备ActionBar这类的“界面装饰部分”。而Dialog明显没有。 -
setContentView
Window显示的自定义内容。Activity中的setContentView正是调用关联的Window对象的此方法。将界面内容附加到DecorView作为其子树。
PhoneWindow
PhoneWindow作为目前Window的唯一子类，它的大致定义如下：
public class PhoneWindow extends Window {
// This is the top-level view of the window, containing the window decor.
private DecorView mDecor;
// This is the view in which the window contents are placed. It is either
// mDecor itself, or a child of mDecor where the contents go.
private ViewGroup mContentParent;
private TextView mTitleView;
private ImageView mLeftIconView;
private ActionBarView mActionBar;
@Override
public void injectInputEvent(InputEvent event) {
getViewRootImpl().dispatchInputEvent(event);
}
private ViewRootImpl getViewRootImpl() {
if (mDecor != null) {
ViewRootImpl viewRootImpl = mDecor.getViewRootImpl();
if (viewRootImpl != null) {
return viewRootImpl;
}
}
throw new IllegalStateException("view not added");
}
private final class DecorView extends FrameLayout {
// ...
}
}
-
DecorView
PhoneWindow的内部类DecorView作为Window关联的ViewTree的root view。它用来放置ActionBarView，Title和Icon等一些在Activity中经常访问得到的界面元素。而应用自身提供的contentView是作为DecorView的childView存在的。 -
ViewRootImpl
从View组成ViewTree的角度看，任意的ViewGroup子类都可以做为root，但Window操作ViewTree时需要对root view做特殊对待，ViewRootImpl正是用来表达root view，是Window和ViewTree之间的交互接口：
/**
* The top of a view hierarchy, implementing the needed protocol between View
* and the WindowManager. This is for the most part an internal implementation
* detail of {@link WindowManagerGlobal}.
*
* {@hide}
*/
@SuppressWarnings({"EmptyCatchBlock", "PointlessBooleanExpression"})
public final class ViewRootImpl implements ViewParent {
// ...
}
在View中方法ViewRootImpl getViewRootImpl()可以获得一个View关联的ViewRootImpl对象。在ViewTree关联到Window后，每个View会获得一个AttachInfo对象，里面保存了rootView和ViewRootImpl这样的对象来访问根视图。
至于ViewRootImpl到底有哪些作用，后面分析WindowManager的操作时会接触到。目前为止，Window和View的大致概念和它们之间的关系交代完毕。下面需要从WindowManager来继续探索界面框架的工作原理。
WindowManager
概念window manager表示用来管理操作Window的角色。稍后会知道真实的动作完全是通过IPC调用系统服务WindowManagerService完成的，我们（调用api的客户端代码）接触到的是一个代理对象。而WindowManager正是IPC的接口描述。
接口WindowManager继承了ViewManager，它的定义是：
/** Interface to let you add and remove child views to an Activity. To get an instance
* of this class, call {@link android.content.Context#getSystemService(java.lang.String) Context.getSystemService()}.
*/
public interface ViewManager {
// Assign the passed LayoutParams to the passed View and add the view to the window.
public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params);
public void updateViewLayout(View view, ViewGroup.LayoutParams params);
public void removeView(View view);
}
上面的三个方法是面向Window的，分别用来添加，更新、和移除View。
Window是界面框架的基本单位，每个可视的独立交互的界面是一个Window，而界面可视元素是View组成的，View必须依附到Window来被最终绘制和显示。SDK提供的界面又分为不同的Window类型，Dialog，StatusBar，Toast，Activity等，它们都是拥有View并依靠Window来显示内容的“界面类”。
ViewManager的这三个方法几乎就是WindowManager的所有职责，也是我们可以“间接”和Window打交道的方式。addView时会创建新的Window并将传递的View作为其呈现的内容。removeView时也就销毁了Window。
接口WindowManager继承ViewManager：
public interface WindowManager extends ViewManager {
public static class LayoutParams extends ViewGroup.LayoutParams
implements Parcelable {
// View的left,top
public int x, y;
/**
* The general type of window. There are three main classes of
* window types:Application windows、System windows、Sub-windows。
*/
public int type;
// Various behavioral options/flags.
public int flags;
// ...
}
}
WindowManager.LayoutParams就是和Window中View相关的布局参数。
WindowManagerService
就像Activity的创建一样，Window的创建不是像View那样new出来的。而是通过IPC调用系统服务WindowManagerService完成的。如果接触过RemoteViews的话很容易明白类似的设计。
WindowManager的实现类是WindowManagerImpl：
/**
* Provides low-level communication with the system window manager for
* operations that are bound to a particular context, display or parent window.
* Instances of this object are sensitive to the compatibility info associated
* with the running application.
*
* This object implements the {@link ViewManager} interface,
* allowing you to add any View subclass as a top-level window on the screen.
* Additional window manager specific layout parameters are defined for
* control over how windows are displayed. It also implements the {@link WindowManager}
* interface, allowing you to control the displays attached to the device.
*
* <p>Applications will not normally use WindowManager directly, instead relying
* on the higher-level facilities in {@link android.app.Activity} and
* {@link android.app.Dialog}.
*
* <p>Even for low-level window manager access, it is almost never correct to use
* this class. For example, {@link android.app.Activity#getWindowManager}
* provides a window manager for adding windows that are associated with that
* activity -- the window manager will not normally allow you to add arbitrary
* windows that are not associated with an activity.
*
* @see WindowManager
* @see WindowManagerGlobal
* @hide
*/
public final class WindowManagerImpl implements WindowManager {
private final WindowManagerGlobal mGlobal = WindowManagerGlobal.getInstance();
@Override
public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params) {
mGlobal.addView(view, params, mDisplay, mParentWindow);
}
@Override
public void removeView(View view) {
mGlobal.removeView(view, false);
}
// ...
}
可以看到，WindowManagerImpl将实际操作委托给WindowManagerGlobal mGlobal完成。WindowManagerGlobal是单例的。
public final class WindowManagerGlobal {
private final ArrayList<View> mViews = new ArrayList<View>();
private final ArrayList<ViewRootImpl> mRoots = new ArrayList<ViewRootImpl>();
private final ArrayList<WindowManager.LayoutParams> mParams =
new ArrayList<WindowManager.LayoutParams>();
public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params,
Display display, Window parentWindow) {
if (view == null) {
throw new IllegalArgumentException("view must not be null");
}
if (display == null) {
throw new IllegalArgumentException("display must not be null");
}
if (!(params instanceof WindowManager.LayoutParams)) {
throw new IllegalArgumentException("Params must be WindowManager.LayoutParams");
}
final WindowManager.LayoutParams wparams = (WindowManager.LayoutParams)params;
if (parentWindow != null) {
parentWindow.adjustLayoutParamsForSubWindow(wparams);
}
ViewRootImpl root;
View panelParentView = null;
synchronized (mLock) {
// Start watching for system property changes.
if (mSystemPropertyUpdater == null) {
mSystemPropertyUpdater = new Runnable() {
@Override public void run() {
synchronized (mLock) {
for (int i = mRoots.size() - 1; i >= 0; --i) {
mRoots.get(i).loadSystemProperties();
}
}
}
};
SystemProperties.addChangeCallback(mSystemPropertyUpdater);
}
int index = findViewLocked(view, false);
if (index >= 0) {
if (mDyingViews.contains(view)) {
// Don't wait for MSG_DIE to make it's way through root's queue.
mRoots.get(index).doDie();
} else {
throw new IllegalStateException("View " + view
+ " has already been added to the window manager.");
}
// The previous removeView() had not completed executing. Now it has.
}
// If this is a panel window, then find the window it is being
// attached to for future reference.
if (wparams.type >= WindowManager.LayoutParams.FIRST_SUB_WINDOW &&
wparams.type <= WindowManager.LayoutParams.LAST_SUB_WINDOW) {
final int count = mViews.size();
for (int i = 0; i < count; i++) {
if (mRoots.get(i).mWindow.asBinder() == wparams.token) {
panelParentView = mViews.get(i);
}
}
}
root = new ViewRootImpl(view.getContext(), display);
view.setLayoutParams(wparams);
mViews.add(view);
mRoots.add(root);
mParams.add(wparams);
}
// do this last because it fires off messages to start doing things
try {
root.setView(view, wparams, panelParentView);
} catch (RuntimeException e) {
// BadTokenException or InvalidDisplayException, clean up.
synchronized (mLock) {
final int index = findViewLocked(view, false);
if (index >= 0) {
removeViewLocked(index, true);
}
}
throw e;
}
}
// ...
}
mViews、mRoots、mParams几个参数保存了所有管理的Window的相关状态。WindowManager是管理所有Window的。
上面ViewRootImpl就是在addView时被创建的。
最后ViewRootImpl.setView方法。
// ViewRootImpl.java
public void setView(View view, WindowManager.LayoutParams attrs, View panelParentView) {
// ...
requestLayout();
// ...
res = mWindowSession.addToDisplay(mWindow, mSeq, mWindowAttributes,
getHostVisibility(), mDisplay.getDisplayId(),
mAttachInfo.mContentInsets, mInputChannel);
// ...
}
@Override
public void requestLayout() {
checkThread();
mLayoutRequested = true;
scheduleTraversals();
}
方法scheduleTraversals()是对ViewTree的遍历入口。最终的WindowSession.addToDisplay完成IPC调用来创建Window用来显示界面。
此间涉及到IWindowSession，IWindow.Stub 等都是典型的aidl相关的技术了。
分析到这里，理解了Window、WindowManager和View之间的工作关系后就在全局上把握了界面框架。
简单地说，所有需要“界面”的地方，都需要通过一个Window。而具体过程，就是使用WindowManager来构造，提供需要显示地View，并设置好布局参数。
Dialog、PopupWindow，Activity这些经常用来搭建界面的类型，都是封装了Window。
比如，Activity的以下相关方法，都是和Window密切相关的：
void onAttachedToWindow();
void setContentView(int layoutResID);
Window getWindow();
WindowManager getWindowManager();
void onDetachedFromWindow();
无论如何，了解了Window、WindowManager等概念，对这些high-level的UI类型的工作原理就更加深入了。
总结
- Window是独立交互的界面单位。android中所有界面都是不同类型的Window。
- View组成ViewTree来表达显示内容。
- ViewTree的每个View都指向rootView和ViewRootImpl。
- ViewTree依附Window，Window持有ViewTree及ViewRootImpl。Window传递事件给ViewTree，对ViewTree
执行遍历操作，完成测量、布局、绘制显示。 - WindowManager负责调用系统服务完成Window的管理操作。
- Window是系统服务管理的界面对象，它是系统分发界面交互事件、完成界面显示相关操作的接口。
- Window和View是界面框架的不同分级，系统级和UI元素，使得界面框架的设计更为清晰。
- Window是界面框架较底层的实现，更高级别上，都是使用Activity、Dialog等这些封装了基于Window的高级UI类型来完成界面构建的。
好像很简单的几个概念吧，拖拖拉拉说了一大堆~~
参考资料
（date:2016/11/3，本文使用Atom编写）
