Android Render(一)Activity窗口構(gòu)成和繪制解析

閱讀者三篇Android繪制文章，會讓你對理解Android繪制有幫助：

一、Activity窗口構(gòu)成

這里我們會介紹到Activity、PhoneWindow、DecorView、ViewRootImpl、WindowManagerImpl、WindowManagerGlobal、ActivityThread和Surface，關(guān)于Activity窗口有很多方面可講，我這里只側(cè)重于Activity窗口的Render方面來講解。先來兩張張大家早已經(jīng)爛熟于心的圖：

1-1 Activity啟動流程圖
1-2 Activity構(gòu)成圖

一個Activity的構(gòu)成有，Activity、PhoneWindow、DecorView，再加上DecorView里面的TitleBar和我們填充的content內(nèi)容，這些還Activity構(gòu)成需要的具體類，不是一些輔助類，其實還有ViewRootImpl、WindowManagerImpl、WindowManagerGlobal、ActivityThread這幾個不可見的輔助類，雖然是Activity構(gòu)成可見UI界面沒用到，但是這幾個輔助類都是直接或者間接負(fù)責(zé)了Activity的構(gòu)建和繪制的。下面我按照我的理解來一一介紹這些類的作用和被創(chuàng)建時機，有不對的地方還請大家指正：

  • Activity：一個繼承ContextThemeWrapper的類，繼承自ContextThemeWrapper那么意味著，通過Activity可以訪問當(dāng)前包的資源（getResources、getAssets）和啟動其他組件（Activity、Service、Broadcast）以及得到各種服務(wù)（getSystemService），并且定義了當(dāng)前Activity的Theme主題類型 ，關(guān)于Context的解釋請看：http://www.cnblogs.com/android100/p/Android-Context.html
    并且只有創(chuàng)建了一個Activity才會創(chuàng)建后面的PhoneWindow、DecorView、ViewRootImpl、WindowManagerImpl、和Surface這些類。我這里并沒說ActivityThread類，ActivityThread是Android應(yīng)用的主線程（UI線程），一個應(yīng)用進(jìn)程才有一個UI線程。也沒有說WindowManagerGlobal類，這個類用了幾個數(shù)組管理一個應(yīng)用進(jìn)程內(nèi)所有Activity的DecorView和ViewRootImpl以及WindowManager對應(yīng)關(guān)系的。WindowManagerGlobal是一個單例的類，一個應(yīng)用進(jìn)程內(nèi)也只有一個。但是WindowManagerImpl是每一個Activity都有一個的。Activity是在ActivityThread的performLaunchActivity方法中用ClassLoader類加載器創(chuàng)建出來的。

  • PhoneWindow： 一個繼承于抽象類Window的類，也是Window的唯一實現(xiàn)類。在Activity中PhoneWindow處在頂級位置，但是PhoneWindow是一個不可見的類，PhoneWindow內(nèi)的DecorView才是我們可見的UI布局，但是我們可見的UI布局為啥要包裝一層PhoneWindow列？經(jīng)過我的多次查看源代碼和推敲，我發(fā)現(xiàn)PhoneWindow負(fù)責(zé)了Activity UI界面頂級布局DecorView的創(chuàng)建，PhoneWindow保存了window attributes即窗口布局屬性參數(shù)，保存了與WindowManagerService進(jìn)程通訊的IBinder （取名token）方便去系統(tǒng)WindowManagerService進(jìn)程通訊，并且負(fù)責(zé)了用戶Key和Touch事件的分發(fā)，但是PhoneWindow分發(fā)事件也是交給了DecorView來完成的。除了我們Activity在setContent時PhoneWindow創(chuàng)建了DecorView，好像PhoneWindow并沒有負(fù)責(zé)太多的Render的事件。看源碼確實就是如此??！,其實真正的Render操作都在ViewRootImpl類中。PhoneWindow是在Activity的attach方法中new出來的。

  • WindowManagerImpl： 見名知意，就是管理Window的，在這里就是管理PhoneWindow的，每一個Activity都有一個自己的WindowManagerImpl來管理自己的PhoneWindow，WindowManagerImpl其實是用來管理PhoneWindow里面的DecorView的，也可能是DecorView級別的其他的View，還有就是WindowManagerImpl是用來跟一個App全局的PhoneWindow管理器WindowManagerGlobal通信的，添加、移除和更新DecorView層級的View時WindowManagerImpl會調(diào)用WindowManagerGlobal中的方法來進(jìn)行全局管理。WindowManagerImpl是在Activity的attach方法中new PhoneWindow后調(diào)用mWindow.setWindowManager方法創(chuàng)建的，其內(nèi)部是調(diào)用setWindowManager的createLocalWindowManager方法new出來的。

  • DecorView： 是一個ViewGroup，繼承自FrameLayout，是我們看到的UI界面的頂級容器，DecorView是PhoneWindow的成員。DecorView除了是Activity界面的頂級容器以外，DecorView還是key和touch事件從上向下真正分發(fā)開始的源頭。事件分發(fā)從Activity—》PhoneWindow—》DecorView—》層層向下分發(fā)到我們的界面底層。DecorView其實在很多地方都會創(chuàng)建，PhoneWindow內(nèi)部的getDecorView方法被調(diào)用時，要是內(nèi)部的成員變量mDecor為空的話，就會調(diào)用installDecor()方法去創(chuàng)建一個DecorView，最后new 一個DecorView返回，保證調(diào)用PhoneWindow的getDecorView獲取 DecorView時永遠(yuǎn)不會為空。我看代碼發(fā)現(xiàn)PhoneWindow的DecorView第一次調(diào)用發(fā)生在ActivityThread內(nèi)的handleResumeActivity方法中，handleResumeActivity方法中還有一個很關(guān)鍵的步驟，就是調(diào)用了WindowManagerImpl的addView(DecorView，WindowManager.LayoutParams )方法，進(jìn)去創(chuàng)建了一個跟DecorView關(guān)聯(lián)的ViewRootImpl類。

  • ViewRootImpl:是一個實現(xiàn)了ViewParent接口的final類。我前面說到了，ViewRootImpl主要是負(fù)責(zé)Activity的界面Render繪制的，負(fù)責(zé)整個窗口界面的ViewTree的繪制更新。ViewRootImpl要負(fù)責(zé)DecorView的繪制，那么ViewRootImpl就需要持有當(dāng)前Activity的DecorView的引用，是的，的確如此，前面介紹DecorView的創(chuàng)建的時候我說到了DecorView第一次創(chuàng)建發(fā)生在ActivityThread內(nèi)的handleResumeActivity方法中，handleResumeActivity方法中還有一個很關(guān)鍵的步驟，就是調(diào)用了WindowManagerImpl的addView(DecorView，WindowManager.LayoutParams )方法，進(jìn)去創(chuàng)建了一個跟DecorView關(guān)聯(lián)的ViewRootImpl類。WindowManagerImpl的addView方法其實調(diào)用了WindowManagerGlobal的addView方法，在這個方法中創(chuàng)建了ViewRootImpl，并且在這個方法中調(diào)用了ViewRootImpl的setView方法，使ViewRootImpl持有DecorView的引用。并且把實現(xiàn)了ViewParent接口的自己設(shè)置成了DecorView的Parent。這樣ViewRootImpl就可以肆無忌憚地操作DecorView了。其實我在調(diào)用普通view的invalidate()刷新時，其實是經(jīng)過層層Parent尋找，最終調(diào)用了最頂層的ParentViewRootImpl的invalidate()來判斷和處理每次的UI界面刷新的。

  • Surface：一個實現(xiàn)了Parcelable接口的類，對Parcelable接口不了解的，請看我之前的Binder通信的文章：Android IPC之AIDL看這一篇還不夠。Surface是原始圖像緩沖區(qū)（raw buffer）的一個句柄，而原始圖像緩沖區(qū)是由屏幕圖像合成器（screen compositor）管理的。得到了Surface這個句柄就可以得到其中的Canvas、原生緩沖器以及其它方面的內(nèi)容。所以說Surface是生成Canvas的地方，具體就是調(diào)用lockCanvas方法獲得Canvas。至于Canvas、Paint 和Bitmap的關(guān)系我這里就不講了，后面會有文章來講這個。Surface是ViewRootImpl的一個final成員變量，伴隨ViewRootImpl的創(chuàng)建默認(rèn)就new一個出來了，但是此時的Surface是一個空的，里面是沒有內(nèi)容的。Surface的數(shù)據(jù)填充是要跟WindowManagerService交互的，應(yīng)用進(jìn)程端Binder通知WindowManagerService進(jìn)程端創(chuàng)建一個Surface對象，最后是將WindowManagerService進(jìn)程端的 Surface對象傳遞到應(yīng)用進(jìn)程端并賦值給應(yīng)用進(jìn)程的Surface對象，這樣窗口可以使用Surface來繪制UI了。因為Surface對象要夸進(jìn)程傳遞，所以Surface要實現(xiàn)Parcelable接口。更詳細(xì)的介紹關(guān)于窗口的Surface創(chuàng)建請看老羅的：Android應(yīng)用程序窗口（Activity）的繪圖表面（Surface）的創(chuàng)建過程分析

二、Activity窗口創(chuàng)建流程

上面的名詞介紹其實就是按照窗口的創(chuàng)建流程的順序來講的，但是單單是文字不夠直觀，下面以箭頭加方法名的形式展現(xiàn)一下，源碼分析流程基于Android7.1



/**1*/ ApplicationThread的onTransact方法接收到SystemServer進(jìn)程的SCHEDULE_LAUNCH_ACTIVITY_TRANSACTION啟動Activity的Binder信息
                ↓
/**2*/ ApplicationThread.scheduleLaunchActivity() //
                ↓
/**3*/ ActivityThread.scheduleLaunchActivity() //安排啟動Activity
                ↓
/**4*/ ActivityThread.handleLaunchActivity()  //處理啟動Activity
                ↓
/**5*/ ActivityThread.handleResumeActivity() // Activity 的Resume會使DecorView跟ViewRootImpl關(guān)聯(lián)
                ↓
/**6*/ WindowManagerGlobal.addView() //全局保存窗口的信息
                ↓
/**7*/ ViewRootImpl.setView()  //使DecorView和ViewRootImpl關(guān)聯(lián)并繪制界面
                ↓
/**8*/ ViewRootImpl.requestLayout() //請求繪制ViewTree
                ↓
/**9*/ ViewRootImpl.scheduleTraversals() // 安排遍歷 
                ↓
/**10*/ ViewRootImpl.doTraversal() //
                ↓
/**11*/ ViewRootImpl.performTraversals() //執(zhí)行遍歷 會根據(jù)情況調(diào)用relayoutWindow performMeasure performLayout performDraw 等方法 這四個方法跟繪制是緊密相關(guān)的
                ↓
/**12*/ ViewRootImpl.relayoutWindow() //窗口第一次創(chuàng)建或者是窗口大小有變化并且窗口可見就會調(diào)用此方法 
                ↓
/**13*/ ViewRootImpl.mWindowSession.relayout() //binder通信通知WindowManagerService創(chuàng)建一個跟應(yīng)用端關(guān)聯(lián)的Surface
                ↓
/**14*/ ViewRootImpl調(diào)用performMeasure performLayout performDraw方法繪制UI

其實第五步ActivityThread.handleResumeActivity()方法內(nèi)會調(diào)用到WindowManagerGlobal.addView()方法把窗口繪制完成，緊接著就調(diào)用到了activity.makeVisible()方法，其實就是顯示出DecorView，因為DecorView創(chuàng)建繪制前是被設(shè)置成了INVISIBLE的，Activity中的makeVisible方法就是把繪制完成的DecorView顯示出來了：

    void makeVisible() {
        if (!mWindowAdded) {
            ViewManager wm = getWindowManager();
            wm.addView(mDecor, getWindow().getAttributes());
            mWindowAdded = true;
        }
        mDecor.setVisibility(View.VISIBLE); //把DecorView設(shè)置成可見的
    }

至此我們就看到Activity界面上的UI了。

關(guān)于Activity的繪圖表面（Surface）的創(chuàng)建過程我還想多說一下，以及Surface跟Activity的對應(yīng)關(guān)系。

Surface是ViewRootImpl的一個final成員變量，伴隨ViewRootImpl的創(chuàng)建默認(rèn)就new一個出來了，但是此時的Surface是一個空的，里面是沒有內(nèi)容的。Surface的數(shù)據(jù)填充是要跟WindowManagerService交互的，應(yīng)用進(jìn)程端Binder通知WindowManagerService進(jìn)程端創(chuàng)建一個Surface對象，最后是將WindowManagerService進(jìn)程端的 Surface對象傳遞到應(yīng)用進(jìn)程端并賦值給應(yīng)用進(jìn)程的Surface對象，這樣窗口可以使用Surface來繪制UI了。因為Surface對象要夸進(jìn)程傳遞，所以Surface要實現(xiàn)Parcelable接口。

從Activity窗口創(chuàng)建的流程我們可以知道：

  • 每一個應(yīng)用程序窗口都對應(yīng)有兩個Java層的Surface對象，其中一個是在WindowManagerService服務(wù)這一側(cè)創(chuàng)建的，而另外一個是在應(yīng)用程序進(jìn)程這一側(cè)創(chuàng)建的。

  • 在WindowManagerService服務(wù)這一側(cè)創(chuàng)建的Java層的Surface對象在C++層關(guān)聯(lián)有一個SurfaceControl對象，用來設(shè)置應(yīng)用窗口的屬性，例如，大小和位置等。

  • 在應(yīng)用程序進(jìn)程這一側(cè)創(chuàng)建的ava層的Surface對象在C++層關(guān)聯(lián)有一個Surface對象，用來繪制應(yīng)用程序窗品的UI。

三、Activity窗口組件之間的對應(yīng)關(guān)系

一個設(shè)備有一個WindowManagerService進(jìn)程 有一個SystemServer進(jìn)程

一個App有一個WindowManagerGlobal類 有一個ActivityThread類 有一個ApplicationThread類

一個App可以有很多個Activity

一個 Activity有一個PhoneWindow類

一個PhoneWindow類有一個ViewRootImpl類

一個PhoneWindow類有一個WindowManagerImpl類

一個ViewRootImpl類有一個Surface類 有一個DecorView類

用一張圖表示：


Android設(shè)備構(gòu)成圖

參考文章：
Android應(yīng)用程序窗口（Activity）的繪圖表面（Surface）的創(chuàng)建過程分析
從源碼看invalidate和requestLayout的區(qū)別
Android Render系列規(guī)劃篇
Android應(yīng)用層View繪制流程與源碼分析

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