Android版本：7.0(API27)

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澄清几个概念

窗口（不是指的Window类）：这是一个纯语义的说法，即程序员所看到的屏幕上的某个独立的界面，比如一个带有Title Bar的Activity界面、一个对话框、一个Menu菜单等，这些都称之为窗口。本书中所说的窗口管理一般也都泛指所有这些窗口，在Android的英文相关文章中则直接使用Window这个单词。而从WmS的角度来讲，窗口是接收用户消息的最小单元，WmS内部用特定的类表示一个窗口，以实现对窗口的管理。WmS接收到用户消息后，首先要判断这个消息属于哪个窗口，然后通过IPC调用把这个消息传递给客户端的ViewRoot类。
Window类：该类在android.view包中，是一个abstract类，该类抽象了“客户端窗口”的基本操作，并且定义了一组Callback接口，Activity类就是通过实现这个Callback接口以获得对消息处理的机会，因为消息最初是由WmS传递给View对象的。
ViewRoot类：该类在android.view包中，客户端申请创建窗口时需要一个客户端代理，用以和WmS进行交互，ViewRoot内部类W就是完成这个功能的。WmS所管理的每一个窗口都会对应一个ViewRoot类。
W类：该类是ViewRoot类的一个内部类，继承于Binder，用于向WmS提供一个IPC接口，从而让WmS控制窗口客户端的行为。

描述一个窗口之所以使用这么多类的原因在于，窗口的概念存在于客户端和服务端（WmS）之中，并且Framework又定义了一个Window类，这很容易让人产生混淆，实际上WmS所管理的窗口和Window类没有任何关系。

窗口工作原理

Activity、DecorView与Window、WindowMananger的关系如下图所示：

当ActivityThread接收到AmS发送start某个Activity后，就会创建指定的Activity对象。Activity又会创建PhoneWindow类→DecorView类→创建相应的View或者ViewGroup。创建完成后，Activity需要把创建好的界面显示到屏幕上，于是调用WindowManager类，后者于是创建一个ViewRootImpl对象，该对象实际上创建了ViewRootImpl类和W类，创建ViewRootImpl对象后，WindowManager再调用WmS提供的远程接口完成添加一个窗口并显示到屏幕上。
这其中ViewRootImpl非常重要，它具备如下几个核心功能：

它负责与WMS交互通信以调整窗口的位置大小，以及对来自WMS的事件（如窗口尺寸改变等）做出相应的处理；
触发控件树绘制（测量、布局、绘制）；
接收并分发输入事件，触摸、按键等事件；

WindowManager使用

mWindowManager = (WindowManager) getSystemService(Context.WINDOW_SERVICE);
mFloatingButton = new Button(this);
mFloatingButton.setText("click me");
mLayoutParams = new WindowManager.LayoutParams(
        LayoutParams.WRAP_CONTENT, LayoutParams.WRAP_CONTENT, 0, 0,
        PixelFormat.TRANSPARENT);
mLayoutParams.flags = LayoutParams.FLAG_NOT_TOUCH_MODAL
        | LayoutParams.FLAG_NOT_FOCUSABLE
        | LayoutParams.FLAG_SHOW_WHEN_LOCKED;
mLayoutParams.type = LayoutParams.TYPE_SYSTEM_ERROR;
mLayoutParams.gravity = Gravity.LEFT | Gravity.TOP;
mLayoutParams.x = 100;
mLayoutParams.y = 300;
mFloatingButton.setOnTouchListener(this);
mWindowManager.addView(mFloatingButton, mLayoutParams);

上述代码将一个Button添加到频幕坐标(100,300)的位置上。其中WindowManager.LayoutParams的两个参数flags和type比较重要。

flag
flag表示Window的属性，可以控制Window的显示特性，下面介绍比较常用的几个：

FLAG_NOT_FOCUSABLE 设置之后Window不会获取焦点，也不会接收各种输入事件，最终事件会传递给在其下面的可获取焦点的Window，这个flag同时会启用 FLAG_NOT_TOUCH_MODAL flag。
FLAG_NOT_TOUCH_MODAL 这个flag简而言之就是说，当前Window区域以外的点击事件传递给下层Window，当前Window区域以内的点击事件自己处理。
FLAG_SHOW_WHEN_LOCKED 一个特殊的flag，使得Window可以在锁屏状态下显示，它使得Window比KeyGuard或其他锁屏界面具有更高的层级。

type
type表示Window的类型，Window有三种类型，分别是应用Window，子Window和系统Window。

应用类Window对应着一个Activity。子Window不能单独存在，它需要附属在特定的父Window中，比如Dialog就是一个子Window。系统Window是需要声明权限才能创建的Window，比如Toast和系统状态栏这些都是系统Window。

Window是分层的，每个Window都有对应的z-ordered，层级大的会覆盖在层级小的Window上。在三类Window中，应用Window的层级范围是1~99，子Window的层级范围是1000~1999，系统Window的层级范围是2000~2999。很显然系统Window的层级是最大的，而且系统层级有很多值，一般我们可以选用TYPE_SYSTEM_ERROR或者TYPE_SYSTEM_OVERLAY，另外重要的是要记得在清单文件中声明权限。

WindowManager所提供的功能很简单，常用的只有三个方法，即添加View、更新View和删除View，这三个方法定义在ViewManager中，而WindowManager继承了ViewManager。

public interface ViewManager
{
    public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params);
    public void updateViewLayout(View view, ViewGroup.LayoutParams params);
    public void removeView(View view);
}

WindowManager内部机制

Window是一个抽象的概念，每一个Window都对应着一个View和一个ViewRootImpl，Window和View通过ViewRootImpl来建立联系，因此Window并不是实际存在的，它是以View的形式存在，这点从WindowManager的定义可以看出，它提供的三个接口方法都是针对View的，这说明View才是WIndow存在的实体。在实际使用中无法直接访问Window，对WIndow的访问必须通过WindowManager。为了分析Window的内部机制，这里从Window的添加、删除以及更新去分析。

WindowManager的添加

WindowManager的实现类是WindowManagerImpl，所以我们直接看WindowManagerImpl.addView()方法：

public void addView(@NonNull View view, @NonNull ViewGroup.LayoutParams params) {
    applyDefaultToken(params);
    mGlobal.addView(view, params, mContext.getDisplay(), mParentWindow);
}

addView内部借助mGlobal(WindowManagerGlobal)的addView，WindowManagerGlobal是一个单例，mGlobal.addView中用到了几个重要字段：

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>();

mViews：存储所有Window对应的View；
mRoots：存储的是所有Window对应的ViewRootImpl；
mParams：存储的是所有Window对应的布局参数；
mDyingViews：存储哪些正在被删除的对象；从上面的分析我们能知道一个Window包含一个View、一个ViewRootImpl、一个布局参数，并且它们分别被存储在mViews、mRoots、mParams中。

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);
    } else {
        // If there's no parent, then hardware acceleration for this view is
        // set from the application's hardware acceleration setting.
        final Context context = view.getContext();
        if (context != null
                && (context.getApplicationInfo().flags
                        & ApplicationInfo.FLAG_HARDWARE_ACCELERATED) != 0) {
            wparams.flags |= WindowManager.LayoutParams.FLAG_HARDWARE_ACCELERATED;
        }
    }

    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.
            if (index >= 0) {
                removeViewLocked(index, true);
            }
            throw e;
        }
    }
}

WindowManagerGlobal.addView方法的核心有两个作用：

建立上面我们说的联系（一个Window包含一个View、一个ViewRootImpl、一个布局参数，并且它们分别被存储在mViews、mRoots、mParams中），通过如下代码实现：

root = new ViewRootImpl(view.getContext(), display);

view.setLayoutParams(wparams);

mViews.add(view);
mRoots.add(root);
mParams.add(wparams);

通过ViewRootImpl显示View

root.setView(view, wparams, panelParentView);

在“窗口工作原理”中我们已经说明的ViewRootImpl的重要作用，ViewRootImpl源码比较复杂还设计到Binder原理，所以为了不因深入细节而打乱我们的分析节奏，我们对ViewRootImpl的分析只看流程框架。下面我们继续看ViewRootImpl.setView：

public void setView(View view, WindowManager.LayoutParams attrs, View panelParentView) {
    .....
    mView = view;
    .....
    // Schedule the first layout -before- adding to the window
    // manager, to make sure we do the relayout before receiving
    // any other events from the system.
    requestLayout();
    
    .....
    res = mWindowSession.addToDisplay(mWindow, mSeq, mWindowAttributes,
                            getHostVisibility(), mDisplay.getDisplayId(),
                            mAttachInfo.mContentInsets, mAttachInfo.mStableInsets,
                            mAttachInfo.mOutsets, mInputChannel);
}

ViewRootImpl.setView的源码也很长，我们将关键的几个步骤罗列出来。

赋值mView，可以看出mView代表的是一个Window视图的根View，对Activity来说就是DecorView；这一点在这先记录一下，后续分析事件的分发都会使用到mView这个字段；
在显示Window前，通过调用requestLayout，开始视图的绘制流程（layout、measure、draw）；
通过mWindowSession通知WMS显示Window，这个过程涉及到Binder、WMS等，细节不进行分析了；

在这里为后续“视图绘制”一文做个铺垫，进一步看一下requestLayout的源码

@Override
public void requestLayout() {
    if (!mHandlingLayoutInLayoutRequest) {
        checkThread();
        mLayoutRequested = true;
        scheduleTraversals();
    }
}

调用scheduleTraversals开始绘制

void scheduleTraversals() {
    if (!mTraversalScheduled) {
        mTraversalScheduled = true;
        mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
        mChoreographer.postCallback(
                Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
        if (!mUnbufferedInputDispatch) {
            scheduleConsumeBatchedInput();
        }
        notifyRendererOfFramePending();
        pokeDrawLockIfNeeded();
    }
}

这里执行了一个异步任务mTraversalRunnable，继续看看mTraversalRunnable

final class TraversalRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        doTraversal();
    }
}

void doTraversal() {
    if (mTraversalScheduled) {
        mTraversalScheduled = false;
        mHandler.getLooper().getQueue().removeSyncBarrier(mTraversalBarrier);

        if (mProfile) {
            Debug.startMethodTracing("ViewAncestor");
        }

        performTraversals();

        if (mProfile) {
            Debug.stopMethodTracing();
            mProfile = false;
        }
    }
}

看到performTraversals，它其实就是整个视图绘制的开始；在这里我们先对performTraversals有个印象，后面“视图绘制”一文会进一步分析performTraversals的。

WindowManager的删除

Window的删除过程和添加过程一样，通过WindowManagerImpl调用WindowManagerGlobal的removeView()来实现：

public void removeView(View view, boolean immediate) {
    if (view == null) {
        throw new IllegalArgumentException("view must not be null");
    }

    synchronized (mLock) {
        int index = findViewLocked(view, true);
        View curView = mRoots.get(index).getView();
        removeViewLocked(index, immediate);
        if (curView == view) {
            return;
        }

        throw new IllegalStateException("Calling with view " + view
                + " but the ViewAncestor is attached to " + curView);
    }
}

首先通过findViewLocked()来查找待删除的View的索引，然后再调用removeViewLocked()来做进一步的删除，如下：

private void removeViewLocked(int index, boolean immediate) {
    ViewRootImpl root = mRoots.get(index);
    View view = root.getView();

    if (view != null) {
        InputMethodManager imm = InputMethodManager.getInstance();
        if (imm != null) {
            imm.windowDismissed(mViews.get(index).getWindowToken());
        }
    }
    boolean deferred = root.die(immediate);
    if (view != null) {
        view.assignParent(null);
        if (deferred) {
            mDyingViews.add(view);
        }
    }
}

removeViewLocked()是通过ViewRootImpl来完成删除操作的。WindowManager中提供了两种删除接口，removeView()和removeViewImmediate()，他们分表表示异步删除和同步删除。具体的删除操作由ViewRootImpl的die()来完成：

boolean die(boolean immediate) {
    // Make sure we do execute immediately if we are in the middle of a traversal or the damage
    // done by dispatchDetachedFromWindow will cause havoc on return.
    if (immediate && !mIsInTraversal) {
        doDie();
        return false;
    }

    if (!mIsDrawing) {
        destroyHardwareRenderer();
    } else {
        Log.e(mTag, "Attempting to destroy the window while drawing!\n" +
                "  window=" + this + ", title=" + mWindowAttributes.getTitle());
    }
    mHandler.sendEmptyMessage(MSG_DIE);
    return true;
}

在异步删除的情况下，die()只是发送了一个请求删除的消息就返回了，这时候View还没有完成删除操作，所以最后将它添加到mDyingViews中，mDyingViews表示待删除的View的集合。如果是同步删除，不发送消息就直接调用dodie()：

 void doDie() {
    checkThread();
    if (LOCAL_LOGV) Log.v(mTag, "DIE in " + this + " of " + mSurface);
    synchronized (this) {
        if (mRemoved) {
            return;
        }
        mRemoved = true;
        if (mAdded) {
            dispatchDetachedFromWindow();
        }

        if (mAdded && !mFirst) {
            destroyHardwareRenderer();

            if (mView != null) {
                int viewVisibility = mView.getVisibility();
                boolean viewVisibilityChanged = mViewVisibility != viewVisibility;
                if (mWindowAttributesChanged || viewVisibilityChanged) {
                    // If layout params have been changed, first give them
                    // to the window manager to make sure it has the correct
                    // animation info.
                    try {
                        if ((relayoutWindow(mWindowAttributes, viewVisibility, false)
                                & WindowManagerGlobal.RELAYOUT_RES_FIRST_TIME) != 0) {
                            mWindowSession.finishDrawing(mWindow);
                        }
                    } catch (RemoteException e) {
                    }
                }

                mSurface.release();
            }
        }

        mAdded = false;
    }
    WindowManagerGlobal.getInstance().doRemoveView(this);
}

在dodie()内部会调用dispatchDetachedFromWindow()，真正删除View的逻辑就在dispatchDetachedFromWindow()中：

void dispatchDetachedFromWindow() {
    if (mView != null && mView.mAttachInfo != null) {
        mAttachInfo.mTreeObserver.dispatchOnWindowAttachedChange(false);
        mView.dispatchDetachedFromWindow();
    }
    .....
    try {
        mWindowSession.remove(mWindow);
    } catch (RemoteException e) {
    }
}

dispatchDetachedFromWindow()主要做几件事情：

垃圾回收相关操作，比如清除数据和消息，移除回调；
通过Session的remove()删除Window，这同样是一个IPC过程，最终会调用WindowManagerService的removeWindow()；
调用View的dispatchDetachedFromWindow()，进而调用View的onDetachedFromWindow()，onDetachedFromWindowInternal()。对于onDetachedFromWindow()对于大家来说一定不陌生，我们可以在这个方法内部做一些资源回收工作，比如终止动画、停止线程等；
最后再调用WindowManagerGlobal的doRemoveView()方法刷新数据，包括mRoots、mParams、mViews和mDyingViews，将当前Window所关联的对象从集合中删除。

WindowManager的更新

updateViewLayout()做的事情就比较简单了，首先先更新View的LayoutParams，接着更新ViewRootImpl的LayoutParams。ViewRootImpl会在setLayoutParams()中调用scheduleTraversals()来对View重新布局重绘。除此之外ViewRootImpl还会通过WindowSession来更新Window的视图，这个过程最终由WindowManagerService的relayoutWindow()来具体实现，这同样是一个IPC过程。具体代码执行逻辑大家可以自行查看一下。

Android控件系统（三）——Window与WindowMananger