Android8.0源码解析之理解WindowManagerSe
一、WMS的职责
WMS是Android中重要的服务，它是WindowManager的管理者，WMS无论对于应用开发还是Framework开发都是重要的知识点，究其原因是因为WMS有很多职责，每个职责都会涉及重要且复杂的系统，这使得WMS就像一个十字路口的交通灯一样，没有了这个交通灯，十字路口就无法正常通车，WMS的职责只要有以下几点。
1、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由DisplayContent、WindowToken和WindowState。
2、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。
3、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，它作为输入系统的中转站再合适不过。
4、Surface管理
窗口并不具备绘制的功能，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时由WMS来完成的。
WMS的职责
从上图可以看出WMS很复杂，与它关联的由窗口管理、窗口动画、输入系统和Surface，它们每一个都是重要且负责的系统。
二、WMS的创建过程
1）WMS涉及的知识点非常多，但是无论这些知识点如何多，我们还是十分有必要先知道WMS时如何创建的。WMS时在SystemServer进程中创建的，SystemServer的run方法关键代码如下所示：
frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
private void run() {
try {
...代码省略...
Looper.prepareMainLooper();//1创建消息Looper
System.loadLibrary("android_servers");//2加载动态库libandroid_servers.so
performPendingShutdown();
createSystemContext();//3初始化系统的Context
mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext);//4创建系统服务管理者
mSystemServiceManager.setRuntimeRestarted(mRuntimeRestart);
LocalServices.addService(SystemServiceManager.class, mSystemServiceManager);
SystemServerInitThreadPool.get();
} finally {
traceEnd();
}
// 开启服务
try {
traceBeginAndSlog("StartServices");
startBootstrapServices();//5启动引导服务
startCoreServices();//6启动核心服务
startOtherServices();//7启动其他服务，WMS在该方法中被启动
SystemServerInitThreadPool.shutdown();
} catch (Throwable ex) {
Slog.e("System", "******************************************");
Slog.e("System", "************ Failure starting system services", ex);
throw ex;
} finally {
traceEnd();
}
...代码省略...
}
SystemServer的run方法中会调用startOtherServices方法，WMS就是在该方法中被启动的。
2）SystemServer的startOtherServices方法如下所示：
private void startOtherServices() {
...代码省略...
traceBeginAndSlog("InitWatchdog");
final Watchdog watchdog = Watchdog.getInstance();//1得到Watchdog实例，该对象可以用来监视系统的一些关键服务的运行状况。
watchdog.init(context, mActivityManagerService);//2对Watchdog实例进行初始化
traceEnd();
traceBeginAndSlog("StartInputManagerService");
inputManager = new InputManagerService(context);//3创建InputManagerService
traceEnd();
traceBeginAndSlog("StartWindowManagerService");
ConcurrentUtils.waitForFutureNoInterrupt(mSensorServiceStart, START_SENSOR_SERVICE);
mSensorServiceStart = null;
wm = WindowManagerService.main(context, inputManager,
mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL,
!mFirstBoot, mOnlyCore, new PhoneWindowManager());//4执行WMS的main方法，其内部会创建WMS，
ServiceManager.addService(Context.WINDOW_SERVICE, wm);//5将WMS注册到服务管理器中
ServiceManager.addService(Context.INPUT_SERVICE, inputManager);//6将IMS注册到服务管理器中
traceEnd();
...代码省略...
try {
wm.displayReady();//7初始化屏幕显示信息
} catch (Throwable e) {
reportWtf("making display ready", e);
}
...代码省略...
try {
wm.systemReady();//8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
} catch (Throwable e) {
reportWtf("making Window Manager Service ready", e);
}
...代码省略...
}
startOtherServices会获取Watchdog实例并对实例进行初始化，创建InputManagerService实例，并在注释4处将该实例作为参数传递给WindowManagerService的main方法。
3）WindowManagerService 的main方法如下：
public static WindowManagerService main(final Context context, final InputManagerService im,
final boolean haveInputMethods, final boolean showBootMsgs, final boolean onlyCore,
WindowManagerPolicy policy) {
//1这里使用了java8中的Lambda表达式
DisplayThread.getHandler().runWithScissors(() ->
sInstance = new WindowManagerService(context, im, haveInputMethods, showBootMsgs, onlyCore, policy)
, 0);//2创建WMS实例对象
return sInstance;
}
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。正是在DisplayThread的run方法中创建了WMS的实例，这就意味着WMS的创建时运行在android.display线程中的。
4）来看下Handler的runWithScissors方法：
frameworks/base/core/java/android/os/Handler.java
public final boolean runWithScissors(final Runnable r, long timeout) {
if (r == null) {
throw new IllegalArgumentException("runnable must not be null");
}
if (timeout < 0) {
throw new IllegalArgumentException("timeout must be non-negative");
}
if (Looper.myLooper() == mLooper) {
r.run();
return true;
}
BlockingRunnable br = new BlockingRunnable(r);
return br.postAndWait(this, timeout);
}
- 对传入的Runnable的timeout进行判断，如果Runnable为null或者timeout小于0则抛出异常。
- 根据每个线程只有一个Looper的原理来判断当前线程（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，否则调用BlockingRunnable的postAndWait方法，并将当前线程的Runnable作为参数传递进去。
5）BlockingRunnable是Handler的内部类。
private static final class BlockingRunnable implements Runnable {
private final Runnable mTask;
private boolean mDone;
public BlockingRunnable(Runnable task) {
mTask = task;
}
@Override
public void run() {
try {
mTask.run();//注释1
} finally {
synchronized (this) {
mDone = true;
notifyAll();
}
}
}
public boolean postAndWait(Handler handler, long timeout) {
if (!handler.post(this)) {//注释2
return false;
}
synchronized (this) {
if (timeout > 0) {
final long expirationTime = SystemClock.uptimeMillis() + timeout;
while (!mDone) {
long delay = expirationTime - SystemClock.uptimeMillis();
if (delay <= 0) {
return false; // timeout
}
try {
wait(delay);
} catch (InterruptedException ex) {
}
}
} else {
while (!mDone) {
try {
wait();//注释3
} catch (InterruptedException ex) {
}
}
}
}
return true;
}
}
- 在注释2处将当前的BlockingRunnable添加到Handler的任务队列中，上面第3步我们知道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。
- 在注释1处执行了传入的Runnable的run方法（运行在android.display线程中），执行完毕后finally代码块中将mDone设置为true，并调用noifyAll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。
结合以上两点我们可以得出一个结论，system_server线程会一直等待android.display线程执行完毕才开始执行system_server线程，这是因为android.display线程内部执行了WMS的创建，而WMS的创建优先级要更高。
6）接下来我们来查看一下WMS的构造方法。
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService.java
private WindowManagerService(Context context, InputManagerService inputManager,
boolean haveInputMethods, boolean showBootMsgs, boolean onlyCore,
WindowManagerPolicy policy) {
...代码省略...
mInputManager = inputManager; // 注释1
...代码省略...
mDisplayManager = (DisplayManager)context.getSystemService(Context.DISPLAY_SERVICE);
mDisplays = mDisplayManager.getDisplays(); // 注释2
for (Display display : mDisplays) {
createDisplayContentLocked(display); // 注释3
}
...代码省略...
mActivityManager = ActivityManager.getService(); // 注释4
...代码省略...
mAmInternal = LocalServices.getService(ActivityManagerInternal.class);
...代码省略...
mAnimator = new WindowAnimator(this); // 注释5
mAllowTheaterModeWakeFromLayout = context.getResources().getBoolean(
com.android.internal.R.bool.config_allowTheaterModeWakeFromWindowLayout);
LocalServices.addService(WindowManagerInternal.class, new LocalService());
initPolicy(); // 注释6
Watchdog.getInstance().addMonitor(this); // 注释7
...代码省略...
}
- 注释1处保存传递进来的IMS，这样WMS就持有了IMS的引用。
- 注释2处通过DisplayManager的getDisplay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。
- 注释3处的createDisplayContentLocked方法将Display封装成DisplayContent，DisplayContent用来描述一块屏幕。
- 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WindowAnimator，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处调用addMonitor方法将自身添加到watchdog中，Watchdog用来监控系统的一些关键服务的运行状况，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，就会杀死Watchdog所在的进程，也就是SystemServer进程。
6）继续来看注释6处的initPolicy方法。
private void initPolicy() {
UiThread.getHandler().runWithScissors(new Runnable() {
@Override
public void run() {
WindowManagerPolicyThread.set(Thread.currentThread(), Looper.myLooper());
mPolicy.init(mContext, WindowManagerService.this, WindowManagerService.this);//注释1
}
}, 0);
}
initPolicy方法和此前讲的WMS的main方法的实现类似，在注释1处执行了WMP的init方法，WMP是一个接口，init方法具体在PhoneWindowManager（PWM）中实现。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。
三、WMS的创建过程的3个线程
上面WMS创建的过程中有提到3个线程，分别是system_server、android.display和android.ui，下图是关于这三个线程的三个步骤。
三个线程之间的关系
1）首先在system_server线程中执行了SystemServer的startOtherServices方法，在startOtherServices方法中会调用WMS的main方，main方法会创建WMS，创建的过程是在android.display线程中实现的，由于创建WMS的优先级更高，因此system_server线程要等WMS创建完成后，处于等待状态的system_server线程才会被唤醒从而继续执行下面的代码。
2）在WMS的构造方法中会调用WMS的initPolicy方法，在initPolicy方法中又会调用PWM的init方法，PWM的init方法在android.ui线程中运行，它的优先级要高于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。
3）PWM的init方法执行完毕后，android.display线程就完成了WMS的创建，等待的system_server线程被唤醒后继续执行WMS的main方法后的代码逻辑，比如在前面第二部分第2步的注释7的地方，WMS的displayReady方法用来初始化屏幕显示信息。
