Android窗口管理服务WindowManagerService组织窗口的方式分析
我们知道，在Android系统中，Activity是以堆栈的形式组织在ActivityManagerService服务中的。与Activity类似，Android系统中的窗口也是以堆栈的形式组织在WindowManagerService服务中的，其中，Z轴位置较低的窗口位于Z轴位置较高的窗口的下面。在本文中，我们就详细分析WindowManagerService服务是如何以堆栈的形式来组织窗口的。
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从前面Android应用程序启动过程源代码分析一文可以知道，应用程序进程中的每一个Activity组件在Activity管理服务ActivityManagerService中都对应有一个ActivityRecord对象。从前面Android应用程序窗口（Activity）与WindowManagerService服务的连接过程分析一文又可以知道，Activity管理服务ActivityManagerService中每一个ActivityRecord对象在Window管理服务WindowManagerService中都对应有一个AppWindowToken对象。
此外，在输入法管理服务InputMethodManagerService中，每一个输入法窗口都对应有一个Binder对象，这个Binder对象在Window管理服务WindowManagerService又对应有一个WindowToken对象。
与输入法窗口类似，在壁纸管理服务WallpaperManagerService中，每一个壁纸窗口都对应有一个Binder对象，这个Binder对象在Window管理服务WindowManagerService也对应有一个WindowToken对象。
在Window管理服务WindowManagerService中，无论是AppWindowToken对象，还是WindowToken对象，它们都是用来描述一组有着相同令牌的窗口的，每一个窗口都是通过一个WindowState对象来描述的。例如，一个Activity组件窗口可能有一个启动窗口（Starting Window），还有若干个子窗口，那么这些窗口就会组成一组，并且都是以Activity组件在Window管理服务WindowManagerService中所对应的AppWindowToken对象为令牌的。从抽象的角度来看，就是在Window管理服务WindowManagerService中，每一个令牌（AppWindowToken或者WindowToken）都是用来描述一组窗口（WindowState）的，并且每一个窗口的子窗口也是与它同属于一个组，即都有着相同的令牌。
上述的窗口组织方式如图1所示：
图1 窗口在WindowManagerService服务中的组织方式
其中，Activity Stack是在ActivityManagerService服务中创建的，Token List和Window Stack是在WindowManagerService中创建的，而Binder for IM和Binder for WP分别是在InputMethodManagerService服务和WallpaperManagerService服务中创建的，用来描述一个输入法窗口和一个壁纸窗口。
图1中的对象的对应关系如下所示：
1. ActivityRecord-J对应于AppWindowToken-J，后者描述的一组窗口是{WindowState-A, WindowState-B, WindowState-B-1}，其中， WindowState-B-1是WindowState-B的子窗口。
2. ActivityRecord-K对应于AppWindowToken-K，后者描述的一组窗口是{WindowState-C, WindowState-C-1, WindowState-D, WindowState-D-1}，其中， WindowState-C-1是WindowState-C的子窗口，WindowState-D-1是WindowState-D的子窗口。
3. ActivityRecord-N对应于AppWindowToken-N，后者描述的一组窗口是{WindowState-E}，其中， WindowState-E是系统当前激活的Activity窗口。
4. Binder for IM对应于WindowToken-I，后者描述的一组窗口是{WindowState-I}，其中， WindowState-I是WindowState-E的输入法窗口。
5. Binder for WP对应于WindowToken-W，后者描述的一组窗口是{WindowState-W}，其中， WindowState-W是WindowState-E的壁纸窗口。
从图1还可以知道，Window Stack中的WindowState是按照它们所描述的窗口的Z轴位置从低到高排列的。
以上就是WindowManagerService服务组织系统中的窗口的抽象模型，接下来我们将分析AppWindowToken、WindowToken和WindowState的一些增加、移动和删除等操作，以便可以对这个抽象模型有一个更深刻的认识。
1. 增加AppWindowToken
从前面Android应用程序窗口（Activity）与WindowManagerService服务的连接过程分析一文可以知道，一个Activity组件在启动的过程中，ActivityManagerService服务会调用调用WindowManagerService类的成员函数addAppToken来为它增加一个AppWindowToken，如下所示：
图2 窗口win位于窗口C的下面
这时候位于令牌token上面的令牌在窗口堆栈中对应有WindowState对象。注意，这时候第i+2个令牌在窗口堆栈中不对应有WindowState对象，而第i+3个令牌在窗口堆栈中对应有C和D两个WindowState对象，并且这两个WindowState对象所描述的窗口都不是即将要切换到窗口堆栈的底部的。由于第i+3个令牌位于令牌token的上面，并且这两个令牌之间的其它令牌在窗口堆栈中不对应有WindowState对象，因此，这时候参数win所描述的WindowState对象在窗口堆栈中的位置应该以第i+3个令牌所对应的Z轴位置最小的WindowState对象在窗口堆栈中的位置为参考，即以WindowState对象C在窗口堆栈中的位置为参考，而WindowState对象C也正好是变量pos所指向的WindowState对象。
接下来，上述代码会继续检查WindowState对象C是否附加有SubLayer值小于0的窗口。如果有的话，那么就会将变量pos指向SubLayer值最小的那个WindowState对象，这是因为该WindowState对象是在WindowState对象C的最下面的，并且它与WindowState对象C是同属一个令牌的。最后，上述代码就会调用WindowManagerService类的成员函数placeWindowBefore来将参数win所描述的一个WindowState对象保存窗口堆栈中由变量pos所指向的那个WindowState对象的下面。
假设最上面的一个for循环执行完成之后，变量pos的值等于null，那么就说明位于令牌token上面的令牌在窗口堆栈中都没有对应有WindowState对象，或者说它们所对应的WindowState对象都是即将要切换到窗口堆栈的底部去的，这时候就需要通过位于令牌token上面的令牌来在窗口堆栈中找到一个参考位置来保存参数win所描述的WindowState对象，这是通过中间的while循环来实现的。
中间的while循环执行完成之后，假设变量pos的值不等于null，这时候它与变量i以及变量token的关系如图3所示：
图3 窗口win位于窗口D的上面
这时候位于令牌token上面的令牌在窗口堆栈中没有对应有WindowState对象。注意，这时候第i-1个令牌在窗口堆栈中不对应有WindowState对象，而第i-2个令牌在窗口堆栈中对应有C和D两个WindowState对象。由于第i-2个令牌位于令牌token的下面，并且这两个令牌之间的其它令牌在窗口堆栈中不对应有WindowState对象，因此，这时候参数win所描述的WindowState对象在窗口堆栈中的位置应该以第i-2个令牌所对应的Z轴位置最大的WindowState对象在窗口堆栈中的位置为参考，即以WindowState对象D在窗口堆栈中的位置为参考，而WindowState对象D也正好是变量pos所指向的WindowState对象。
接下来，上述代码会继续检查WindowState对象D是否附加有SubLayer值大于等于0的窗口。如果有的话，那么就会将变量pos指向SubLayer值最大的那个WindowState对象，这是因为该WindowState对象是在WindowState对象D的最上面的，并且它与WindowState对象D是同属一个令牌的。最后，上述代码就会调用WindowManagerService类的成员函数placeWindowAfter来将参数win所描述的一个WindowState对象保存窗口堆栈中由变量pos所指向的那个WindowState对象的上面。
假设中间的while循环执行完成之后，变量pos的值等于null，这时候就说明在窗口堆栈中实在是找不到参考位置来保存参数win所描述的WindowState对象了，因此，就只能通过参数win所描述的WindowState对象的Z轴位置，即它的成员变量mBaseLayer的值来在窗口堆栈中找到一个合适的位置了，如最下面的for循环所示。由于窗口堆栈中的WindowState对象是按照它们的Z轴位置由小到大的顺序来排列的，因此，最下面的for循环只要从下到上找到一个Z轴位置比参数win所描述的WindowState对象的Z轴位置大的一个WindowState对象在窗口堆栈中的位置i，那么就可以将参数win所描述的WindowState对象插入在窗口堆栈的第i个位置上了。
CASE 1.2对应的代码为：
图4 窗口win插入到窗口B的下面
图5 窗口win插入在窗口attached的下面
在图4和图5中，WindowState对象A和B均是附加在WindowState对象attached中。
在图4中，WindowState对象A和B的成员变量mSubLayer的值均小于0，而WindowState对象win的成员变量mSubLayer的值比WindowState对象A的大，但是比WindowState对象B的小，这时候WindowState对象win在窗口堆栈中就应该位于WindowState对象B的下面，这是通过调用WindowManagerService类的成员函数placeWindowBefore来实现的。
在图5中，WindowState对象A和B的成员变量mSubLayer的值均大于0，由于WindowState对象win的成员变量mSubLayer的值小于0，这时候WindowState对象win在窗口堆栈中就应该位于WindowState对象attached的下面，这是通过调用WindowManagerService类的成员函数placeWindowBefore来实现的。
第二种情况是参数win所描述的WindowState对象的成员变量mSubLayer的值大于0，并且这时候在附加在窗口attached的WindowState对象中，存在一个WindowState对象，它的成员变量mSubLayer的值大于参数win所描述的WindowState对象的成员变量mSubLayer的值，如图6所示：
图6 窗口win插入在窗口B的下面
在图6中，WindowState对象A和B均是附加在WindowState对象attached中。其中，WindowState对象A和B的成员变量mSubLayer的值均大于0，而WindowState对象win的成员变量mSubLayer的值比WindowState对象A的大，但是比WindowState对象B的小，这时候WindowState对象win在窗口堆栈中就应该位于WindowState对象B的下面，这是通过调用WindowManagerService类的成员函数placeWindowBefore来实现的。
第三种情况是参数win所描述的WindowState对象的成员变量mSubLayer的值小于0，但是在附加在窗口attached的WindowState对象中，找不到一个WindowState对象，它的成员变量mSubLayer的值比WindowState对象的成员变量mSubLayer的值大，如图7所示：
图7 窗口win插入在窗口attached的下面
在图7中，WindowState对象A和B均是附加在WindowState对象attached中。其中，WindowState对象A和B以及win的成员变量mSubLayer的值均小于0，但是WindowState对象win的成员变量mSubLayer的值比WindowState对象A和B的都要大，这时候WindowState对象win在窗口堆栈中就应该位于WindowState对象attached的下面，这是通过调用WindowManagerService类的成员函数placeWindowBefore来实现的。
第四种情况是参数win所描述的WindowState对象的成员变量mSubLayer的值大于等于0，但是在附加在窗口attached的WindowState对象中，找不到一个WindowState对象，它的成员变量mSubLayer的值比WindowState对象的成员变量mSubLayer的值大，如图8和图9所示：
图8 窗口win插入在窗口B的上面
图9 窗口win插入在窗口attached的上面
在图8和图9中，WindowState对象A和B均是附加在WindowState对象attached中。
在图8中，WindowState对象A和B的成员变量mSubLayer的值均大于0，并且WindowState对象win的成员变量mSubLayer的值比WindowState对象A和B的都要大，这时候WindowState对象win在窗口堆栈中就应该位于WindowState对象B的上面，这是通过调用WindowManagerService类的成员函数placeWindowAfter来实现的。
在图9中，WindowState对象A和B的成员变量mSubLayer的值均小于等于0，而WindowState对象win的成员变量mSubLayer的值大于0，这时候WindowState对象win在窗口堆栈中就应该位于WindowState对象attached的上面，这是通过调用WindowManagerService类的成员函数placeWindowAfter来实现的。
注意，在这四种情况中，如果参数addToToken的值等于true，那么都需要将参数win所描述的WindowState对象增加到与它所对应的窗口令牌token的窗口列表windows中去。
10. 删除WindowState
删除WindowState是通过调用WindowManagerService类的成员函数tmpRemoveWindowLocked来实现的，如下所示：
public class WindowManagerService extends IWindowManager.Stub implements Watchdog.Monitor { ...... private void moveAppWindowsLocked(List<IBinder> tokens, int tokenPos) { // First remove all of the windows from the list. final int N = tokens.size(); int i; for (i=0; i<N; i++) { WindowToken token = mTokenMap.get(tokens.get(i)); if (token != null) { tmpRemoveAppWindowsLocked(token); } } // Where to start adding? int pos = findWindowOffsetLocked(tokenPos); // And now add them back at the correct place. for (i=0; i<N; i++) { WindowToken token = mTokenMap.get(tokens.get(i)); if (token != null) { pos = reAddAppWindowsLocked(pos, token); } } if (!updateFocusedWindowLocked(UPDATE_FOCUS_WILL_PLACE_SURFACES)) { assignLayersLocked(); } mLayoutNeeded = true; performLayoutAndPlaceSurfacesLocked(); //dump(); } ......}这个函数定义在文件frameworks/base/services/java/com/android/server/WindowManagerService.java中。
这个操作与前面分析的第14个操作是类似，区别只在于前者是批量地移动一组AppWindowToken对象所对应的WindowState对象及其子 WindowState对象，而后者是只移动一个AppWindowToken对象所对应的WindowState对象及其子WindowState对象，此外，前者总是会调用WindowManagerService类的成员函数updateFocusedWindowLocked、assignLayersLocked和performLayoutAndPlaceSurfacesLocked来更新系统当前获得焦点的窗口、以及重新计算每一个窗口的Z轴位置，并且对这些窗口进行重新布局。
至此，我们就分析完成WindowManagerService服务组织系统中的窗口的方式了。从分析的过程中，可以得到以下结论：
1. WindowManagerService服务维护有一个AppWindowToken堆栈和一个WindowState堆栈，它们与ActivityManagerService服务维护的Actvity堆栈是有关相同的Z轴位置关系的。
2. ActivityManagerService服务中的每一个ActivityRecord对象在WindowManagerService服务中都对应有一个AppWindowToken对象，而WindowManagerService服务中的每一个AppWindowToken对象都对应有一组WindowState对象。
3. 在WindowState堆栈中，AppWindowToken堆栈中的第i+1个AppWindowToken对象所对应的WindowState对象都位于第i个AppWindowToken对象所对应的WindowState对象的上面。
4. 一个WindowState对象可以附加在另外一个WindowState对象上面，此外，一个WindowState对象还可以有子WindowState对象，它们都是与同一个AppWindowToken对象或者WindowToken对象所对应的。
5. WindowManagerService服务有两个特殊的WindowToken，它们分别用来描述系统中的输入法窗口令牌和壁纸窗口令牌，其中，输入法窗口位于需要输入法的窗口的上面，而壁纸窗口位于需要壁纸的窗口的下面。
最后，我们可以将WindowManagerService服务中的AppWindowToken理解成一个Activity组件令牌，而将它所对应的WindowState对象理解成一个Activity窗口。有了这些概念之后，就为学习WindowManagerService服务的各种实现打下坚实的基础。在接下来的两篇文章中，我们就会在本文的基础上，继续分析WindowManagerService服务是如何管理系统中的输入法窗口和壁纸窗口的，敬请关注！
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- 2楼dr8737010前天 09:21
- 杀了个花的，又是在周一凌晨更新
- 1楼qinjuning前天 09:11
- 分析的这么到位，牛。