- Android框架层
- Android系统服务
- WindowManagerService
- Android框架层
本文首发于微信公众号「后厂技术官」
前言
此前我用多篇文章介绍了WindowManager，这个系列我们来介绍WindowManager的管理者WMS，首先我们先来学习WMS是如何产生的。本文源码基于Android 8.0，与Android 7.1.2相比有一个比较直观的变化就是Java FrameWork采用了Lambda表达式。
<!--more-->1.WMS概述
WMS是系统的其他服务，无论对于应用开发还是Framework开发都是重点的知识，它的职责有很多，主要有以下几点：
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有DisplayContent、WindowToken和WindowState。
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。
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，因此，WMS“理所应当”的成为了输入系统的中转站。
Surface管理
窗口并不具备有绘制的功能，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是由WMS来完成的。
WMS的职责可以简单总结为下图。
2.WMS的诞生
WMS的知识点非常多，在了解这些知识点前，我们十分有必要知道WMS是如何产生的。WMS是在SyetemServer进程中启动的，不了解SyetemServer进程的可以查看在Android系统启动流程（三）解析SyetemServer进程启动过程这篇文章。 先来查看SyetemServer的main方法： frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
1public static void main(String[] args) { 2 new SystemServer().run(); 3}
main方法中只调用了SystemServer的run方法，如下所示。 frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
1 private void run() { 2 try { 3 System.loadLibrary("android_servers");//1 4 ... 5 mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext);//2 6 mSystemServiceManager.setRuntimeRestarted(mRuntimeRestart); 7 LocalServices.addService(SystemServiceManager.class, mSystemServiceManager); 8 // Prepare the thread pool for init tasks that can be parallelized 9 SystemServerInitThreadPool.get(); 10 } finally { 11 traceEnd(); // InitBeforeStartServices 12 } 13 try { 14 traceBeginAndSlog("StartServices"); 15 startBootstrapServices();//3 16 startCoreServices();//4 17 startOtherServices();//5 18 SystemServerInitThreadPool.shutdown(); 19 } catch (Throwable ex) { 20 Slog.e("System", "******************************************"); 21 Slog.e("System", "************ Failure starting system services", ex); 22 throw ex; 23 } finally { 24 traceEnd(); 25 } 26 ... 27 }
run方法代码很多，这里截取了关键的部分，在注释1处加载了libandroid_servers.so。在注释2处创建SystemServiceManager，它会对系统的服务进行创建、启动和生命周期管理。接下来的代码会启动系统的各种服务，在注释3中的startBootstrapServices方法中用SystemServiceManager启动了ActivityManagerService、PowerManagerService、PackageManagerService等服务。在注释4处的方法中则启动了BatteryService、UsageStatsService和WebViewUpdateService。注释5处的startOtherServices方法中则启动了CameraService、AlarmManagerService、VrManagerService等服务，这些服务的父类为SystemService。从注释3、4、5的方法名称可以看出，官方把大概100多个系统服务分为了三种类型，分别是引导服务、核心服务和其他服务，其中其他服务为一些非紧要和一些不需要立即启动的服务，WMS就是其他服务的一种。 我们来查看startOtherServices方法是如何启动WMS的：
frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
1 private void startOtherServices() { 2 ... 3 traceBeginAndSlog("InitWatchdog"); 4 final Watchdog watchdog = Watchdog.getInstance();//1 5 watchdog.init(context, mActivityManagerService);//2 6 traceEnd(); 7 traceBeginAndSlog("StartInputManagerService"); 8 inputManager = new InputManagerService(context);//3 9 traceEnd(); 10 traceBeginAndSlog("StartWindowManagerService"); 11 ConcurrentUtils.waitForFutureNoInterrupt(mSensorServiceStart, START_SENSOR_SERVICE); 12 mSensorServiceStart = null; 13 wm = WindowManagerService.main(context, inputManager, 14 mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL, 15 !mFirstBoot, mOnlyCore, new PhoneWindowManager());//4 16 ServiceManager.addService(Context.WINDOW_SERVICE, wm);//5 17 ServiceManager.addService(Context.INPUT_SERVICE, inputManager);//6 18 traceEnd(); 19 ... 20 try { 21 wm.displayReady();//7 22 } catch (Throwable e) { 23 reportWtf("making display ready", e); 24 } 25 ... 26 try { 27 wm.systemReady();//8 28 } catch (Throwable e) { 29 reportWtf("making Window Manager Service ready", e); 30 } 31 ... 32}
startOtherServices方法用于启动其他服务，其他服务大概有70多个，上面的代码只列出了WMS以及和它相关的IMS的启动逻辑，剩余的其他服务的启动逻辑也都大同小异。 在注释1、2处分别得到Watchdog实例并对它进行初始化，Watchdog用来监控系统的一些关键服务的运行状况，后文会再次提到它。在注释3处创建了IMS，并赋值给IMS类型的inputManager对象。注释4处执行了WMS的main方法，其内部会创建WMS，需要注意的是main方法其中一个传入的参数就是注释1处创建的IMS，WMS是输入事件的中转站，其内部包含了IMS引用并不意外。结合上文，我们可以得知WMS的main方法是运行在SystemServer的run方法中，换句话说就是运行在"system_server"线程”中，后面会再次提到"system_server"线程。 注释5和注释6处分别将WMS和IMS注册到ServiceManager中，这样如果某个客户端想要使用WMS，就需要先去ServiceManager中查询信息，然后根据信息与WMS所在的进程建立通信通路，客户端就可以使用WMS了。注释7处用来初始化显示信息，注释8处则用来通知WMS，系统的初始化工作已经完成，其内部调用了WindowManagerPolicy的systemReady方法。 我们来查看注释4处WMS的main方法，如下所示。 frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService .java
1 public static WindowManagerService main(final Context context, final InputManagerService im, 2 final boolean haveInputMethods, final boolean showBootMsgs, final boolean onlyCore, 3 WindowManagerPolicy policy) { 4 DisplayThread.getHandler().runWithScissors(() ->//1 5 sInstance = new WindowManagerService(context, im, haveInputMethods, showBootMsgs, 6 onlyCore, policy), 0); 7 return sInstance; 8 }
在注释1处调用了DisplayThread的getHandler方法，用来得到DisplayThread的Handler实例。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。注释1处的runWithScissors方法中使用了Java8中的Lambda表达式，它等价于如下代码：
1 DisplayThread.getHandler().runWithScissors(new Runnable() { 2 @Override 3 public void run() { 4 sInstance = new WindowManagerService(context, im, haveInputMethods, showBootMsgs, 5 onlyCore, policy);//2 6 } 7 }, 0);
在注释2处创建了WMS的实例，这个过程运行在Runnable的run方法中，而Runnable则传入到了DisplayThread对应Handler的runWithScissors方法中，说明WMS的创建是运行在“android.display”线程中。需要注意的是，runWithScissors方法的第二个参数传入的是0，后面会提到。来查看Handler的runWithScissors方法里做了什么：
frameworks/base/core/java/android/os/Handler.java
1 public final boolean runWithScissors(final Runnable r, long timeout) { 2 if (r == null) { 3 throw new IllegalArgumentException("runnable must not be null"); 4 } 5 if (timeout < 0) { 6 throw new IllegalArgumentException("timeout must be non-negative"); 7 } 8 if (Looper.myLooper() == mLooper) {//1 9 r.run(); 10 return true; 11 } 12 BlockingRunnable br = new BlockingRunnable(r); 13 return br.postAndWait(this, timeout); 14 }
开头对传入的Runnable和timeout进行了判断，如果Runnable为null或者timeout小于0则抛出异常。注释1处根据每个线程只有一个Looper的原理来判断当前的线程（"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，如果不是则调用BlockingRunnable的postAndWait方法，并将当前线程的Runnable作为参数传进去 ，BlockingRunnable是Handler的内部类，代码如下所示。 frameworks/base/core/java/android/os/Handler.java
1private static final class BlockingRunnable implements Runnable { 2 private final Runnable mTask; 3 private boolean mDone; 4 public BlockingRunnable(Runnable task) { 5 mTask = task; 6 } 7 @Override 8 public void run() { 9 try { 10 mTask.run();//1 11 } finally { 12 synchronized (this) { 13 mDone = true; 14 notifyAll(); 15 } 16 } 17 } 18 public boolean postAndWait(Handler handler, long timeout) { 19 if (!handler.post(this)) {//2 20 return false; 21 } 22 synchronized (this) { 23 if (timeout > 0) { 24 final long expirationTime = SystemClock.uptimeMillis() + timeout; 25 while (!mDone) { 26 long delay = expirationTime - SystemClock.uptimeMillis(); 27 if (delay <= 0) { 28 return false; // timeout 29 } 30 try { 31 wait(delay); 32 } catch (InterruptedException ex) { 33 } 34 } 35 } else { 36 while (!mDone) { 37 try { 38 wait();//3 39 } catch (InterruptedException ex) { 40 } 41 } 42 } 43 } 44 return true; 45 } 46 }
注释2处将当前的BlockingRunnable添加到Handler的任务队列中。前面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，那么等待的是哪个线程呢？我们往上看，注释1处，执行了传入的Runnable的run方法（运行在"android.display"线程），执行完毕后在finally代码块中将mDone设置为true，并调用notifyAll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。因此得出结论，"system_server"线程线程等待的就是"android.display"线程，一直到"android.display"线程执行完毕再执行"system_server"线程，这是因为"android.display"线程内部执行了WMS的创建，显然WMS的创建优先级更高些。 WMS的创建就讲到这，最后我们来查看WMS的构造方法：
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService .java
1 private WindowManagerService(Context context, InputManagerService inputManager, 2 boolean haveInputMethods, boolean showBootMsgs, boolean onlyCore, WindowManagerPolicy policy) { 3 ... 4 mInputManager = inputManager;//1 5 ... 6 mDisplayManager = (DisplayManager)context.getSystemService(Context.DISPLAY_SERVICE); 7 mDisplays = mDisplayManager.getDisplays();//2 8 for (Display display : mDisplays) { 9 createDisplayContentLocked(display);//3 10 } 11 ... 12 mActivityManager = ActivityManager.getService();//4 13 ... 14 mAnimator = new WindowAnimator(this);//5 15 mAllowTheaterModeWakeFromLayout = context.getResources().getBoolean( 16 com.android.internal.R.bool.config_allowTheaterModeWakeFromWindowLayout); 17 LocalServices.addService(WindowManagerInternal.class, new LocalService()); 18 initPolicy();//6 19 // Add ourself to the Watchdog monitors. 20 Watchdog.getInstance().addMonitor(this);//7 21 ... 22 }
注释1处用来保存传进来的IMS，这样WMS就持有了IMS的引用。注释2处通过DisplayManager的getDisplays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，在注释3处的createDisplayContentLocked方法会将Display封装成DisplayContent，DisplayContent用来描述一快屏幕。 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处创建了WindowAnimator，它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处将自身也就是WMS通过addMonitor方法添加到Watchdog中，Watchdog用来监控系统的一些关键服务的运行状况（比如传入的WMS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，则会杀死Watchdog所在的进程，也就是SystemServer进程。
查看注释6处的initPolicy方法，如下所示。 frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService.java
1 private void initPolicy() { 2 UiThread.getHandler().runWithScissors(new Runnable() { 3 @Override 4 public void run() { 5 WindowManagerPolicyThread.set(Thread.currentThread(), Looper.myLooper()); 6 mPolicy.init(mContext, WindowManagerService.this, WindowManagerService.this);//1 7 } 8 }, 0); 9 }
initPolicy方法和此前讲的WMS的main方法的实现类似，注释1处执行了WMP的init方法，WMP是一个接口，init方法的具体实现在PhoneWindowManager（PWM）中。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。
在本文中共提到了3个线程，分别是"system_server"、"android.display"和"android.ui"，为了便于理解，下面给出这三个线程之间的关系。
"system_server"线程中会调用WMS的main方法，main方法中会创建WMS，创建WMS的过程运行在"android.display"线程中，它的优先级更高一些，因此要等创建WMS完毕后才会唤醒处于等待状态的"system_server"线程。 WMS初始化时会执行initPolicy方法，initPolicy方法会调用PWM的init方法，这个init方法运行在"android.ui"线程，并且优先级更高，因此要先执行完PWM的init方法后，才会唤醒处于等待状态的"android.display"线程。 PWM的init方法执行完毕后会接着执行运行在"system_server"线程的代码，比如本文前部分提到WMS的 systemReady方法。
参考资料 《深入理解Android内核设计思想》第二版 《深入理解Android：卷III》 WMS—启动过程 Android Watchdog源码简析--Based on Android 6.0.1 Watchdog实现分析