彻底理解Android系统的Window和WindowManager

有时候我们需要在桌面上显示一个类似悬浮窗的东西，这种效果就需要用 Window 来实现，Window 是一个抽象类，表示一个窗口，它的具体实现类是 PhoneWindow，实现位于 WindowManagerService 中。相信看到 WindowManagerService 你会有点眼熟，刚接触 Android 时几乎所有人都看到过这样一张图：

WindowManagerService

WindowManagerService 就是位于 Framework 层的窗口管理服务，它的职责就是管理系统中的所有窗口。窗口的本质是什么呢？其实就是一块显示区域，在 Android 中就是绘制的画布：Surface，当一块 Surface 显示在屏幕上时，就是用户所看到的窗口了。WindowManagerService 添加一个窗口的过程，其实就是 WindowManagerService 为其分配一块 Surface 的过程，一块块的 Surface 在 WindowManagerService 的管理下有序的排列在屏幕上，Android 才得以呈现出多姿多彩的界面。于是根据对 Surface 的操作类型可以将 Android 的显示系统分为三个层次，如下图：

一般的开发过程中，我们操作的是 UI 框架层，对 Window 的操作通过 WindowManager 即可完成，而 WindowManagerService 作为系统级服务运行在一个单独的进程，所以 WindowManager 和 WindowManagerService 的交互是一个 IPC 过程。

Window 分类

Window 有三种类型，分别是应用 Window、子 Window 和系统 Window。应用类 Window 对应一个 Acitivity，子 Window 不能单独存在，需要依附在特定的父 Window 中，比如常见的一些 Dialog 就是一个子 Window。系统 Window是需要声明权限才能创建的 Window，比如 Toast 和系统状态栏都是系统 Window。

Window 是分层的，每个 Window 都有对应的 z-ordered，层级大的会覆盖在层级小的 Window 上面，这和 HTML 中的 z-index 概念是完全一致的。在三种 Window 中，应用 Window 层级范围是 1~99，子 Window 层级范围是 1000~1999，系统 Window 层级范围是 2000~2999，我们可以用一个表格来直观的表示：

这些层级范围对应着 WindowManager.LayoutParams 的 type 参数，如果想要 Window 位于所有 Window 的最顶层，那么采用较大的层级即可，很显然系统 Window 的层级是最大的，当我们采用系统层级时，需要声明权限。

WindowManager 使用

我们对 Window 的操作是通过 WindowManager 来完成的，WindowManager 是一个接口，它继承自只有三个方法的 ViewManager 接口：

public interface ViewManager{
    public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params);
    public void updateViewLayout(View view, ViewGroup.LayoutParams params);
    public void removeView(View view);
}
 

这三个方法其实就是 WindowManager 对外提供的主要功能，即添加 View、更新 View 和删除 View。接下来来看一个通过 WindowManager 添加 Window 的例子，代码如下：

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);

        Button floatingButton = new Button(this);
        floatingButton.setText("button");
        WindowManager.LayoutParams layoutParams = new WindowManager.LayoutParams(
                WindowManager.LayoutParams.WRAP_CONTENT,
                WindowManager.LayoutParams.WRAP_CONTENT,
                0, 0,
                PixelFormat.TRANSPARENT
        );
        // flag 设置 Window 属性
        layoutParams.flags= WindowManager.LayoutParams.FLAG_NOT_TOUCH_MODAL;
        // type 设置 Window 类别（层级）
        layoutParams.type = WindowManager.LayoutParams.TYPE_SYSTEM_OVERLAY;
        layoutParams.gravity = Gravity.CENTER;
        WindowManager windowManager = getWindowManager();
        windowManager.addView(floatingButton, layoutParams);

    }
}
 

代码中并没有调用 Activity 的 setContentView 方法，而是直接通过 WindowManager 添加 Window，其中设置为系统 Window，所以应该添加权限：

 <uses-permission android:name="android.permission.SYSTEM_ALERT_WINDOW"/>

效果如下：

第二个界面是锁屏界面，由于按钮是处于较大层级的系统 Window 中的，所以可以看到 button。

WindowManager 的内部机制

在实际使用中无法直接访问 Window，对 Window 的访问必须通过 WindowManager。WindowManager 提供的三个接口方法 addView、updateViewLayout 以及 removeView 都是针对 View 的，这说明 View 才是 Window 存在的实体，上面例子实现了 Window 的添加，WindowManager 是一个接口，它的真正实现是 WindowManagerImpl 类：

        @Override
        public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params){
            mGlobal.addView(view, params, mDisplay, mParentWindow);
        }

        @Override
        public void updateViewLayout(View view, ViewGroup.LayoutParams params){
            mGlobal.updateViewLayout(view, params);
        }

        @Override
        public void removeView(View view){
            mGlobal.removeView(view, false);
        }
 

可以看到，WindowManagerImpl 并没有直接实现 Window 的三大操作，而是交给了 WindowManagerGlobal 来处理，下面以 addView 为例，分析一下 WindowManagerGlobal 中的实现过程：

1、检查参数合法性，如果是子 Window 做适当调整

if(view == null){
   throw new IllegalArgumentException("view must not be null");
}

if(display == null){
   throw new IllegalArgumentException("display must not be null");
}

if(!(params instanceof WindowManager.LayoutParams)){
   throw new IllegalArgumentException("Params must be WindowManager.LayoutParams");
}

final WindowManager.LayoutParams wparams = (WindowManager.LayoutParams)params;
if(parentWindow != null){
   parentWindow.adjustLayoutParamsForSubWindow(wparams);
}
 

2、创建 ViewRootImpl 并将 View 添加到集合中

在 WindowManagerGlobal 内部有如下几个集合比较重要：

private final ArrayList<View> mViews = new ArrayList<View>();
private final ArrayList<ViewRootImpl> mRoots = new ArrayList<ViewRootImpl>();
private final ArrayList<WindowManager.LayoutParams> mParams = new ArrayList<WindowManager.LayoutParams>();
private final ArraySet<View> mDyingViews = new ArraySet<View>();
 

其中 mViews 存储的是所有 Window 所对应的 View，mRoots 存储的是所有 Window 所对应的 ViewRootImpl，mParams 存储的是所有 Window 所对应的布局参数，mDyingViews 存储了那些正在被删除的 View 对象，或者说是那些已经调用了 removeView 方法但是操作删除还未完成的 Window 对象，可以通过表格直观的表示：

addView 操作时会将相关对象添加到对应集合中：

root = new ViewRootImpl(view.getContext(),display);
view.setLayoutParams(wparams);

mViews.add(view);
mRoots.add(root);
mParams.add(wparams);
 

3、通过 ViewRootImpl 来更新界面并完成 Window 的添加过程

在学习 View 的工作原理时，我们知道 View 的绘制过程是由 ViewRootImpl 来完成的，这里当然也不例外，具体是通过 ViewRootImpl 的 setView 方法来实现的。在 setView 内部会通过 requestLayout 来完成异步刷新请求，如下：

public void requestLayout(){
   if(!mHandingLayoutInLayoutRequest){
       checkThread();
       mLayoutRequested = true;
       scheduleTraversals();
   }
}
 

可以看到 scheduleTraversals 方法是 View 绘制的入口，继续查看它的实现：

res = mWindowSession.addToDisplay(mWindow, mSeq, mWindowAttributes, getHostVisibility(),
          mDisplay.getDisplayId(),mAttachInfo.mContentInsets, mInputChannel);
 

mWindowSession 的类型是 IWindowSession，它是一个 Binder 对象，真正的实现类是 Session，这也就是之前提到的 IPC 调用的位置。在 Session 内部会通过 WindowManagerService 来实现 Window 的添加，代码如下：

public int addToDisplay(IWindow window, int seq, WindowManager.LayoutParams, attrs, int viewVisibility,
                  int displayId, Rect outContentInsets, InputChannel outInputChannel){
   return mService.addWindow(this, window, seq, attrs, viewVisibility, displayId, outContentInsets, outInputChannel);
}
 

终于，Window 的添加请求移交给 WindowManagerService 手上了，在 WindowManagerService 内部会为每一个应用保留一个单独的 Session，具体 Window 在 WindowManagerService 内部是怎么添加的，就不对其进一步的分析，因为到此为止我们对 Window 的添加这一从应用层到 Framework 的流程已经清楚了，下面通过图示总结一下：

理解了 Window 的添加过程，Window 的删除过程和更新过程都是类似的，也就容易理解了，它们最终都会通过一个 IPC 过程将操作移交给 WindowManagerService 这个位于 Framework 层的窗口管理服务来处理。