3.3 Android窗口
3.3.1 概述
Android系统中，窗口管理系统是基于C/S模式的，客户端（App）请求创建窗口和使用窗口，服务端（WMS）管理所有窗口，包括创建、删除窗口，以及将某个窗口设置为焦点窗口（当前正在和用户交互的窗口）。
Android Gui系统
我们先简单来介绍一下Android的GUI系统，它包含以下部分内容：
- 应用框架系统 — AMS
- 窗口和图形系统 — WMS
- 显示渲染系统 — SurfaceFlinger
- 用户输入系统 — InputManager
它们之间的关系，如下图所示：
简单来讲，AMS负责Activity的启动，以及生命周期的管理。一个Activity对应一个应用窗口，WMS负责管理这个窗口（创建、删除等）以及事件分发。View系统管理每个窗口中的具体布局，最终这个View系统中最顶端的根View（即DecorView）会被作为窗口，添加到WMS中。WMS管理着所有这些添加的窗口，负责管理这些窗口的层次，显示位置等内容。每个窗口都有一块自己的Surface，SurfaceFlinger负责把这些Surface显示到屏幕上。
窗口的概念
看AndroidSDK文档的描述：Window是一个抽象基类，用于控制顶层窗口的外观和行为，如绘制背景、标题栏和按键处理等。View是一个基本的UI单元，占据屏幕的一块矩形区域，用于绘制显示UI，接收处理事件等。
而窗口的概念，从不同的角度来看，其含义是不一样的，有时候是指Window，有时候是指View。我们知道，WMS管理所有的窗口，这里的窗口其实是一个View（DecorView），而不是Window。WMS负责管理这些View的Z-order，显示区域，以及把消息派发到对应的View。
3.3.2 窗口的类型
Framework中定义了三种类型的窗口：应用窗口，子窗口，系统窗口。
应用窗口
Activity对应的窗口就是应用窗口，其默认的窗口类型是TYPE_BASE_APPLICATION。而Dialog的窗口类型是TYPE_APPLICATION，而很多Dialog的子类，修改了窗口类型，如ContextMenu，本质是用Dialog来实现的，但是在添加窗口前，修改了type类型，赋值为TYPE_APPLICATION_ATTACHED_DIALOG。从这个我们可以看到，WMS并没有把应用窗口与子窗口区分得那么清楚。
与应用窗口相关的窗口表示类是PhoneWindow，PhoneWindow继承自Window，其本身只是一个窗口封装类，其核心是成员mDecorView，mDecorView是一个顶层的View，窗口的添加就是通过调用WindowManager.addView()把该View添加到WMS。
子窗口
子窗口是指该窗口必须要有一个父窗口，父窗口可以是一个应用类型窗口，也可以是其他类型的窗口。例如前面手Q界面中，点击右上角的按钮显示一个PopupWindow，它就是一个子窗口，其类型一般TYPE_APPLICATION_PANEL。既然称为子窗口，其与父窗口的关系是比较容易理解的：B是A的子窗口，A不可见时，B也会不可见的。
系统窗口
一般来讲，系统窗口应该由系统来创建的，例如发生异常，ANR时的提示框，状态栏，屏保等。但是，Framework还是定义了一些可以被应用所创建的系统窗口，如TYPE_TOAST，TYPE_INPUT_METHOD和TYPE_WALLPAPER等等。系统窗口的添加也是直接调用WindowManager.addView()将目标View添加到WMS。
3.3.3 窗口的创建、显示与移除
这里以应用窗口为例简单介绍以下窗口的创建，显示和移除过程。
窗口的创建
我们知道每个Activity对应一个PhoneWindow，当我们调用setContentView时，其实最终结果是把我们的View树作为子View添加到PhoneWindow的DecorView中，而这个DecorView会在ActivityThread的handleResumeActivity方法中，通过WindowManager.addView()方法添加到WMS中去的。
AMS在接收到启动Activity请求时，首先生成一个token作为该Activity的唯一标识，然后在WMS中添加一个AppWindowToken，其封装了Activity的token。接着AMS启动应用客户端进程并把token传递到该进程，在客户端进程里完成Activity的初始化。在Activity的attach()方法中，Activity完成PhoneWindow的创建，并且把token传递给PhoneWindow。在Activity调用WindowManager.addView()时，在WindowManager内部会把token和该View关联，真正向WMS申请创建窗口的时候，再把token传递给WMS。WMS接收到创建窗口的请求的时候，通过mTokenMap查询对应该token的AppWindowToken，如果为空则抛出异常，否则创建一个WindowState并完成初始化工作和其他数据结构的调整工作。在这个过程中，token贯穿了服务端的AMS、WMS和客户端的Activity、Window。
应用请求创建窗口时，和应用直接交互的是WindowManager对象，其负责管理一个应用的所有本地窗口。当应用调用addView()创建窗口时，WindowManager会生成一个ViewRoot对象与之相对应，并且把相应的参数LayoutParams保存起来。addView()的执行流程如下：
- 检查所添加的窗口是否已经添加过，不允许重复添加；
- 如果所添加窗口为子窗口类型，找到其父窗口，并保存在内部变量中；
- 创建一个新的ViewRoot，并保存对应的View（DecorView）和LayoutParams；
- 调用ViewRoot的setView()方法，完成添加工作。
ViewRoot本质上是一个Handler，并且实现了ViewParent接口。ViewRoot的主要功能是：
- 负责分发消息事件，如Key、Motion事件等；
- 负责和WMS的交互，分发WMS的交互命令；
- 作为DecorView的parent，对DecorView进行measure、layout和draw等操作；
在addView()的第3、4步完成之后，之后和WMS的交互工作就由ViewRoot负责。而ViewRoot和WMS之间的双向对话，主要是通过以下两个数据结构进行的：IWindowSession，IWindow。其中IWindowSession负责ViewRoot到WMS的请求，IWindow则用于WMS回调ViewRoot。在ViewRoot对象内部，存在着一个IWindowSession的静态成员和一个IWindow的非静态成员，所以一个进程里只有一个IWindowSession对象，但是可以有多个IWindow对象。参见下图：
到此为止，整个窗口管理系统整体架构可表示如下：
窗口显示
从Client端调用WindowManager的addView()方法到WMS完成WindowState的初始化，在这个过程中，主要是完成了窗口数据结构的创建以及Client端的窗口和Server端的窗口建立起连接关系：WMS能够对Client端的窗口进行操作，同时WMS也能够接收Client端窗口的请求，对WindowState进行相应的调整。
一个Window想要显示在屏幕上，必须申请一个显示缓存（Surface），这个显示缓存的管理和维护是在底层图形模块实现的。WindowState申请到Surface对象之后，会将此Surface对象的相关数据拷贝到Client端的ViewRoot中，ViewRoot中也维护了一个Surface对象，这两个对象是指向同一块显示缓存。ViewRoot有了这块显示缓存的引用之后，即可以通过lockCanvas来获取绘画画布，绘制完毕之后通过unlockAndPostCanvas来将绘制内容刷新到显示缓存中。也就是说，Client端窗口和Server端窗口共用一个Surface，Client负责绘制Surface的内容，Server负责控制Surface在屏幕上的大小位置等。
ViewRoot通过IWindowSession的relayout方法来向WMS发送请求命令，包括窗口的显示和隐藏，窗口的布局信息如位置大小，同时还会接收WMS的处理结果。WMS会根据屏幕大小和Client请求的布局参数来决定窗口最终的布局信息，同时也会根据Client请求的显示隐藏命令来返回一个有效的或者无效的Surface对象。通常一个窗口的显示过程为：
- Client请求显示窗口，并且传递布局参数；
- WMS根据布局参数，申请一个Surface对象并返回给Client；
- Client对Surface进行绘画操作，完成后告诉WMS；
- WMS将Surface显示在屏幕上，并且进行层级等相应调整；
于是一个窗口从添加到显示可用以下时序图表示：
一个横跨Activity、View、Window、WMS以及Surface的整体概念如下如所示：
窗口的移除
窗口的移除是通过调用WindowManager.removeView()来完成的，具体流程如下：
ViewRootImpl在收到要删除窗口的命令后，会执行以下操作：
- 判断是否可以立即删除窗口，否则会等下次UI操作时执行；
- 确认需要删除窗口时，会执行doDie方法，通过dispatchDetachedFromWindow通知View树，窗口要被删除了；
- dispatchDetachedFromWindow执行以下操作：通过dispatchDetachedFromWindow，通知View树，窗口已经移除了；把窗口对应的HardRender、Surface给释放了；通过mWindowSession，通知WMS，窗口要移除了，WMS会把跟这个窗口相关的WindowState，以及WindowToken给移除，同时更新其它窗口的显示；通知Choreographer，这个窗口不需要显示了，跟这个窗口相关的一些UI刷新操作，可以取消了。
- 当根View收到dispatchDetachedFromWindow调用后，会遍历View树中的每一个View，把这个通知传递下来。
3.3.4 总结
这里我们总结一下，Android中窗口的相关内容：
- 在Window System中，分为两部分的内容，一部分是运行在SystemServer进程中的WMS及相关类，另一部分是运行在应用进程的WindowManager，ViewRoot等相关类。WMS用WindowState来描述一个窗口，而应用进程用DecorView、ViewRoot以及WindowManager.LayoutParams等来描述一个窗口的相关内容。
- 对于WMS来讲，窗口对应一个View对象，而不是Window对象。通过WindowManager.addView()方法添加一个窗口，通过removeView方法移除一个窗口，通过updateViewLayout()方法更新一个窗口的属性。
- Android把窗口分为三种类型：应用窗口，子窗口以及系统窗口。不同类型的窗口，在执行添加窗口操作时，对于WindowManager.LayoutParams中的参数token具有不同的要求。应用窗口，LayoutParams中的token，必须是某个有效的Activity的mToken。而子窗口，LayoutParams中的token，必须是父窗口的ViewRootImpl中的W对象。
- 在调用WindowManager.addView()之前，如果没有给token赋值，则会走默认的token赋值逻辑：如果mParentWindow不为空，则会调用其adjustLayoutParamsForSubWindow方法，在该方法中，如果当前要添加的窗口是应用窗口，则会把当前PhoneWindow的mToken赋值给token。如果是子窗口，则会把当前PhoneWindow对应的DecorView的mAttachInfo中的mWindowToken赋值给token。而View中的mAttachIno来自ViewRootImpl的mAttachInfo。因此这个token本质就是父窗口的ViewRootImpl中的W类对象。
