Android窗口系统第一篇---Window的类型与Z-Or
Android的窗口系统是UI架构很重要的一部分，数据结构比较多，细节比较多。本篇文章主要介绍窗口相关数据结构和抽象概念理解，关于[窗口部分的博客]计划如下。
１、窗口Z-Order的管理
２、应用程序和WMS的联系
３、窗口的添加，WindowState的创建
４、Token管理，AppToken
５、窗口大小的计算
６、启动窗口
７、窗口的切换和动画
８、多窗口，分屏、画中画，自由模式的实现思路
９、View的测量和布局
10、桌面启动流程
11、墙纸流程
本篇文章主要讨论窗口类型、坐标系统、Z-Order,Z-Order确定跟窗口类型有关系，先看窗口类型。
一、窗口类型
1.1、Window的类型
Android系统的Window有很多个，大体上来说，Framework定义了三种窗口类型；
系统Window
常见的系统Window有哪些呢？比如在手机电量低的时候，会有一个提示电量低的Window,我们输入文字的时候，会弹出输入法Window,还有搜索条Window,来电显示Window,Toast对应的Window,可以总结出来，系统Window是独立与我们的应用程序的，对于应用程序而言，我们理论上是无法创建系统Window，因为没有权限，这个权限只有系统进程有。
应用程序Window
所谓应用窗口指的就是该窗口对应一个Activity，因此，要创建应用窗口就必须在Activity中完成了。本节后面会分析Activity对应的Window的创建过程。
子Window
所谓的子Window，是说这个Window必须要有一个父窗体，比如PopWindow，Dialog是属于应用程序Window,这个比较特殊。
每一种窗口类型定义了一种对应的type
应用类型的窗口的type范围是１~99
应用类型的窗口
子窗口的type范围是1000~1999
子窗口
系统的窗口的type范围是2000以上
i系统的窗口
系统窗口的type值>子窗口的type值>应用类型窗口的type值，一般来说，根据type值大小关系，可以推出系统窗口在子窗口的上面，子窗口在应用窗口的上面。
二、窗口布局和Z序
窗口的布局一般有两种，一种是平铺式的布局，一种是层叠式的布局
平铺窗口布局
平铺式的布局设计简单，现在还有一些终端系统仍然是单窗口的平铺布局，手机上采用的是层叠式布局，层叠式布局是一个三维的空间，将手机的水平方向作为Ｘ轴，竖直方向作为Ｙ轴，还有一根垂直与屏幕从里朝外方向的虚拟的Z轴，所有窗口 (WindowState) 按照顺序排列在Ｚ轴上，如下图。
层叠式布局
２.1、窗口主序的确定
WindowState是WMS中事实的窗口，而不是Window，WindowState是在WMS的addWindow方法中创建，包含了一个窗口的所有的属性，其中一个属性为mLayer，表示窗口在Ｚ轴的位置，mLayer值越小，窗口越靠后，mLayer值越大，窗口越靠前，最前面的一个窗口就作为焦点窗口，可以接收触摸事件。因为窗口的切换，切换后的Ｚ序(窗口的显示次序称为 Z 序)就可能不同，所以mLayer的值不是固定不变的。mLayer是通过WindowState的另一个成员变量mBaseLayer的值计算得到，mBaseLayer的值是固定不变的，只和窗口类型有关。mBaseLayer(称为主序)是WindowState的构造方法中赋值。
mBaseLayer = mPolicy.windowTypeToLayerLw(
attachedWindow.mAttrs.type) * WindowManagerService.TYPE_LAYER_MULTIPLIER
+ WindowManagerService.TYPE_LAYER_OFFSET;
等价与:mBaseLayer =窗口类型×10000+1000
windowTypeToLayerLw根据窗口的类型type，返回2开始的整数值
public int windowTypeToLayerLw(int type) {
if (type >= FIRST_APPLICATION_WINDOW && type <= LAST_APPLICATION_WINDOW) {
return 2;
}
switch (type) {
case TYPE_WALLPAPER:
return 2;
// wallpaper is at the bottom, though the window manager may move it.
case TYPE_PHONE:
return 3;
.....
case TYPE_TOAST:
// toasts and the plugged-in battery thing
return 8;
.....
case TYPE_BOOT_PROGRESS:
return 30;
case TYPE_POINTER:
// the (mouse) pointer layer
return 31;
}
Log.e(TAG, "Unknown window type: " + type);
return 2;
可以看到系统中的窗口种类比较多，case个数都到31了。比如应用程序的窗口是２，电话类型的窗口是３，Toast窗口是８...，因为系统中同类型的窗口比较多，所以对返回的整数值乘以10000(WindowManagerService.TYPE_LAYER_MULTIPLIER)，在加上1000(WindowManagerService.TYPE_LAYER_OFFSET)，相当把Ｚ轴划分成了31个值域，不同类型的窗口的Z轴位置都是处于两个不相交的值域之中，互相不打扰。OK，通过mBaseLayer，我们知道了窗口是如何排序的，一个窗口有可能需要依附在一个父窗口上，作为一个子窗口，所以除了主序的概念外，还有子序。
２.２、窗口子序的确定
SubLayer(称为子序)，SubLayer值是用来描述一个窗口是否属于另外一个窗口的子窗口，或者说SubLayer值是用来确定子窗口和父窗口之间的相对位置的。
SubLayer.png
一个Activity中有三个子窗口WindowState1、WindowState２、WindowState３，WindowState1WindowState２在窗口Ａ的前面，WindowState３在Ａ的后面，这几个兄弟窗口为什么可以这样排序呢，这就是mSubLayer的作用，子序越大，则相对其他兄弟窗口越靠前，反之，越靠后，如果为负数，就处在父窗口的后面，如窗口Ａ中的WindowState3，子序是根据窗口类型调用subWindowTypeToLayerLw确定的，subWindowTypeToLayerLw同样是在Window的构造方法中调用的。
mSubLayer = mPolicy.subWindowTypeToLayerLw(a.type);
public int subWindowTypeToLayerLw(int type) {
switch (type) {
case TYPE_APPLICATION_PANEL:
case TYPE_APPLICATION_ATTACHED_DIALOG:
return APPLICATION_PANEL_SUBLAYER;//返回值是1
case TYPE_APPLICATION_MEDIA:
return APPLICATION_MEDIA_SUBLAYER;//返回值是-2
case TYPE_APPLICATION_MEDIA_OVERLAY:
return APPLICATION_MEDIA_OVERLAY_SUBLAYER;//返回值是-1
case TYPE_APPLICATION_SUB_PANEL:
return APPLICATION_SUB_PANEL_SUBLAYER;//返回值是2
case TYPE_APPLICATION_ABOVE_SUB_PANEL:
return APPLICATION_ABOVE_SUB_PANEL_SUBLAYER;//返回值是3
}
Log.e(TAG, "Unknown sub-window type: " + type);
return 0;
}
相对与主序的确定，子序是非常简单了，但是，假设系统中有个应用程序现在有５个窗口，全部都是应用类型的窗口，按照上面的规则，计算出来的主序应该相同，如何排序？ 这就需要WMS进行后期的调整。
2.３、窗口Z序的调整
当WindowState创建完成，并且被添加到WMS维持的数组里面后，就需要调用WindowLayersController的assignLayersLocked(windows)，进行Z序的调整。
//参数windows是窗口列表
final void assignLayersLocked(WindowList windows) {
if (DEBUG_LAYERS) Slog.v(TAG_WM, "Assigning layers based on windows=" + windows,
new RuntimeException("here").fillInStackTrace());
clear();
int curBaseLayer = 0;
int curLayer = 0;
boolean anyLayerChanged = false;
//遍历窗口列表，上面通过Z序的计算公式计算出来的Z序值保存在WindowState的变量mBaseLayer
中，这个循环的意思是，遇到同类型的窗口，后一个窗口在前一个窗口的基础上偏移５。
for (int i = 0, windowCount = windows.size(); i < windowCount; i++) {
final WindowState w = windows.get(i);
boolean layerChanged = false;
int oldLayer = w.mLayer;
if (w.mBaseLayer == curBaseLayer || w.mIsImWindow || (i > 0 && w.mIsWallpaper)) {
curLayer += WINDOW_LAYER_MULTIPLIER;
} else {
curBaseLayer = curLayer = w.mBaseLayer;
}
// 更新该窗口的mAnimLayer，也就是动画显示时，该窗口的层级
assignAnimLayer(w, curLayer);
// TODO: Preserved old behavior of code here but not sure comparing
// oldLayer to mAnimLayer and mLayer makes sense...though the
// worst case would be unintentionalp layer reassignment.
if (w.mLayer != oldLayer || w.mWinAnimator.mAnimLayer != oldLayer) {
layerChanged = true;
anyLayerChanged = true;
}
// 将当前应用窗口的最高显示层级记录在mHighestApplicationLayer中
if (w.mAppToken != null) {
mHighestApplicationLayer = Math.max(mHighestApplicationLayer,
w.mWinAnimator.mAnimLayer);
}
// 对于分屏等相关的窗口，它们的显示层级需要再次处理
collectSpecialWindows(w);
if (layerChanged) {
w.scheduleAnimationIfDimming();
}
}
// 调整特殊窗口的层级
adjustSpecialWindows();
//TODO (multidisplay): Magnification is supported only for the default display.
if (mService.mAccessibilityController != null && anyLayerChanged
&& windows.get(windows.size() - 1).getDisplayId() == Display.DEFAULT_DISPLAY) {
mService.mAccessibilityController.onWindowLayersChangedLocked();
}
if (DEBUG_LAYERS) logDebugLayers(windows);
}
经过调整之后，同类型的窗口的Z序值就不同了。
3、窗口Ｚ序的深入理解
１、Layer值为何乘以１万?
Layer的计算公式为：
mBaseLayer = mPolicy.windowTypeToLayerLw(a.type) * WindowManagerService.TYPE_LAYER_MULTIPLIER + WindowManagerService.TYPE_LAYER_OFFSET;
等价与:mBaseLayer =窗口类型×10000+1000
其中TYPE_LAYER_MULTIPLIER和TYPE_LAYER_OFFSET在WMS的声明如下，
/** How much to multiply the policy's type layer, to reserve room
* for multiple windows of the same type and Z-ordering adjustment
* with TYPE_LAYER_OFFSET.
*/
static final int TYPE_LAYER_MULTIPLIER = 10000;
/** Offset from TYPE_LAYER_MULTIPLIER for moving a group of windows above
* or below others in the same layer.
*/
static final int TYPE_LAYER_OFFSET = 1000;
mBaseLayer的值是在WindowState的构造中计算的，子窗口和一般窗口计算有所不同
if ((mAttrs.type >= FIRST_SUB_WINDOW && mAttrs.type <= LAST_SUB_WINDOW)) {//如果是子窗口
// The multiplier here is to reserve space for multiple
// windows in the same type layer.
//使用依附窗口的类型
mBaseLayer = mPolicy.windowTypeToLayerLw(attachedWindow.mAttrs.type) * WindowManagerService.TYPE_LAYER_MULTIPLIER
+ WindowManagerService.TYPE_LAYER_OFFSET;
mSubLayer = mPolicy.subWindowTypeToLayerLw(a.type);//计算mSubLayer
......
} else {//非子窗口
// The multiplier here is to reserve space for multiple
// windows in the same type layer.
mBaseLayer = mPolicy.windowTypeToLayerLw(a.type)
* WindowManagerService.TYPE_LAYER_MULTIPLIER
+ WindowManagerService.TYPE_LAYER_OFFSET;
mSubLayer = 0;
......
}
Layer值为什么要乘以10000万呢？PhoneWindowManager对象mPolicy的成员函数windowTypeToLayerLw的返回值并且不是一个窗口的最终的BaseLayer值，而是要将它的返回值乘以一个常量TYPE_LAYER_MULTIPLIER（10000），再加上另外一个常量TYPE_LAYER_OFFSET（1000）之后，才得到最终的BaseLayer值。这是因为相同类型的窗口的Z轴位置都是有着相同的值域，而不同类型的窗口的Z轴位置都是处于两个不相交的值域。例如，假设有两种不同类型的窗口，它们的Z轴位置的值域分别为[a, b]和[c, d]，那么[a, b]和[c, d]的交集一定等于空。又由于每一种类型的窗口的数量是不确定的，因此，WindowManagerService服务就需要为每一种类型的窗口都预留一个范围足够大的值域，以便可以满足要求。
２、Z序调整为何加５而不加其他数字
Ｚ序的调整是在WindowLayersController的assignLayersLocked方法实现的。所谓的调整就是遍历窗口列表，如果窗口的mBaseLayer和前一个相同、或者是输入法和壁纸窗口就加上常量值WINDOW_LAYER_MULTIPLIER。
private final void assignLayersLocked(WindowList windows) {
int N = windows.size();
int curBaseLayer = 0;
int curLayer = 0;
int i;
boolean anyLayerChanged = false;
for (i=0; i<N; i++) {
final WindowState w = windows.get(i);
final WindowStateAnimator winAnimator = w.mWinAnimator;
boolean layerChanged = false;
int oldLayer = w.mLayer;
if (w.mBaseLayer == curBaseLayer || w.mIsImWindow || (i > 0 && w.mIsWallpaper)) {
curLayer += WINDOW_LAYER_MULTIPLIER;
w.mLayer = curLayer;
} else {
curBaseLayer = curLayer = w.mBaseLayer;
w.mLayer = curLayer;
}
.......
}
.......
}
WINDOW_LAYER_MULTIPLIER在WMS的声明如下
/** How much to increment the layer for each window, to reserve room
* for effect surfaces between them.
*/
static final int WINDOW_LAYER_MULTIPLIER = 5;
意思为在每个窗口层之间预留空间。加上5之后，在同层的窗口中每隔一个窗口就留下4个空位， 如果加上１，按道理来说也行，为了搞清楚为什么加５，我给google维护窗口系统的工程师发了一封邮件。
google-mail.png
但是很遗憾，一直没有收到回信，但是应该可以确定，这里加１也是可以的，同样可以使得同类型的窗口的Ｚ序不同，WINDOW_LAYER_MULTIPLIER这个值从Android2.3版本就是等于５，所以这里WINDOW_LAYER_MULTIPLIER为５并没有什么特殊的含义。
３、Layer值为何乘以１万以后为什么还要加上1000?
窗口在打开或者关闭的时候，为了不那么突兀，都会设置一个动画，
/** Offset from TYPE_LAYER_MULTIPLIER for moving a group of windows above
* or below others in the same layer. */
static final int TYPE_LAYER_OFFSET = 1000;
public void setAnimation(Animation anim, int width, int height, boolean skipFirstFrame,
int stackClip) {
....
animation = anim;
// 获得zorder类型,这个类型是通过Animaion.java的setZAdjustment设置的
int zorder = anim.getZAdjustment();
int adj = 0;
// ZORDER_TOP则会+1000，ZORDER_BOTTOM则会-1000
if (zorder == Animation.ZORDER_TOP) {
adj = TYPE_LAYER_OFFSET;
} else if (zorder == Animation.ZORDER_BOTTOM) {
adj = -TYPE_LAYER_OFFSET;
}
if (animLayerAdjustment != adj) {
animLayerAdjustment = adj;
updateLayers();
}
....
}
所以Z序号设置1000的偏移量就是为了这个动画层级属性预留的空间。
