Android窗口系統(tǒng)第一篇---Window的類型與Z-Order確定

Android的窗口系統(tǒng)是UI架構(gòu)很重要的一部分，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較多，細(xì)節(jié)比較多。本篇文章主要介紹窗口相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和抽象概念理解，關(guān)于[窗口部分的博客]計(jì)劃如下。
１、窗口Z-Order的管理
２、應(yīng)用程序和WMS的聯(lián)系
３、窗口的添加，WindowState的創(chuàng)建
４、Token管理，AppToken
５、窗口大小的計(jì)算
６、啟動(dòng)窗口
７、窗口的切換和動(dòng)畫
８、多窗口，分屏、畫中畫，自由模式的實(shí)現(xiàn)思路
９、View的測量和布局
10、桌面啟動(dòng)流程
11、墻紙流程

本篇文章主要討論窗口類型、坐標(biāo)系統(tǒng)、Z-Order,Z-Order確定跟窗口類型有關(guān)系，先看窗口類型。

一、窗口類型

1.1、Window的類型

Android系統(tǒng)的Window有很多個(gè)，大體上來說，F(xiàn)ramework定義了三種窗口類型；

系統(tǒng)Window
常見的系統(tǒng)Window有哪些呢？比如在手機(jī)電量低的時(shí)候，會(huì)有一個(gè)提示電量低的Window,我們輸入文字的時(shí)候，會(huì)彈出輸入法Window,還有搜索條Window,來電顯示W(wǎng)indow,Toast對(duì)應(yīng)的Window,可以總結(jié)出來，系統(tǒng)Window是獨(dú)立與我們的應(yīng)用程序的，對(duì)于應(yīng)用程序而言，我們理論上是無法創(chuàng)建系統(tǒng)Window，因?yàn)闆]有權(quán)限，這個(gè)權(quán)限只有系統(tǒng)進(jìn)程有。

應(yīng)用程序Window
所謂應(yīng)用窗口指的就是該窗口對(duì)應(yīng)一個(gè)Activity，因此，要?jiǎng)?chuàng)建應(yīng)用窗口就必須在Activity中完成了。本節(jié)后面會(huì)分析Activity對(duì)應(yīng)的Window的創(chuàng)建過程。

子Window
所謂的子Window，是說這個(gè)Window必須要有一個(gè)父窗體，比如PopWindow，Dialog是屬于應(yīng)用程序Window,這個(gè)比較特殊。

每一種窗口類型定義了一種對(duì)應(yīng)的type
應(yīng)用類型的窗口的type范圍是１~99


應(yīng)用類型的窗口

子窗口的type范圍是1000~1999


子窗口

系統(tǒng)的窗口的type范圍是2000以上　


i系統(tǒng)的窗口

系統(tǒng)窗口的type值>子窗口的type值>應(yīng)用類型窗口的type值，一般來說，根據(jù)type值大小關(guān)系，可以推出系統(tǒng)窗口在子窗口的上面，子窗口在應(yīng)用窗口的上面。

二、窗口布局和Z序

窗口的布局一般有兩種，一種是平鋪式的布局，一種是層疊式的布局

平鋪窗口布局

平鋪式的布局設(shè)計(jì)簡單，現(xiàn)在還有一些終端系統(tǒng)仍然是單窗口的平鋪布局，手機(jī)上采用的是層疊式布局，層疊式布局是一個(gè)三維的空間，將手機(jī)的水平方向作為Ｘ軸，豎直方向作為Ｙ軸，還有一根垂直與屏幕從里朝外方向的虛擬的Z軸，所有窗口 (WindowState) 按照順序排列在Ｚ軸上，如下圖。

層疊式布局

２.1、窗口主序的確定

WindowState是WMS中事實(shí)的窗口，而不是Window，WindowState是在WMS的addWindow方法中創(chuàng)建，包含了一個(gè)窗口的所有的屬性，其中一個(gè)屬性為mLayer，表示窗口在Ｚ軸的位置，mLayer值越小，窗口越靠后，mLayer值越大，窗口越靠前，最前面的一個(gè)窗口就作為焦點(diǎn)窗口，可以接收觸摸事件。因?yàn)榇翱诘那袚Q，切換后的Ｚ序(窗口的顯示次序稱為 Z 序)就可能不同，所以mLayer的值不是固定不變的。mLayer是通過WindowState的另一個(gè)成員變量mBaseLayer的值計(jì)算得到，mBaseLayer的值是固定不變的，只和窗口類型有關(guān)。mBaseLayer(稱為主序)是WindowState的構(gòu)造方法中賦值。

mBaseLayer = mPolicy.windowTypeToLayerLw(
                   attachedWindow.mAttrs.type) * WindowManagerService.TYPE_LAYER_MULTIPLIER
                   + WindowManagerService.TYPE_LAYER_OFFSET;

等價(jià)與:mBaseLayer =窗口類型×10000+1000
windowTypeToLayerLw根據(jù)窗口的類型type，返回2開始的整數(shù)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;

可以看到系統(tǒng)中的窗口種類比較多，case個(gè)數(shù)都到31了。比如應(yīng)用程序的窗口是２，電話類型的窗口是３，Toast窗口是８...，因?yàn)橄到y(tǒng)中同類型的窗口比較多，所以對(duì)返回的整數(shù)值乘以10000(WindowManagerService.TYPE_LAYER_MULTIPLIER)，在加上1000(WindowManagerService.TYPE_LAYER_OFFSET)，相當(dāng)把Ｚ軸劃分成了31個(gè)值域，不同類型的窗口的Z軸位置都是處于兩個(gè)不相交的值域之中，互相不打擾。OK，通過mBaseLayer，我們知道了窗口是如何排序的，一個(gè)窗口有可能需要依附在一個(gè)父窗口上，作為一個(gè)子窗口，所以除了主序的概念外，還有子序。

２.２、窗口子序的確定

SubLayer(稱為子序)，SubLayer值是用來描述一個(gè)窗口是否屬于另外一個(gè)窗口的子窗口，或者說SubLayer值是用來確定子窗口和父窗口之間的相對(duì)位置的。

SubLayer.png

一個(gè)Activity中有三個(gè)子窗口WindowState1、WindowState２、WindowState３，WindowState1WindowState２在窗口Ａ的前面，WindowState３在Ａ的后面，這幾個(gè)兄弟窗口為什么可以這樣排序呢，這就是mSubLayer的作用，子序越大，則相對(duì)其他兄弟窗口越靠前，反之，越靠后，如果為負(fù)數(shù)，就處在父窗口的后面，如窗口Ａ中的WindowState3，子序是根據(jù)窗口類型調(diào)用subWindowTypeToLayerLw確定的，subWindowTypeToLayerLw同樣是在Window的構(gòu)造方法中調(diào)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;
   }

相對(duì)與主序的確定，子序是非常簡單了，但是，假設(shè)系統(tǒng)中有個(gè)應(yīng)用程序現(xiàn)在有５個(gè)窗口，全部都是應(yīng)用類型的窗口，按照上面的規(guī)則，計(jì)算出來的主序應(yīng)該相同，如何排序？ 這就需要WMS進(jìn)行后期的調(diào)整。

2.３、窗口Z序的調(diào)整

當(dāng)WindowState創(chuàng)建完成，并且被添加到WMS維持的數(shù)組里面后，就需要調(diào)用WindowLayersController的assignLayersLocked(windows)，進(jìn)行Z序的調(diào)整。

//參數(shù)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;
      //遍歷窗口列表，上面通過Z序的計(jì)算公式計(jì)算出來的Z序值保存在WindowState的變量mBaseLayer
       中，這個(gè)循環(huán)的意思是，遇到同類型的窗口，后一個(gè)窗口在前一個(gè)窗口的基礎(chǔ)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;
           }
          // 更新該窗口的mAnimLayer，也就是動(dòng)畫顯示時(shí)，該窗口的層級(jí)
           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;
           }

　　　　　// 將當(dāng)前應(yīng)用窗口的最高顯示層級(jí)記錄在mHighestApplicationLayer中
           if (w.mAppToken != null) {
               mHighestApplicationLayer = Math.max(mHighestApplicationLayer,
                       w.mWinAnimator.mAnimLayer);
           }
        　 //  對(duì)于分屏等相關(guān)的窗口，它們的顯示層級(jí)需要再次處理
           collectSpecialWindows(w);

           if (layerChanged) {
               w.scheduleAnimationIfDimming();
           }
       }

　　　　// 調(diào)整特殊窗口的層級(jí)
       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);
   }

經(jīng)過調(diào)整之后，同類型的窗口的Z序值就不同了。

3、窗口Ｚ序的深入理解

１、Layer值為何乘以１萬?

Layer的計(jì)算公式為：

　　 mBaseLayer = mPolicy.windowTypeToLayerLw(a.type)  * WindowManagerService.TYPE_LAYER_MULTIPLIER   + WindowManagerService.TYPE_LAYER_OFFSET; 

等價(jià)與:mBaseLayer =窗口類型×10000+1000

其中TYPE_LAYER_MULTIPLIER和TYPE_LAYER_OFFSET在WMS的聲明如下，

/** 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的構(gòu)造中計(jì)算的，子窗口和一般窗口計(jì)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.  
　　　　//使用依附窗口的類型 
   mBaseLayer = mPolicy.windowTypeToLayerLw(attachedWindow.mAttrs.type) * WindowManagerService.TYPE_LAYER_MULTIPLIER  
           + WindowManagerService.TYPE_LAYER_OFFSET;  
   mSubLayer = mPolicy.subWindowTypeToLayerLw(a.type);//計(jì)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值為什么要乘以10000萬呢？PhoneWindowManager對(duì)象mPolicy的成員函數(shù)windowTypeToLayerLw的返回值并且不是一個(gè)窗口的最終的BaseLayer值，而是要將它的返回值乘以一個(gè)常量TYPE_LAYER_MULTIPLIER（10000），再加上另外一個(gè)常量TYPE_LAYER_OFFSET（1000）之后，才得到最終的BaseLayer值。這是因?yàn)橄嗤愋偷拇翱诘腪軸位置都是有著相同的值域，而不同類型的窗口的Z軸位置都是處于兩個(gè)不相交的值域。例如，假設(shè)有兩種不同類型的窗口，它們的Z軸位置的值域分別為[a, b]和[c, d]，那么[a, b]和[c, d]的交集一定等于空。又由于每一種類型的窗口的數(shù)量是不確定的，因此，WindowManagerService服務(wù)就需要為每一種類型的窗口都預(yù)留一個(gè)范圍足夠大的值域，以便可以滿足要求。

２、Z序調(diào)整為何加５而不加其他數(shù)字

Ｚ序的調(diào)整是在WindowLayersController的assignLayersLocked方法實(shí)現(xiàn)的。所謂的調(diào)整就是遍歷窗口列表，如果窗口的mBaseLayer和前一個(gè)相同、或者是輸入法和壁紙窗口就加上常量值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的聲明如下

/** How much to increment the layer for each window, to reserve room
 * for effect surfaces between them.
 */
static final int WINDOW_LAYER_MULTIPLIER = 5;

意思為在每個(gè)窗口層之間預(yù)留空間。加上5之后，在同層的窗口中每隔一個(gè)窗口就留下4個(gè)空位， 如果加上１，按道理來說也行，為了搞清楚為什么加５，我給google維護(hù)窗口系統(tǒng)的工程師發(fā)了一封郵件。

google-mail.png

但是很遺憾，一直沒有收到回信，但是應(yīng)該可以確定，這里加１也是可以的，同樣可以使得同類型的窗口的Ｚ序不同，WINDOW_LAYER_MULTIPLIER這個(gè)值從Android2.3版本就是等于５，所以這里WINDOW_LAYER_MULTIPLIER為５并沒有什么特殊的含義。

３、Layer值為何乘以１萬以后為什么還要加上1000?

窗口在打開或者關(guān)閉的時(shí)候，為了不那么突兀，都會(huì)設(shè)置一個(gè)動(dòng)畫，

 /** 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;
 // 獲得zorder類型,這個(gè)類型是通過Animaion.java的setZAdjustment設(shè)置的
       int zorder = anim.getZAdjustment();
       int adj = 0;
      // ZORDER_TOP則會(huì)+1000，ZORDER_BOTTOM則會(huì)-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序號(hào)設(shè)置1000的偏移量就是為了這個(gè)動(dòng)畫層級(jí)屬性預(yù)留的空間。

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