一、 概述
在Android系統(tǒng)中，從設計的角度來看，窗口管理系統(tǒng)是基于C/S模式的。整個窗口系統(tǒng)分為服務端和客戶端兩大部分，客戶端負責請求創(chuàng)建窗口和使用窗口，服務端完成窗口的維護，窗口顯示等。
在Client端，并不是直接和 WindowManagerService交互，而是直接和本地對象WindowManager交互，然后由WindowManager完成和 WindowManagerService的交互。對于Android應用來說這個交互是透明的，應用不能感知到 WindowManagerService的存在
二、 窗口的定義
在android的應用框架中，窗口主要分為兩種：
第一種是應用窗口：一個activity有一個主窗口，彈出的對話框 也有一個窗口，Menu菜單也是一個窗口。在同一個activity中，主窗口、對話框、Menu窗口之間通過該activity關聯(lián)起來。和應用相關的 窗口表示類是PhoneWindow和Window，PhoneWindow繼承于Window，針對手機屏幕做了一些優(yōu)化工作。PhoneWindow 只是一個窗口封裝類，里面核心的是mDecorView這個變量，mDecorView是一個頂層的View，窗口的添加就是通過調用 getDecorView()獲取到mDecorView并且調用WindowManager.addView()把該View添加到 WindowManager中。
第二種是公共界面的窗口：如最近運行對話框、關機對話框、狀態(tài)欄下拉 欄、鎖屏界面等。這些窗口都是系統(tǒng)級別的窗口，不從屬于任何應用，和activity沒有任何關系。這種窗口沒有任何窗口類來封裝，直接調用 WindowManager.addView()來把一個view添加到WindowManager中。
在應用初始化的時候，會首先生成一個Activity對象，此時該 activity還沒有屬于他的一個窗口。緊接著通過調用attach()函數(shù)，在attach()函數(shù)里面該activity會調用 PolicyManager.makeNewWindow()創(chuàng)建一個新的PhoneWindow，然后在activity的onCreate（）生命周 期里，一般應用都會調用setContentView（）設置該activity的顯示界面。在setContentView()里，框架會自動生成一個 布局，該布局文件包含了如標題欄、ActionBar等元素，最重要的是包含了應用的contentView。這個布局對應的就是PhoneWindow 里面的mDecorView。最后在activity將要顯示出來之前，通過getWindow().getDecorView()獲取到 DecorView，并通過WindowManager.addView()把DecorView添加到WindowManager中。
Activity添加客戶端窗口時序圖
三、 窗口管理
Android的窗關管理是基于C/S模式的，并且使用獨立進程的方 式實現(xiàn)。窗口管理的服務端WindowManagerService運行在獨立的進程system_server里，當應用程序需要創(chuàng)建窗口時，通過進程 通信的方式請求WindowManagerService創(chuàng)建窗口，由WindowManagerService向應用程序傳遞和窗口相關的交互消息。所 有程序的窗口都在服務端管理，窗口的顯示和控制都在WindowManagerService里處理。
WindowManagerService主要完成了以下幾部分功能：
1. 窗口的添加和刪除
2. 窗口的顯示和隱藏控制
3. Z-order順序管理
4. 焦點窗口和焦點應用的管理
5. 輸入法窗口管理和墻紙窗口管理
6. 轉場動畫
7. 系統(tǒng)消息收集和分發(fā)
服務端的實現(xiàn)代碼是在/framework/base/services/java/com/android/server/wm/里，核心的幾個類是：
WindowManagerService.java
WindowState.java
WindowToken.java
AppWindowToken.java
Session.java
InputManager.java
InputMonitor.java
類解釋：
WindowManagerService負責完成窗口的管理工作；
WindowState和客戶端窗口一一對應，應用調用WindowManager.addView()時，最終會在WindowManagerService添加一個WindowState與之一一對應。
WindowToken是一個句柄，保存了所有具有同一個token 的WindowState。應用請求WindowManagerService添加窗口的時候，提供了一個token，該token標識了被添加窗口的歸 屬，WindowManagerService為該token生成一個WindowToken對象，所有token相同的WindowState被關聯(lián)到 同一個WindowToken。如輸入法添加窗口時，會傳遞一個mCurrToken，墻紙服務添加窗口時，會傳遞一個newConn.mToken。
AppWindowToken繼承于WindowToken，專門用 于標識一個Activity。AppWindowToken里的token實際上就是指向了一個Activity。 ActivityManagerService通知應用啟動的時候，在服務端生成一個token用于標識該Activity，并且把該token傳遞到應 用客戶端，客戶端的Activity在申請?zhí)砑哟翱跁r，以該token作為標識傳遞到WindowManagerService。同一個Activity 中的主窗口、對話框窗口、菜單窗口都關聯(lián)到同一個AppWindowToken。
Session表示一個客戶端和服務端的交互會話。一般來說不同的應用通過不同的會話來和WindowManagerService交互，但是處于同一個進程的不同應用通過同一個Session來交互。
InputManager和InputMonitor負責上層的消息分發(fā)功能。
WindowManagerService內部的幾個重要成員變量：
ArrayList<WindowState> mWindows
HashMap<IBinder, WindowState> mWindowMap
ArrayList<WindowToken> mTokenList
ArrayList<AppWindowToken> mAppTokens
mWindows保存了系統(tǒng)中所有的WindowState；
mWindowMap保存了每個WindowState和客戶端窗口的映射關系，客戶端應用請求窗口操作時，通過mWindowMap查詢到對應的WindowState；
mTokenList保存了所有的WindowToken
mAppTokens保存了所有的AppWindowToken
窗口管理服務端主要類圖
一個Activity從啟動到添加窗口的整個流程如下：
ActivityManagerService在接收到啟動 Activity請求時，首先生成一個token作為該Activity的唯一標識。然后調用WindowManagerService向其添加一個 AppWindowToken，此AppWindowToken封裝了Activity的token。接著AMS啟動應用客戶端進程并把token傳遞到 該進程，在客戶端進程里完成Activity的初始化。在Activity的attach()函數(shù)中，Activity完成PhoneWindow的創(chuàng) 建，并且把token傳遞給PhoneWindow。在Activity調用WindowManager.addView()時，在 WindowManager內部會把token和該View關聯(lián)，真正向WindowManagerService申請創(chuàng)建窗口的時候，再把token傳 遞給WindowManagerService。WindowManagerService接收到創(chuàng)建窗口的請求的時候，通過mTokenMap查詢對應 該token的AppWindowToken，如果為空則拋出異常，否則創(chuàng)建一個WindowState并完成初始化工作和其他數(shù)據(jù)結構的調整工作。在這 個過程中，token貫穿了服務端的AMS、WMS和客戶端的Activity、Window。
Activity啟動過程中創(chuàng)建窗口的時序圖
四、 WMS中服務端和客戶端的交互接口和數(shù)據(jù)結構
應用請求創(chuàng)建窗口時，和應用直接交互的是WindowManager 對象。WindowManager只是一個接口，調用addView()創(chuàng)建窗口時正真交互的是WindowManagerImpl對象。 WindowManagerImpl管理單個應用的所有本地窗口。應用調用addView()創(chuàng)建窗口時，WindowManagerImpl會生成一個 ViewRoot對象與之相對應，并且把相應的參數(shù)LayoutParams保存起來。
addView()的執(zhí)行流程如下：
(1) 檢查所添加的窗口是否已經(jīng)添加過，不允許重復添加；
(2) 如果所添加窗口為子窗口類型，找到其父窗口，并保存在內部變量中；
(3) 創(chuàng)建一個新的ViewRoot，并保存對應的View（DecorView）和LayoutParams；
(4) 調用ViewRoot的setView()方法，完成真正意義上的添加工作。
ViewRoot本質上是一個Handler，并且實現(xiàn)了ViewParent接口。ViewRoot的主要功能是：
1. 負責分發(fā)消息事件，如Key、Motion事件等；
2. 負責和WMS的交互，分發(fā)WMS的交互命令；
3. 作為DecorView的parent，對DecorView進行draw、measure、layout等操作；
在addView()的第3、4步完成之后，ViewRoot就全權接管了和WMS的交互工作，DecorView不需要做任何交互動作。ViewRoot和WMS之間的雙向對話，主要是通過以下兩個數(shù)據(jù)結構進行的：
IWindowSession
IWindow
這兩個數(shù)據(jù)結構都是標準的aidl接口，用于進程之間的同步通信。 IWindowSession負責ViewRoot到WMS的單向請求，IWindow則用于WMS回調ViewRoot。在ViewRoot對象內部， 存在著一個IWindowSession的靜態(tài)成員和一個IWindow的非靜態(tài)成員，所以一個進程里只有一個IWindowSession對象，但是可 以有多個IWindow對象。
Window、WindowManager、DecorView、ViewRoot、IWindowSession、IWindowSession、WindowState、WindowManagerService之間的關系可用下圖來表示：
在ViewRoot的構造函數(shù)中，調用 getWindowSession()初始化靜態(tài)成員sWindowSession和非靜態(tài)成員mWindow。在第4步調用setView()方法 時，ViewRoot會調用sWindowSession.add()方法，把IWindow添加到WMS中，WMS就會生成一個WindowState 與之一一對應，并且把IWindow對象保存到WindowState內部作為回調的接口。之后所有WMS的命令，都會通過直接訪問IWindow接口， 以消息的形式分發(fā)到ViewRoot，ViewRoot來完成相應的處理，或對DecorView進行操作，或完成后通過sWindowSession報 告給WMS。
一個窗口從添加到顯示可用以下時序圖表示：
窗口添加過程時序圖
到此為止，整個窗口管理系統(tǒng)整體架構可表示如下：
窗口管理系統(tǒng)整體架構圖
五、 WindowState和Surface
從Client端調用WindowManager的 addView()方法到WMS完成WindowState的初始化，在這整個過程中，只是完成了一個窗口數(shù)據(jù)結構的創(chuàng)建，也就是說，到現(xiàn)在為 止，Client端的窗口和Server端的窗口已經(jīng)建立了一種相對固定的連接關系，并且Client端和Server端之間能夠正常通信，WMS能夠透 明的對Client端的窗口進行操作，同時WMS也能夠接收Client端窗口的命令，對WindowState進行相應的調整。
一個WindowState想要顯示在屏幕上，必須申請一個顯示緩 存，這個顯示緩存的管理和維護是在底層圖形模塊實現(xiàn)的，在java層有一個操作的封裝對象Surface。WindowState申請到Surface對 象之后，會將此Surface對象的相關數(shù)據(jù)拷貝到Client端的ViewRoot中，ViewRoot中也維護了一個Surface對象，實際上這兩 個對象是指向同一塊顯示緩存。ViewRoot有了這塊顯示緩存的引用之后，即可以通過lockCanvas來獲取繪畫畫布，繪制完畢之后通過 unlockAndPostCanvas來將繪制內容刷新到顯示緩存中。也就是說，Client端窗口和Server端窗口共用一個 Surface，Client負責繪制Surface的內容，Server負責控制Surface在屏幕上的大小位置等。
ViewRoot通過IWindowSession的 relayout()接口來向WMS發(fā)送請求命令，包括窗口的顯示和隱藏，窗口的布局信息如位置大小，同時還會接收WMS的處理結果。WMS會根據(jù)屏幕大 小和Client請求的布局參數(shù)來決定窗口最終的布局信息，同時也會根據(jù)Client請求的顯示隱藏命令來返回一個有效的或者無效的Surface對象。 通常一個窗口的顯示過程為：
1. Client請求顯示窗口，并且傳遞布局參數(shù)；
2. WMS根據(jù)布局參數(shù)，申請一個Surface對象并返回給Client；
3. Client對Surface進行繪畫操作，完成后告訴WMS；
4. WMS將Surface顯示在屏幕上，并且進行層級等相應調整；
窗口顯示過程時序圖
一個橫跨Activity、View、ViewRoot、IWindowSession、IWindow、WindowState、WindowManagerService、Surface的整體概念如下如所示：
窗口管理系統(tǒng)完整架構圖