Android应用Activity、Dialog、PopWindow、Toast窗口添加机制及源码分析
1 背景
之所以写这一篇博客的原因是因为之前有写过一篇《Android应用setContentView与LayoutInflater加载解析机制源码分析》，然后有人在文章下面评论和微博私信中问我关于Android应用Activity、Dialog、PopWindow加载显示机制是咋回事，所以我就写一篇文章来分析分析吧（本文以Android5.1.1 （API 22）源码为基础分析），以便大家在应用层开发时不再迷糊。
PS一句：不仅有人微博私信我这个问题，还有人问博客插图这些是用啥画的，这里告诉大家。就是我，快来猛戳我
还记得之前《Android应用setContentView与LayoutInflater加载解析机制源码分析》这篇文章的最后分析结果吗？就是如下这幅图：
在那篇文章里我们当时重点是Activity的View加载解析xml机制分析，当时说到了Window的东西，但只是皮毛的分析了Activity相关的一些逻辑。（PS：看到这不清楚上面啥意思的建议先移步到《Android应用setContentView与LayoutInflater加载解析机制源码分析》，完事再回头继续看这篇文章。）当时给大家承诺过我们要从应用控件一点一点往下慢慢深入分析，所以现在开始深入，但是本篇的深入也只是仅限Window相关的东东，之后文章还会继续慢慢深入。
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2 浅析Window与WindowManager相关关系及源码
通过上面那幅图可以很直观的看见，Android屏幕显示的就是Window和各种View，Activity在其中的作用主要是管理生命周期、建立窗口等。也就是说Window相关的东西对于Android屏幕来说是至关重要的（虽然前面分析Activity的setContentView等原理时说过一点Window，但那只是皮毛。），所以有必要在分析Android应用Activity、Dialog、PopWindow加载显示机制前再看看Window相关的一些东西。
2-1 Window与WindowManager基础关系
在分析Window与WindowManager之前我们先看一张图：
接下来看一点代码，如下：
/** 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
{
public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params);
public void updateViewLayout(View view, ViewGroup.LayoutParams params);
public void removeView(View view);
}可以看见，ViewManager接口定义了一组规则，也就是add、update、remove的操作View接口。也就是说ViewManager是用来添加和移除activity中View的接口。继续往下看：
public interface WindowManager extends ViewManager {
......
public Display getDefaultDisplay();
public void removeViewImmediate(View view);
......
public static class LayoutParams extends ViewGroup.LayoutParams
implements Parcelable {
......
}
}看见没有，WindowManager继承自ViewManager，然后自己还是一个接口，同时又定义了一个静态内部类LayoutParams（这个类比较重要，后面会分析。提前透漏下，如果你在APP做过类似360助手屏幕的那个悬浮窗或者做过那种类似IOS的小白圆点，点击展开菜单功能，你或多或少就能猜到这个类的重要性。）。WindowManager用来在应用与Window之间的接口、窗口顺序、消息等的管理。继续看下ViewManager的另一个实现子类ViewGroup，如下：
public abstract class ViewGroup extends View implements ViewParent, ViewManager {
//protected ViewParent mParent;
//这个成员是View定义的，ViewGroup继承自View，所以也可以拥有。
//这个变量就是前面我们一系列文章分析View向上传递的父节点，类似于一个链表Node的next一样
//最终指向了ViewRoot
......
public void addView(View child, LayoutParams params) {
addView(child, -1, params);
}
......
public void addView(View child, int index, LayoutParams params) {
......
// addViewInner() will call child.requestLayout() when setting the new LayoutParams
// therefore, we call requestLayout() on ourselves before, so that the child's request
// will be blocked at our level
requestLayout();
invalidate(true);
addViewInner(child, index, params, false);
}
......
}这下理解上面那幅图了吧，所以说View通过ViewGroup的addView方法添加到ViewGroup中，而ViewGroup层层嵌套到最顶级都会显示在在一个窗口Window中（正如上面背景介绍中《Android应用setContentView与LayoutInflater加载解析机制源码分析》的示意图一样），其中每个View都有一个ViewParent类型的父节点mParent，最顶上的节点也是一个viewGroup，也即前面文章分析的Window的内部类DecorView（从《Android应用setContentView与LayoutInflater加载解析机制源码分析》的总结部分或者《Android应用层View绘制流程与源码分析》的5-1小节都可以验证这个结论）对象。同时通过上面背景中那幅图可以看出来，对于一个Activity只有一个DecorView（ViewRoot），也只有一个Window。
2-2 Activity窗口添加流程拓展
前面文章说过，ActivityThread类的performLaunchActivity方法中调运了activity.attach(…)方法进行初始化。如下是Activity的attach方法源码：
final void attach(Context context, ActivityThread aThread,
Instrumentation instr, IBinder token, int ident,
Application application, Intent intent, ActivityInfo info,
CharSequence title, Activity parent, String id,
NonConfigurationInstances lastNonConfigurationInstances,
Configuration config, String referrer, IVoiceInteractor voiceInteractor) {
......
//创建Window类型的mWindow对象，实际为PhoneWindow类实现了抽象Window类
mWindow = PolicyManager.makeNewWindow(this);
......
//通过抽象Window类的setWindowManager方法给Window类的成员变量WindowManager赋值实例化
mWindow.setWindowManager(
(WindowManager)context.getSystemService(Context.WINDOW_SERVICE),
mToken, mComponent.flattenToString(),
(info.flags & ActivityInfo.FLAG_HARDWARE_ACCELERATED) != 0);
......
//把抽象Window类相关的WindowManager对象拿出来关联到Activity的WindowManager类型成员变量mWindowManager
mWindowManager = mWindow.getWindowManager();
......
}看见没有，Activity类中的attach方法又创建了Window类型的新成员变量mWindow（PhoneWindow实现类）与Activity相关联，接着在Activity类的attach方法最后又通过mWindow.setWindowManager(…)方法创建了与Window相关联的WindowManager对象，最后又通过mWindow.getWindowManager()将Window的WindowManager成员变量赋值给Activity的WindowManager成员变量mWindowManager。
接下来我们看下上面代码中的mWindow.setWindowManager(…)方法源码（PhoneWindow没有重写抽象Window的setWindowManager方法，所以直接看Window类的该方法源码），如下：
public void setWindowManager(WindowManager wm, IBinder appToken, String appName,
boolean hardwareAccelerated) {
......
if (wm == null) {
wm = (WindowManager)mContext.getSystemService(Context.WINDOW_SERVICE);
}
//实例化Window类的WindowManager类型成员mWindowManager
mWindowManager = ((WindowManagerImpl)wm).createLocalWindowManager(this);
}可以看见，Window的setWindowManager方法中通过WindowManagerImpl实例的createLocalWindowManager方法获取了WindowManager实例，如下：
public final class WindowManagerImpl implements WindowManager {
......
private WindowManagerImpl(Display display, Window parentWindow) {
mDisplay = display;
mParentWindow = parentWindow;
}
......
public WindowManagerImpl createLocalWindowManager(Window parentWindow) {
return new WindowManagerImpl(mDisplay, parentWindow);
}
......
}看见没有？这样就把Activity的Window与WindowManager关联起来了。Activity类的Window类型成员变量mWindow及WindowManager类型成员变量mWindowManager就是这么来的。
回过头继续看上面刚刚贴的Activity的attach方法代码，看见mWindow.setWindowManager方法传递的第一个参数没？有人会想(WindowManager)context.getSystemService(Context.WINDOW_SERVICE)这行代码是什么意思，现在告诉你。
《Android应用Context详解及源码解析》一文中第三部分曾经说过ActivityThread中创建了Acitivty（执行attach等方法）等东东，在创建这个Activity之前得到了Context的实例。记不记得当时说Context的实现类就是ContextImpl吗？下面我们看下ContextImpl类的静态方法块，如下：
class ContextImpl extends Context {
......
//静态代码块，类加载时执行一次
static {
......
//这里有一堆类似的XXX_SERVICE的注册
......
registerService(WINDOW_SERVICE, new ServiceFetcher() {
Display mDefaultDisplay;
public Object getService(ContextImpl ctx) {
//搞一个Display实例
Display display = ctx.mDisplay;
if (display == null) {
if (mDefaultDisplay == null) {
DisplayManager dm = (DisplayManager)ctx.getOuterContext().
getSystemService(Context.DISPLAY_SERVICE);
mDefaultDisplay = dm.getDisplay(Display.DEFAULT_DISPLAY);
}
display = mDefaultDisplay;
}
//返回一个WindowManagerImpl实例
return new WindowManagerImpl(display);
}});
......
}
//这就是你在外面调运Context的getSystemService获取到的WindowManagerImpl实例
@Override
public Object getSystemService(String name) {
ServiceFetcher fetcher = SYSTEM_SERVICE_MAP.get(name);
return fetcher == null ? null : fetcher.getService(this);
}
//上面static代码块创建WindowManagerImpl实例用到的方法
private static void registerService(String serviceName, ServiceFetcher fetcher) {
if (!(fetcher instanceof StaticServiceFetcher)) {
fetcher.mContextCacheIndex = sNextPerContextServiceCacheIndex++;
}
SYSTEM_SERVICE_MAP.put(serviceName, fetcher);
}
}看见没有，我们都知道Java的静态代码块是类加载是执行一次的，也就相当于一个全局的，这样就相当于每个Application只有一个WindowManagerImpl(display)实例。
还记不记得《Android应用setContentView与LayoutInflater加载解析机制源码分析》一文2-6小节中说的，setContentView的实质显示是触发了Activity的resume状态，也就是触发了makeVisible方法，那我们再来看下这个方法，如下：
void makeVisible() {
if (!mWindowAdded) {
//也就是获取Activity的mWindowManager
//这个mWindowManager是在Activity的attach中通过mWindow.getWindowManager()获得
ViewManager wm = getWindowManager();
//调运的实质就是ViewManager接口的addView方法，传入的是mDecorView
wm.addView(mDecor, getWindow().getAttributes());
mWindowAdded = true;
}
mDecor.setVisibility(View.VISIBLE);
}特别注意，看见makeVisible方法的wm变量没，这个变量就是Window类中通过调运WindowManagerImpl的createLocalWindowManager创建的实例，也就是说每一个Activity都会新创建这么一个WindowManager实例来显示Activity的界面的，有点和上面分析的ContextImpl中static块创建的WindowManager不太一样的地方就在于Context的WindowManager对每个APP来说是一个全局单例的，而Activity的WindowManager是每个Activity都会新创建一个的（其实你从上面分析的两个实例化WindowManagerImpl的构造函数参数传递就可以看出来，Activity中Window的WindowManager成员在构造实例化时传入给WindowManagerImpl中mParentWindow成员的是当前Window对象，而ContextImpl的static块中单例实例化WindowManagerImpl时传入给WindowManagerImpl中mParentWindow成员的是null值）。
继续看makeVisible中调运的WindowManagerImpl的addView方法如下：
public final class WindowManagerImpl implements WindowManager {
//继承自Object的单例类
private final WindowManagerGlobal mGlobal = WindowManagerGlobal.getInstance();
......
public void addView(@NonNull View view, @NonNull ViewGroup.LayoutParams params) {
applyDefaultToken(params);
//mParentWindow是上面分析的在Activity中获取WindowManagerImpl实例化时传入的当前Window
//view是Activity中最顶层的mDecor
mGlobal.addView(view, params, mDisplay, mParentWindow);
}
......
}这里当前传入的view是mDecor，LayoutParams呢？可以看见是getWindow().getAttributes()，那我们进去看看Window类的这个属性，如下：
// The current window attributes.
private final WindowManager.LayoutParams mWindowAttributes = new WindowManager.LayoutParams();原来是WindowManager的静态内部类LayoutParams的默认构造函数：
public LayoutParams() {
super(LayoutParams.MATCH_PARENT, LayoutParams.MATCH_PARENT);
type = TYPE_APPLICATION;
format = PixelFormat.OPAQUE;
}看见没有，Activity窗体的WindowManager.LayoutParams类型是TYPE_APPLICATION的。
继续回到WindowManagerImpl的addView方法，分析可以看见WindowManagerImpl中有一个单例模式的WindowManagerGlobal成员mGlobal，addView最终调运了WindowManagerGlobal的addView，源码如下：
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>();
private final ArraySet<View> mDyingViews = new ArraySet<View>();
......
public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params,
Display display, Window parentWindow) {
......
//获取Activity的Window的getWindow().getAttributes()的LayoutParams
final WindowManager.LayoutParams wparams = (WindowManager.LayoutParams)params;
//如果是Activity中调运的，parentWindow=Window，如果不是Activity的，譬如是Context的静态代码块的实例化则parentWindow为null
if (parentWindow != null) {
//依据当前Activity的Window调节sub Window的LayoutParams
parentWindow.adjustLayoutParamsForSubWindow(wparams);
} else {
......
}
ViewRootImpl root;
......
synchronized (mLock) {
......
//为当前Window创建ViewRoot
root = new ViewRootImpl(view.getContext(), display);
view.setLayoutParams(wparams);
//把当前Window相关的东西存入各自的List中，在remove中会删掉
mViews.add(view);
mRoots.add(root);
mParams.add(wparams);
}
// do this last because it fires off messages to start doing things
try {
//把View和ViewRoot关联起来，很重要！！！
root.setView(view, wparams, panelParentView);
} catch (RuntimeException e) {
......
}
}
......
}可以看见，在addView方法中会利用LayoutParams获得Window的属性，然后为每个Window创建ViewRootImpl，最后通过ViewRootImpl的setView方法通过mSession向WindowManagerService发送添加窗口请求把窗口添加到WindowManager中，并且由WindowManager来管理窗口的view、事件、消息收集处理等（ViewRootImpl的这一添加过程后面会写文章分析，这里先记住这个概念即可）。
至此我们对上面背景中那幅图，也就是《Android应用setContentView与LayoutInflater加载解析机制源码分析》这篇文章总结部分的那幅图又进行了更深入的一点分析，其目的也就是为了下面分析Android应用Dialog、PopWindow、Toast加载显示机制做铺垫准备。
2-3 继续顺藤摸瓜WindowManager.LayoutParams类的源码
上面2-1分析Window与WindowManager基础关系时提到了WindowManager有一个静态内部类LayoutParams，它继承于ViewGroup.LayoutParams，用于向WindowManager描述Window的管理策略。现在我们来看下这个类（PS：在AD上也可以看见，自备梯子点我看AD的），如下：
public static class LayoutParams extends ViewGroup.LayoutParams
implements Parcelable {
//窗口的绝对XY位置，需要考虑gravity属性
public int x;
public int y;
//在横纵方向上为相关的View预留多少扩展像素，如果是0则此view不能被拉伸，其他情况下扩展像素被widget均分
public float horizontalWeight;
public float verticalWeight;
//窗口类型
//有3种主要类型如下：
//ApplicationWindows取值在FIRST_APPLICATION_WINDOW与LAST_APPLICATION_WINDOW之间，是常用的顶层应用程序窗口，须将token设置成Activity的token；
//SubWindows取值在FIRST_SUB_WINDOW和LAST_SUB_WINDOW之间，与顶层窗口相关联，需将token设置成它所附着宿主窗口的token；
//SystemWindows取值在FIRST_SYSTEM_WINDOW和LAST_SYSTEM_WINDOW之间，不能用于应用程序，使用时需要有特殊权限，它是特定的系统功能才能使用；
public int type;
//WindowType：开始应用程序窗口
public static final int FIRST_APPLICATION_WINDOW = 1;
//WindowType：所有程序窗口的base窗口，其他应用程序窗口都显示在它上面
public static final int TYPE_BASE_APPLICATION = 1;
//WindowType：普通应用程序窗口，token必须设置为Activity的token来指定窗口属于谁
public static final int TYPE_APPLICATION = 2;
//WindowType：应用程序启动时所显示的窗口，应用自己不要使用这种类型，它被系统用来显示一些信息，直到应用程序可以开启自己的窗口为止
public static final int TYPE_APPLICATION_STARTING = 3;
//WindowType：结束应用程序窗口
public static final int LAST_APPLICATION_WINDOW = 99;
//WindowType：SubWindows子窗口，子窗口的Z序和坐标空间都依赖于他们的宿主窗口
public static final int FIRST_SUB_WINDOW = 1000;
//WindowType： 面板窗口，显示于宿主窗口的上层
public static final int TYPE_APPLICATION_PANEL = FIRST_SUB_WINDOW;
//WindowType：媒体窗口（例如视频），显示于宿主窗口下层
public static final int TYPE_APPLICATION_MEDIA = FIRST_SUB_WINDOW+1;
//WindowType：应用程序窗口的子面板，显示于所有面板窗口的上层
public static final int TYPE_APPLICATION_SUB_PANEL = FIRST_SUB_WINDOW+2;
//WindowType：对话框，类似于面板窗口，绘制类似于顶层窗口，而不是宿主的子窗口
public static final int TYPE_APPLICATION_ATTACHED_DIALOG = FIRST_SUB_WINDOW+3;
//WindowType：媒体信息，显示在媒体层和程序窗口之间，需要实现半透明效果
public static final int TYPE_APPLICATION_MEDIA_OVERLAY = FIRST_SUB_WINDOW+4;
//WindowType：子窗口结束
public static final int LAST_SUB_WINDOW = 1999;
//WindowType：系统窗口，非应用程序创建
public static final int FIRST_SYSTEM_WINDOW = 2000;
//WindowType：状态栏，只能有一个状态栏，位于屏幕顶端，其他窗口都位于它下方
public static final int TYPE_STATUS_BAR = FIRST_SYSTEM_WINDOW;
//WindowType：搜索栏，只能有一个搜索栏，位于屏幕上方
public static final int TYPE_SEARCH_BAR = FIRST_SYSTEM_WINDOW+1;
//WindowType：电话窗口，它用于电话交互（特别是呼入），置于所有应用程序之上，状态栏之下
public static final int TYPE_PHONE = FIRST_SYSTEM_WINDOW+2;
//WindowType：系统提示，出现在应用程序窗口之上
public static final int TYPE_SYSTEM_ALERT = FIRST_SYSTEM_WINDOW+3;
//WindowType：锁屏窗口
public static final int TYPE_KEYGUARD = FIRST_SYSTEM_WINDOW+4;
//WindowType：信息窗口，用于显示Toast
public static final int TYPE_TOAST = FIRST_SYSTEM_WINDOW+5;
//WindowType：系统顶层窗口，显示在其他一切内容之上，此窗口不能获得输入焦点，否则影响锁屏
public static final int TYPE_SYSTEM_OVERLAY = FIRST_SYSTEM_WINDOW+6;
//WindowType：电话优先，当锁屏时显示，此窗口不能获得输入焦点，否则影响锁屏
public static final int TYPE_PRIORITY_PHONE = FIRST_SYSTEM_WINDOW+7;
//WindowType：系统对话框
public static final int TYPE_SYSTEM_DIALOG = FIRST_SYSTEM_WINDOW+8;
//WindowType：锁屏时显示的对话框
public static final int TYPE_KEYGUARD_DIALOG = FIRST_SYSTEM_WINDOW+9;
//WindowType：系统内部错误提示，显示于所有内容之上
public static final int TYPE_SYSTEM_ERROR = FIRST_SYSTEM_WINDOW+10;
//WindowType：内部输入法窗口，显示于普通UI之上，应用程序可重新布局以免被此窗口覆盖
public static final int TYPE_INPUT_METHOD = FIRST_SYSTEM_WINDOW+11;
//WindowType：内部输入法对话框，显示于当前输入法窗口之上
public static final int TYPE_INPUT_METHOD_DIALOG= FIRST_SYSTEM_WINDOW+12;
//WindowType：墙纸窗口
public static final int TYPE_WALLPAPER = FIRST_SYSTEM_WINDOW+13;
//WindowType：状态栏的滑动面板
public static final int TYPE_STATUS_BAR_PANEL = FIRST_SYSTEM_WINDOW+14;
//WindowType：安全系统覆盖窗口，这些窗户必须不带输入焦点，否则会干扰键盘
public static final int TYPE_SECURE_SYSTEM_OVERLAY = FIRST_SYSTEM_WINDOW+15;
//WindowType：拖放伪窗口，只有一个阻力层(最多)，它被放置在所有其他窗口上面
public static final int TYPE_DRAG = FIRST_SYSTEM_WINDOW+16;
//WindowType：状态栏下拉面板
public static final int TYPE_STATUS_BAR_SUB_PANEL = FIRST_SYSTEM_WINDOW+17;
//WindowType：鼠标指针
public static final int TYPE_POINTER = FIRST_SYSTEM_WINDOW+18;
//WindowType：导航栏(有别于状态栏时)
public static final int TYPE_NAVIGATION_BAR = FIRST_SYSTEM_WINDOW+19;
//WindowType：音量级别的覆盖对话框，显示当用户更改系统音量大小
public static final int TYPE_VOLUME_OVERLAY = FIRST_SYSTEM_WINDOW+20;
//WindowType：起机进度框，在一切之上
public static final int TYPE_BOOT_PROGRESS = FIRST_SYSTEM_WINDOW+21;
//WindowType：假窗，消费导航栏隐藏时触摸事件
public static final int TYPE_HIDDEN_NAV_CONSUMER = FIRST_SYSTEM_WINDOW+22;
//WindowType：梦想(屏保)窗口，略高于键盘
public