Android View机制设计与实现：测量流程

2019-08-10 本文已影响0人 6ad3c4d9ae59

概述

Android本身的View体系非常宏大，源码中值得思考和借鉴之处众多，以View本身的绘制流程为例，其经过measure测量、layout布局、draw绘制三个过程，最终才能够将其绘制出来并展示在用户面前。

本文将针对绘制过程中的 测量流程 的设计思想进行系统地归纳总结，读者需要对View的measure()相关知识有初步的了解：

整体思路

View的测量机制本质非常简单，顾名思义，其目的便是 测量控件的宽高值，围绕该目的，View的设计者通过代码编织了一整套复杂的逻辑：

1、对于子View而言，其本身宽高直接受限于父View的 布局要求，举例来说，父View被限制宽度为40px,子View的最大宽度同样也需受限于这个数值。因此，在测量子View之时，子View必须已知父View的布局要求，这个 布局要求， Android中通过使用 MeasureSpec 类来进行描述。
2、对于完整的测量流程而言，父控件必然依赖子控件宽高的测量；若子控件本身未测量完毕，父控件自身的测量亦无从谈起。Android中View的测量流程中使用了非常经典的 递归思想：对于一个完整的界面而言，每个页面都映射了一个View树，其最顶端的父控件测量开始时，会通过遍历将其 布局要求 传递给子控件，以开始子控件的测量，子控件在测量过程中也会通过遍历将其 布局要求 传递给它自己的子控件，如此往复一直到最底层的控件...这种通过遍历自顶向下传递数据的方式我们称为 测量过程中的“递”流程。而当最底层位置的子控件自身测量完毕后，其父控件会将所有子控件的宽高数据进行聚合，然后通过对应的 测量策略 计算出父控件本身的宽高，测量完毕后，父控件的父控件也会根据其所有子控件的测量结果对自身进行测量，这种从底部向上传递各自的测量结果，最终完成最顶层父控件的测量方式我们称为测量过程中的“归”流程，至此界面整个View树测量完毕。

对于绘制流程不甚熟悉的开发者而言，上述文字似乎晦涩难懂，但这些文字的概括其本质却是绘制流程整体的设计思想，读者不应该将本文视为源码分析，而应该将自己代入到设计的过程中 ，当深刻理解整个流程的设计思路之后，测量流程代码地设计和编写自然行云流水一气呵成。

布局要求

在整个 测量流程 中， 布局要求 都是一个非常重要的核心名词，Android中通过使用 MeasureSpec 类来对其进行描述。

为什么说 布局要求 非常重要呢，其又是如何定义的呢？这要先从结果说起，对于单个View来说，测量流程的结果无非是获取控件自身宽和高的值，Android提供了setMeasureDimension()函数，开发者仅需要将测量结果作为参数并调用该函数，便可以视为View完成了自身的测量：

protected final void setMeasuredDimension(int measuredWidth, int measuredHeight) {
 // measuredWidth 测量结果，View的宽度
 // measuredHeight 测量结果，View的高度
 // 省略其它代码...

 // 该方法的本质就是将测量结果存起来，以便后续的layout和draw流程中获取控件的宽高
 mMeasuredWidth = measuredWidth;
 mMeasuredHeight = measuredHeight;
}

需要注意的是，子控件的测量过程本身还应该依赖于父控件的一些布局约束，比如：

1.父控件固定宽高只有${x}px，子控件设置为layout_height="${y}px";
2.父控件高度为wrap_content(包裹内容)，子控件设置为layout_height="match_parent";
3.父控件高度为match_parent(填充)，子控件设置为layout_height="match_parent";

这些情况下，因为无法计算出准确控件本身的宽高值，简单的通过setMeasuredDimension()函数似乎不可能达到测量控件的目的，因为 子控件的测量结果是由父控件和其本身共同决定的 （这个下文会解释），而父控件对子控件的布局约束，便是前文提到的 布局要求，即MeasureSpec类。

MeasureSpec类

从面向对象的角度来看，我们将MeasureSpec类设计成这样：

public final class MeasureSpec {

  int size;     // 测量大小
  Mode mode;    // 测量模式

  enum Mode { UNSPECIFIED, EXACTLY, AT_MOST }

  MeasureSpec(Mode mode, int size){
    this.mode = Mode;
    this.size = size;
  }

  public int getSize() { return size; }

  public Mode getMode() { return mode; }
}

在设计的过程中，我们将布局要求分成了2个属性。测量大小 意味着控件需要对应大小的宽高，测量模式 则表示控件对应的宽高模式：

UNSPECIFIED：父元素不对子元素施加任何束缚，子元素可以得到任意想要的大小；日常开发中自定义View不考虑这种模式，可暂时先忽略；

EXACTLY：父元素决定子元素的确切大小，子元素将被限定在给定的边界里而忽略它本身大小；这里我们理解为控件的宽或者高被设置为 match_parent 或者指定大小，比如20dp；

AT_MOST：子元素至多达到指定大小的值；这里我们理解为控件的宽或者高被设置为wrap_content。

巧妙的是，Android并非通过上述定义MeasureSpec对象的方式对 布局要求 进行描述，而是使用了更简单的二进制的方式，用一个32位的int值进行替代：

public static class MeasureSpec {
    private static final int MODE_SHIFT = 30; //移位位数为30
    //int类型占32位，向右移位30位，该属性表示掩码值，用来与size和mode进行"&"运算，获取对应值。
    private static final int MODE_MASK  = 0x3 << MODE_SHIFT;

    //00左移30位，其值为00 + (30位0)
    public static final int UNSPECIFIED = 0 << MODE_SHIFT;
    //01左移30位，其值为01 + (30位0)
    public static final int EXACTLY     = 1 << MODE_SHIFT;
    //10左移30位，其值为10 + (30位0)
    public static final int AT_MOST     = 2 << MODE_SHIFT;

    // 根据size和mode，创建一个测量要求
    public static int makeMeasureSpec(int size, int mode) {
        return size + mode;
    }

    // 根据规格提取出mode，
    public static int getMode(int measureSpec) {
        return (measureSpec & MODE_MASK);
    }

    // 根据规格提取出size
    public static int getSize(int measureSpec) {
        return (measureSpec & ~MODE_MASK);
    }
}

这个int值中，前2位代表了测量模式，后30位则表示了测量的大小，对于模式和大小值的获取，只需要通过位运算即可。

以宽度举例来说，若我们设置宽度=5px（二进制对应了101），那么mode对应EXACTLY,在创建测量要求的时候，只需要通过二进制的相加，便可得到存储了相关信息的int值：

而当需要获得Mode的时候只需要用measureSpec与MODE_TASK相与即可，如下图：

image.png

同理，想获得size的话只需要只需要measureSpec与~MODE_TASK相与即可，如下图：

现在读者对MeasureSpec类有了初步地认识，在Android绘制过程中，View宽或者高的 布局要求 实际上是通过32位的int值进行的描述, 而MeasureSpec类本身只是一个静态方法的容器而已。

至此MeasureSpec类所代表的 布局要求 已经介绍完毕，这里我们浅尝辄止，其在后文的 整体测量流程 中占有至关重要的作用，届时我们再进行对应的引申。

测量单个控件

只考虑单个控件的测量，整个过程需要定义三个重要的函数，分别为：

final void measure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec)：执行测量的函数;
void onMeasure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec)：真正执行测量的函数，开发者需要自己实现自定义的测量逻辑;
final void setMeasuredDimension(int measuredWidth, int measuredHeight)：完成测量的函数；

为什么说需要定义这样三个函数？

1.measure()入口函数：标记测量的开始

首先父控件需要通过调用子控件的measure()函数，并同时将宽和高的 布局要求 作为参数传入，标志子控件本身测量的开始：

// 这个是父控件的代码，让子控件开始测量
child.measure(childWidthMeasureSpec, childHeightMeasureSpec);

对于View的测量流程，其必然包含了2部分：公共逻辑部分 和 开发者自定义测量的逻辑部分，为了保证公共逻辑部分代码的安全性，设计者将measure()方法配置了final修饰符:

public final void measure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec) {
  // ... 公共逻辑

  // 开发者需要自己重写onMeasure函数，以自定义测量逻辑
  onMeasure(widthMeasureSpec, heightMeasureSpec);
}

开发者不能重写measure()函数，并将View自定义测量的策略通过定义一个新的onMeasure()接口暴露出来供开发者重写。

2.onMeasure()函数：自定义View的测量策略

onMeasure()函数中，View自身也提供了一个默认的测量策略:

protected void onMeasure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec) {
    setMeasuredDimension(getDefaultSize(getSuggestedMinimumWidth(), widthMeasureSpec),
            getDefaultSize(getSuggestedMinimumHeight(), heightMeasureSpec));
}

以宽度为例，通过这样获取View默认的宽度：

getDefaultSize(getSuggestedMinimumWidth(), widthMeasureSpec)

1.在某些情况下（比如自身设置了minWidth或者background属性），View需要通过getSuggestedMinimumWidth()函数作为默认的宽度值：

protected int getSuggestedMinimumWidth() {
    return (mBackground == null) ? mMinWidth : max(mMinWidth, mBackground.getMinimumWidth());
}
复制代码

2.这之后，将所得结果作为参数传递到getDefaultSize(minWidth, widthMeasureSpec)函数中，根据 布局要求 计算出View最后测量的宽度值：

public static int getDefaultSize(int size, int measureSpec) {
    // 宽度的默认值
    int result = size;
    int specMode = MeasureSpec.getMode(measureSpec);
    int specSize = MeasureSpec.getSize(measureSpec);

    // 根据不同的测量模式，返回的测量结果不同
    switch (specMode) {
      // 任意模式，宽度为默认值
      case MeasureSpec.UNSPECIFIED:
          result = size;
          break;
      // match_parent、wrap_content则返回布局要求中的size值
      case MeasureSpec.AT_MOST:
      case MeasureSpec.EXACTLY:
          result = specSize;
          break;
    }
    return result;
}

上述代码中，View的默认测量策略也印证了，即使View设置的是layout_width="wrap_content",其宽度也会填充父布局（效果同match_parent），高度依然。

3.setMeasuredDimension()函数：标志测量的完成

setMeasuredDimension(width，height)函数的存在意义非常重要，在onMeasure()执行自定义测量策略的过程中，调用该函数标志着View的测量得出了结果:

protected void onMeasure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec) {
    // 普遍意义上，setMeasuredDimension()标志着测量结束
    setMeasuredDimension(getDefaultSize(getSuggestedMinimumWidth(), widthMeasureSpec),
            getDefaultSize(getSuggestedMinimumHeight(), heightMeasureSpec));
}

protected final void setMeasuredDimension(int measuredWidth, int measuredHeight) {
 // measuredWidth 测量结果，View的宽度
 // measuredHeight 测量结果，View的高度
 // 省略其它代码...

 // 该方法的本质就是将测量结果存起来，以便后续的layout和draw流程中获取控件的宽高
 mMeasuredWidth = measuredWidth;
 mMeasuredHeight = measuredHeight;
}

该函数被设计为由protected final修饰，这意味着只能由子类进行调用而不能重写。

函数调用完毕，开发者可以通过getMeasuredWidth()或者getMeasuredHeight()来获取View测量的宽高，代码设计大概是这样：

public final int getMeasuredWidth() {
    return mMeasuredWidth;
}
public final int getMeasuredHeight() {
    return mMeasuredHeight;
}

// 如何使用
int width = view.getMeasuredWidth();
int height = view.getMeasuredHeight()

经过measure() -> onMeasure() -> setMeasuredDimension()函数的调用，最终View自身测量流程执行完毕。

完整测量流程

对于一个完整的界面而言，每个页面都映射了一个View树，见微知著，了解了单个View的测量过程，从宏观的角度思考，View树整体的测量流程将如何实现？

1、设计思路

首先需要理解的是，每种ViewGroup的子类的测量策略（也就是onMeasure()函数内的逻辑）不尽相同，比如RelativeLayout或者LinearLayout宽高的测量策略自然不同，但整体思路都大同小异，即遍历测量所有子控件，根据父控件自身测量策略进行宽高的计算并得出测量结果。

以 竖直方向布局 的LinearLayout为例，如何完成LinearLayout高度的测量？本文抛去不重要的细节，化繁为简，将LinearLayout高度的测量策略简单定义为 遍历获取所有子控件，将高度累加 ，所得值即自身高度的测量结果——如果不知道每个子控件的高度，LinearLayout自然无法测量出本身的高度。

因此对于View树整体的测量而言，控件的测量实际上是 自底向上 的，正如文章开篇 整体思路 一节所描述的：

对于完整的测量流程而言，父控件必然依赖子控件宽高的测量；若子控件本身未测量完毕，父控件自身的测量亦无从谈起。

此外，因为子控件的测量逻辑受限于父控件传过来的 布局要求（MeasureSpec）, 因此整体逻辑应该是：

1. 测量开始时，由顶层的父控件将布局要求传递给子控件，以通知子控件开始执行测量；
1. 子控件根据测量策略计算出自身的布局要求，再传递给下一级的子控件，通知子控件开始测量，如此往复，直至到达最后一级的子控件；
1. 最后一级的子控件测量完毕后，执行setMeasuredDimension()函数，其父控件根据自己的测量策略，将所有child的宽高和布局属性进行对应的计算（比如上文中LinearLayout就是计算所有子控件高度的和），得到自己本身的测量宽高；
1. 该控件通过调用setMeasuredDimension()函数完成测量，这之后，它的父控件再根据其自身测量策略完成测量，如此往复，直至完成顶层级View的测量，自此，整个页面测量完毕。

这里的设计体现出了经典的 递归思想，1、2步骤，开始测量的通知自顶至下，我们称之为测量步骤的 递流程，3、4步骤，测量完毕的顺序却是自底至顶，我们称之为测量步骤的 归流程。

2、递流程的实现

现在根据上一小节的设计思路，开始对 递流程 进行编码实现。

在整个递流程中，MeasureSpec所代表的 布局要求 占有至关重要的作用，了解了它在这个过程中的意义，也就理解了为什么我们常说 子控件的测量结果是由父控件和其本身共同决定的。

依然以 竖直方向布局 的LinearLayout为例，我们需要遍历测量其所有的子控件，因此，在onMeasure()函数中，第一次我们编码如下：

// 1.0版本的LinearLayout
protected void onMeasure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec) {  
  // 1.通过遍历，对每个child进行测量
  for(int i = 0 ; i < getChildCount() ; i++){  
    View child = getChildAt(i);
    // 2.直接测量子控件
    child.measure(widthMeasureSpec, heightMeasureSpec);
  }
  // ...
  // 3.所有子控件测量完毕...
  // ...
}

这里关注int heightMeasureSpec参数，我们知道，这个32位int类型的值，包含了父布局传过来高度的 布局要求：测量的大小和模式。现在我们思考，若父布局传过来大小的是屏幕的高度，那么将其作为参数直接执行child.measure(widthMeasureSpec, heightMeasureSpec)，让子控件直接开始测量，是合理的吗？

答案当然是否定的，试想这样一个简单的场景，若LinearLayout本身设置了padding值，那么子控件的最大高度便不能再达到heightMeasureSpec中size的大小了，但是如果像上述代码中的步骤2一样，直接对子控件进行测量，子控件就可以从heightMeasureSpec参数中取得屏幕的高度，通过setMeasuredDimension()将自己的高度设置和父控件高度一致——这导致了padding值配置的失效，并不符合预期。

因此，我们需要额外设计一个可重写的函数，用于自定义对child的测量：

protected void measureChild(View child, int parentWidthMeasureSpec,
            int parentHeightMeasureSpec) {
        // 获取子元素的布局参数
    final LayoutParams lp = child.getLayoutParams();
    // 通过padding值，计算出子控件的布局要求
    final int childWidthMeasureSpec = getChildMeasureSpec(parentWidthMeasureSpec,
            mPaddingLeft + mPaddingRight, lp.width);
    final int childHeightMeasureSpec = getChildMeasureSpec(parentHeightMeasureSpec,
            mPaddingTop + mPaddingBottom, lp.height);
    // 将新的布局要求传入measure方法，完成子控件的测量
    child.measure(childWidthMeasureSpec, childHeightMeasureSpec);
}
复制代码

我们定义了measureChild()函数，其作用是计算子控件的布局要求，并把新的布局要求传给子控件，再让子控件根据新的布局要求进行测量，这样就解决了上述的问题，由此也说明了为什么 子控件的测量结果是由父控件和其本身共同决定的。

这里我们注意到我们设计了一个getChildMeasureSpec()函数，那么这个函数是做什么的呢？

getChildMeasureSpec()函数

getChildMeasureSpec()函数的作用是根据父布局的MeasureSpec和padding值，计算出对应子控件的MeasureSpec，因为这个函数的逻辑是可以复用的，因此将其定义为一个静态函数：

public static int getChildMeasureSpec(int spec, int padding, int childDimension) {
    //获取父View的测量模式
    int specMode = MeasureSpec.getMode(spec);
    //获取父View的测量大小
    int specSize = MeasureSpec.getSize(spec);
    //父View计算出的子View的大小，子View不一定用这个值
    int size = Math.max(0, specSize - padding);
    //声明变量用来保存实际计算的到的子View的size和mode即大小和模式
    int resultSize = 0;
    int resultMode = 0;
    switch (specMode) {
    //如果父容器的模式是Exactly即确定的大小
    case MeasureSpec.EXACTLY:
        //子View的高度或宽度>0说明其实一个确切的值，因为match_parent和wrap_content的值是<0的
        if (childDimension >= 0) {
            resultSize = childDimension;
            resultMode = MeasureSpec.EXACTLY;
            //子View的高度或宽度为match_parent
        } else if (childDimension == LayoutParams.MATCH_PARENT) {
            resultSize = size;//将size即父View的大小减去边距值所得到的值赋值给resultSize
            resultMode = MeasureSpec.EXACTLY;//指定子View的测量模式为EXACTLY
           //子View的高度或宽度为wrap_content
        } else if (childDimension == LayoutParams.WRAP_CONTENT) {
            resultSize = size;//将size赋值给result
            resultMode = MeasureSpec.AT_MOST;//指定子View的测量模式为AT_MOST
        }
        break;
    //如果父容器的测量模式是AT_MOST
    case MeasureSpec.AT_MOST:
        if (childDimension >= 0) {
            resultSize = childDimension;
            resultMode = MeasureSpec.EXACTLY;
        } else if (childDimension == LayoutParams.MATCH_PARENT) {
            resultSize = size;
            // 因为父View的大小是受到限制值的限制,所以子View的大小也应该受到父容器的限制并且不能超过父View  
            resultMode = MeasureSpec.AT_MOST;
        } else if (childDimension == LayoutParams.WRAP_CONTENT) {
            resultSize = size;
            resultMode = MeasureSpec.AT_MOST;
        }
        break;
    //如果父容器的测量模式是UNSPECIFIED即父容器的大小未受限制
    case MeasureSpec.UNSPECIFIED:
        //如果自View的宽和高是一个精确的值
        if (childDimension >= 0) {
              //子View的大小为精确值
            resultSize = childDimension;
            //测量的模式为EXACTLY
            resultMode = MeasureSpec.EXACTLY;
            //子View的宽或高为match_parent
        } else if (childDimension == LayoutParams.MATCH_PARENT) {
              //因为父View的大小是未定的，所以子View的大小也是未定的
            resultSize = 0;
            resultMode = MeasureSpec.UNSPECIFIED;
        } else if (childDimension == LayoutParams.WRAP_CONTENT) {
            resultSize = 0;
            resultMode = MeasureSpec.UNSPECIFIED;
        }
        break;
    }
    //根据resultSize和resultMode调用makeMeasureSpec方法得到测量要求，并将其作为返回值
    return MeasureSpec.makeMeasureSpec(resultSize, resultMode);
}

逻辑分支相对较多，注释中已经将子控件 布局要求 的计算逻辑写清楚了，总结如下图，

为什么说这个函数非常重要？因为这个函数才是 子控件的测量结果是由父控件和其本身共同决定的 最直接的体现，同时，在不同的布局模式下（match_parent、wrap_content、指定dp/px），其对应子控件的布局要求的返回值亦不同，建议读者认真理解这段代码。

回到前文，现在我们对onMeasure()的方法定义如下：

// 2.0版本的LinearLayout
protected void onMeasure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec) {  
  // 1.通过遍历，对每个child进行测量
  for(int i = 0 ; i < getChildCount() ; i++){  
     View child = getChildAt(i);
     // 2.计算新的布局要求，并对子控件进行测量
     measureChild(child, widthMeasureSpec, heightMeasureSpec);
  }
  // ...
  // 3.所有子控件测量完毕...
  // ...
}

3、归流程的实现

现在，所有子控件测量完毕，接下来 归流程 的实现就很简单了，将所有child的height进行累加，并调用 setMeasuredDimension()结束测量即可：

// 3.0版本的LinearLayout
protected void onMeasure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec) {  
  // 1.通过遍历，对每个child进行测量
  for(int i = 0 ; i < getChildCount() ; i++){  
     View child = getChildAt(i);
     // 2.计算新的布局要求，并对子控件进行测量
     measureChild(child, widthMeasureSpec, heightMeasureSpec);
  }
  // 3.完成子控件的测量,对高度进行累加
  int height = 0;
  for(int i = 0 ; i < getChildCount() ; i++){  
      height += child.getMeasuredHeight();  
  }
  // 4.完成LinearLayout的测量
  setMeasuredDimension(width, height);
}

乍一看，似乎很难体现出整个流程的递归性，实际上当我们宏观从View树的树顶顺着往下整理思路，代码逻辑的执行顺序一目了然：

如图所示，实线代表了测量流程中整体自顶向下的 递流程，而虚线代表了自底向上的 归流程。

至此，测量流程整体实现完毕。