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Android解析WindowManagerService(一)WMS的诞生

前言

此前我用多篇文章介绍了WindowManager,这个系列我们来介绍WindowManager的管理者WMS,首先我们先来学习WMS是如何产生的。本文源码基于Android 8.0,与Android 7.1.2相比有一个比较直观的变化就是Java FrameWork采用了Lambda表达式。

1.WMS概述

WMS是系统的其他服务,无论对于应用开发还是Framework开发都是重点的知识,它的职责有很多,主要有以下几点:

窗口管理

WMS是窗口的管理者,它负责窗口的启动、添加和删除,另外窗口的大小和层级也是由WMS进行管理的。窗口管理的核心成员有DisplayContent、WindowToken和WindowState。

窗口动画

窗口间进行切换时,使用窗口动画可以显得更炫一些,窗口动画由WMS的动画子系统来负责,动画子系统的管理者为WindowAnimator。

输入系统的中转站

通过对窗口的触摸从而产生触摸事件,InputManagerService(IMS)会对触摸事件进行处理,它会寻找一个最合适的窗口来处理触摸反馈信息,WMS是窗口的管理者,因此,WMS“理所应当”的成为了输入系统的中转站。

Surface管理

窗口并不具备有绘制的功能,因此每个窗口都需要有一块Surface来供自己绘制。为每个窗口分配Surface是由WMS来完成的。

WMS的职责可以简单总结为下图。

2.WMS的诞生

WMS的知识点非常多,在了解这些知识点前,我们十分有必要知道WMS是如何产生的。WMS是在SyetemServer进程中启动的,不了解SyetemServer进程的可以查看在Android系统启动流程(三)解析SyetemServer进程启动过程这篇文章。 先来查看SyetemServer的main方法: frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java

main方法中只调用了SystemServer的run方法,如下所示。 frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java

run方法代码很多,这里截取了关键的部分,在注释1处加载了libandroid_servers.so。在注释2处创建SystemServiceManager,它会对系统的服务进行创建、启动和生命周期管理。接下来的代码会启动系统的各种服务,在注释3中的startBootstrapServices方法中用SystemServiceManager启动了ActivityManagerService、PowerManagerService、PackageManagerService等服务。在注释4处的方法中则启动了BatteryService、UsageStatsService和WebViewUpdateService。注释5处的startOtherServices方法中则启动了CameraService、AlarmManagerService、VrManagerService等服务,这些服务的父类为SystemService。从注释3、4、5的方法名称可以看出,官方把大概80多个系统服务分为了三种类型,分别是引导服务、核心服务和其他服务,其中其他服务为一些非紧要和一些不需要立即启动的服务,WMS就是其他服务的一种。 我们来查看startOtherServices方法是如何启动WMS的:

frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java

startOtherServices方法用于启动其他服务,其他服务大概有70多个,上面的代码只列出了WMS以及和它相关的IMS的启动逻辑,剩余的其他服务的启动逻辑也都大同小异。在注释1、2处分别得到Watchdog实例并对它进行初始化,Watchdog用来监控系统的一些关键服务的运行状况,后文会再次提到它。在注释3处创建了IMS,并赋值给IMS类型的inputManager对象。注释4处执行了WMS的main方法,其内部会创建WMS,需要注意的是main方法其中一个传入的参数就是注释1处创建的IMS,WMS是输入事件的中转站,其内部包含了IMS引用并不意外。结合上文,我们可以得知WMS的main方法是运行在SystemServer的run方法中,换句话说就是运行在”system_server”线程”中,后面会再次提到”system_server”线程。

注释5和注释6处分别将WMS和IMS注册到ServiceManager中,这样如果某个客户端想要使用WMS,就需要先去ServiceManager中查询信息,然后根据信息与WMS所在的进程建立通信通路,客户端就可以使用WMS了。注释7处用来初始化显示信息,注释8处则用来通知WMS,系统的初始化工作已经完成,其内部调用了WindowManagerPolicy的systemReady方法。 我们来查看注释4处WMS的main方法,如下所示。

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService .java

在注释1处调用了DisplayThread的getHandler方法,用来得到DisplayThread的Handler实例。DisplayThread是一个单例的前台线程,这个线程用来处理需要低延时显示的相关操作,并只能由WindowManager、DisplayManager和InputManager实时执行快速操作。注释1处的runWithScissors方法中使用了Java8中的Lambda表达式,它等价于如下代码:

在注释2处创建了WMS的实例,这个过程运行在Runnable的run方法中,而Runnable则传入到了DisplayThread对应Handler的runWithScissors方法中,说明WMS的创建是运行在“android.display”线程中。需要注意的是,runWithScissors方法的第二个参数传入的是0,后面会提到。来查看Handler的runWithScissors方法里做了什么:

frameworks/base/core/java/android/os/Handler.java

开头对传入的Runnable和timeout进行了判断,如果Runnable为null或者timeout小于0则抛出异常。注释1处根据每个线程只有一个Looper的原理来判断当前的线程(”system_server”线程)是否是Handler所指向的线程(”android.display”线程),如果是则直接执行Runnable的run方法,如果不是则调用BlockingRunnable的postAndWait方法,并将当前线程的Runnable作为参数传进去 ,BlockingRunnable是Handler的内部类,代码如下所示。 frameworks/base/core/java/android/os/Handler.java

注释2处将当前的BlockingRunnable添加到Handler的任务队列中。前面runWithScissors方法的第二个参数为0,因此timeout等于0,这样如果mDone为false的话会一直调用注释3处的wait方法使得当前线程(”system_server”线程)进入等待状态,那么等待的是哪个线程呢?我们往上看,注释1处,执行了传入的Runnable的run方法(运行在”android.display”线程),执行完毕后在finally代码块中将mDone设置为true,并调用notifyAll方法唤醒处于等待状态的线程,这样就不会继续调用注释3处的wait方法。因此得出结论,”system_server”线程线程等待的就是”android.display”线程,一直到”android.display”线程执行完毕再执行”system_server”线程,这是因为”android.display”线程内部执行了WMS的创建,显然WMS的创建优先级更高些。 WMS的创建就讲到这,最后我们来查看WMS的构造方法:

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService .java

注释1处用来保存传进来的IMS,这样WMS就持有了IMS的引用。注释2处通过DisplayManager的getDisplays方法得到Display数组(每个显示设备都有一个Display实例),接着遍历Display数组,在注释3处的createDisplayContentLocked方法会将Display封装成DisplayContent,DisplayContent用来描述一快屏幕。

注释4处得到AMS实例,并赋值给mActivityManager ,这样WMS就持有了AMS的引用。注释5处创建了WindowAnimator,它用于管理所有的窗口动画。注释6处初始化了窗口管理策略的接口类WindowManagerPolicy(WMP),它用来定义一个窗口策略所要遵循的通用规范。注释7处将自身也就是WMS通过addMonitor方法添加到Watchdog中,Watchdog用来监控系统的一些关键服务的运行状况(比如传入的WMS的运行状况),这些被监控的服务都会实现Watchdog.Monitor接口。Watchdog每分钟都会对被监控的系统服务进行检查,如果被监控的系统服务出现了死锁,则会杀死Watchdog所在的进程,也就是SystemServer进程。

查看注释6处的initPolicy方法,如下所示。 frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService.java

initPolicy方法和此前讲的WMS的main方法的实现类似,注释1处执行了WMP的init方法,WMP是一个接口,init方法的具体实现在PhoneWindowManager(PWM)中。PWM的init方法运行在”android.ui”线程中,它的优先级要高于initPolicy方法所在的”android.display”线程,因此”android.display”线程要等PWM的init方法执行完毕后,处于等待状态的”android.display”线程才会被唤醒从而继续执行下面的代码。在本文中共提到了3个线程,分别是”system_server”、”android.display”和”android.ui”,为了便于理解,下面给出这三个线程之间的关系。

“system_server”线程中会调用WMS的main方法,main方法中会创建WMS,创建WMS的过程运行在”android.display”线程中,它的优先级更高一些,因此要等创建WMS完毕后才会唤醒处于等待状态的”system_server”线程。 WMS初始化时会执行initPolicy方法,initPolicy方法会调用PWM的init方法,这个init方法运行在”android.ui”线程,并且优先级更高,因此要先执行完PWM的init方法后,才会唤醒处于等待状态的”android.display”线程。 PWM的init方法执行完毕后会接着执行运行在”system_server”线程的代码,比如本文前部分提到WMS的 systemReady方法。

本文分享自微信公众号 - 刘望舒(liuwangshuAndroid),作者:刘望舒

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原始发表时间:2017-10-10

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