Android Framework底層原理之WMS的啟動流程

一概述

今天，我們介紹 WindowManagerService（后續簡稱 WMS）的啟動流程，WMS 是 Android 系統中，負責窗口顯示的的服務。在 Android 中它也起著承上啟下的作用。

如下圖，就是《深入理解 Android》書籍中的一張圖。

圖中展示了，WMS 在 Android 系統的地位，它作為中間層，連接了上層的 View 框架和下層的 SurfaceFingler。了解了 WMS 的工作機制，我們就徹底打通了上層 VIew 到底層 Surface，甚至到顯示器如何顯示的邏輯。

接下來，我們依舊從 WMS 的啟動開始，來看 WMS 是如何啟動的。

二從 SystemServer 開始

2.1 startOtherServices

[frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java]
private void startOtherServices(@NonNull TimingsTraceAndSlog t) {WindowManagerService wm = null;// 這里傳入的 PhoneWindowManager 就是 WMS 中的 WindowManagerPolicywm = WindowManagerService.main(context, inputManager, !mFirstBoot, mOnlyCore,new PhoneWindowManager(), mActivityManagerService.mActivityTaskManager);ServiceManager.addService(Context.WINDOW_SERVICE, wm, /* allowIsolated= */ false,DUMP_FLAG_PRIORITY_CRITICAL | DUMP_FLAG_PROTO);// 將 WMS 設置到 AMS 中mActivityManagerService.setWindowManager(wm);wm.onInitReady();...try {wm.displayReady();} catch (Throwable e) {reportWtf("making display ready", e);}...try {wm.systemReady();} catch (Throwable e) {reportWtf("making Window Manager Service ready", e);}...// 更新上下文中，關于顯示窗口相關的屬性final Configuration config = wm.computeNewConfiguration(DEFAULT_DISPLAY);DisplayMetrics metrics = new DisplayMetrics();context.getDisplay().getMetrics(metrics);context.getResources().updateConfiguration(config, metrics);}

和 AMS 不同的是，WMS 的啟動是在 SystemServer 的 startOtherServices 中，啟動過程依舊是我們之前提過的構造、注冊，只是少了 onStart 這個步驟。

并且，在 WMS 啟動之后，還會陸續調用一些其他的函數

onInitReady
displayReady
systemReady
updateConfiguration

接下來，我們會根據 WMS 啟動過程中調用的函數，以此查看它們具體的實現原理。

從 AMS 和 WMS 的啟動，我們可以看出來，它們都是隸屬于 SystemServer 進程的，根據之前我們對應用和 AMS 的了解，也經常看到它們交互的流程中，有 WMS 的身影，所以雖然說是應用和 AMS，WMS 的通信，實際上就是應用和 SystemServer 進程的通信。

2.2 main

[frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService.java]
public static WindowManagerService main(final Context context, final InputManagerService im,final boolean showBootMsgs, final boolean onlyCore, WindowManagerPolicy policy,ActivityTaskManagerService atm) {return main(context, im, showBootMsgs, onlyCore, policy, atm,new DisplayWindowSettingsProvider(), SurfaceControl.Transaction::new, Surface::new,SurfaceControl.Builder::new);
}public static WindowManagerService main(final Context context, final InputManagerService im,final boolean showBootMsgs, final boolean onlyCore, WindowManagerPolicy policy,ActivityTaskManagerService atm, DisplayWindowSettingsProviderdisplayWindowSettingsProvider, Supplier<SurfaceControl.Transaction> transactionFactory,Supplier<Surface> surfaceFactory,Function<SurfaceSession, SurfaceControl.Builder> surfaceControlFactory) {DisplayThread.getHandler().runWithScissors(() ->sInstance = new WindowManagerService(context, im, showBootMsgs, onlyCore, policy,atm, displayWindowSettingsProvider, transactionFactory, surfaceFactory,surfaceControlFactory), 0);return sInstance;
}

在 WMS 的 main 函數中主要做了兩件事

創建了一個 WMS 對象
將這個 WMS 對象傳遞給了 DisplayThread

我們首先看這個 WMS 對象的構造函數

三 WindowManagerService

3.1 WMS 的構造函數

private WindowManagerService(Context context, InputManagerService inputManager,boolean showBootMsgs, boolean onlyCore, WindowManagerPolicy policy,ActivityTaskManagerService atm, DisplayWindowSettingsProviderdisplayWindowSettingsProvider, Supplier<SurfaceControl.Transaction> transactionFactory,Supplier<Surface> surfaceFactory,Function<SurfaceSession, SurfaceControl.Builder> surfaceControlFactory) {installLock(this, INDEX_WINDOW);// ActivityTaskManagerServicemGlobalLock = atm.getGlobalLock();mAtmService = atm;mContext = context;mIsPc = mContext.getPackageManager().hasSystemFeature(FEATURE_PC);mAllowBootMessages = showBootMsgs;...// 輸入法管理mInputManager = inputManager; // Must be before createDisplayContentLocked.// 顯示管理mDisplayManagerInternal = LocalServices.getService(DisplayManagerInternal.class);// Surface 圖像相關mSurfaceControlFactory = surfaceControlFactory;mTransactionFactory = transactionFactory;mSurfaceFactory = surfaceFactory;mTransaction = mTransactionFactory.get();mPolicy = policy;// 窗口動畫mAnimator = new WindowAnimator(this);// 根窗口容器mRoot = new RootWindowContainer(this);final ContentResolver resolver = context.getContentResolver();mUseBLAST = Settings.Global.getInt(resolver,Settings.Global.DEVELOPMENT_USE_BLAST_ADAPTER_VR, 1) == 1;mSyncEngine = new BLASTSyncEngine(this);mWindowPlacerLocked = new WindowSurfacePlacer(this);mTaskSnapshotController = new TaskSnapshotController(this);mWindowTracing = WindowTracing.createDefaultAndStartLooper(this,Choreographer.getInstance());LocalServices.addService(WindowManagerPolicy.class, mPolicy);mDisplayManager = (DisplayManager)context.getSystemService(Context.DISPLAY_SERVICE);mKeyguardDisableHandler = KeyguardDisableHandler.create(mContext, mPolicy, mH);mPowerManager = (PowerManager)context.getSystemService(Context.POWER_SERVICE);mPowerManagerInternal = LocalServices.getService(PowerManagerInternal.class);if (mPowerManagerInternal != null) {mPowerManagerInternal.registerLowPowerModeObserver(new PowerManagerInternal.LowPowerModeListener() {@Overridepublic int getServiceType() {return ServiceType.ANIMATION;}@Overridepublic void onLowPowerModeChanged(PowerSaveState result) {synchronized (mGlobalLock) {final boolean enabled = result.batterySaverEnabled;if (mAnimationsDisabled != enabled && !mAllowAnimationsInLowPowerMode) {mAnimationsDisabled = enabled;dispatchNewAnimatorScaleLocked(null);}}}});mAnimationsDisabled = mPowerManagerInternal.getLowPowerState(ServiceType.ANIMATION).batterySaverEnabled;}mScreenFrozenLock = mPowerManager.newWakeLock(PowerManager.PARTIAL_WAKE_LOCK, "SCREEN_FROZEN");mScreenFrozenLock.setReferenceCounted(false);mDisplayNotificationController = new DisplayWindowListenerController(this);// AMS 相關mActivityManager = ActivityManager.getService();mActivityTaskManager = ActivityTaskManager.getService();mAmInternal = LocalServices.getService(ActivityManagerInternal.class);mAtmInternal = LocalServices.getService(ActivityTaskManagerInternal.class);... 
}

WMS 的構造函數的代碼非常長，其中有包含各種服務，我們這里只關注和我們應用 Activity 相關的，還有和顯示相關的窗口容器 RootWindowContainer，還有和刷新相關的 Surface。

3.2 runWithScissors

另外，在 main 函數中，還調用了一個 runWithScissors，這個函數是 Handler 中定義的函數，這里我們簡單看一下。

public final boolean runWithScissors(@NonNull Runnable r, long timeout) {if (r == null) {throw new IllegalArgumentException("runnable must not be null");}if (timeout < 0) {throw new IllegalArgumentException("timeout must be non-negative");}if (Looper.myLooper() == mLooper) {r.run();return true;}BlockingRunnable br = new BlockingRunnable(r);return br.postAndWait(this, timeout);
}

runWithScissors 是 Handler 中的函數，用一句話概括就是，如果發送消息的線程與 Handler 處理的線程相同，就直接調用。如果不同，就阻塞調用。

3.3 onInitReady

public void onInitReady() {initPolicy();// Add ourself to the Watchdog monitors.Watchdog.getInstance().addMonitor(this);createWatermark();showEmulatorDisplayOverlayIfNeeded();
}

3.4 initPolicy

private void initPolicy() {UiThread.getHandler().runWithScissors(new Runnable() {@Overridepublic void run() {WindowManagerPolicyThread.set(Thread.currentThread(), Looper.myLooper());// mPolicy 其實就是 PhoneWindowManager【5.1】mPolicy.init(mContext, WindowManagerService.this, WindowManagerService.this);}}, 0);
}

mPolicy 其實是 PhoneWindowManager，runWithScissors 前面介紹過了，如果是當前線程，就直接運行，如果不是當前線程，就阻塞運行。

所以這里是在 android.ui 線程中，運行 mPolicy 的初始化邏輯。

3.5 createWatermark

void createWatermark() {if (mWatermark != null) {return;}File file = new File("/system/etc/setup.conf");FileInputStream in = null;DataInputStream ind = null;try {in = new FileInputStream(file);ind = new DataInputStream(in);String line = ind.readLine();if (line != null) {String[] toks = line.split("%");if (toks != null && toks.length > 0) {// TODO(multi-display): Show watermarks on secondary displays.final DisplayContent displayContent = getDefaultDisplayContentLocked();mWatermark = new Watermark(displayContent, displayContent.mRealDisplayMetrics,toks, mTransaction);mTransaction.apply();}}} ...
}

createWatermark 創建系統水印（只能顯示文字）。

3.6 displayReady

[frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService.java]
public void displayReady() {synchronized (mGlobalLock) {if (mMaxUiWidth > 0) {mRoot.forAllDisplays(displayContent -> displayContent.setMaxUiWidth(mMaxUiWidth));}applyForcedPropertiesForDefaultDisplay();mAnimator.ready();mDisplayReady = true;// createWatermark重新配置所有顯示器大小mRoot.forAllDisplays(DisplayContent::reconfigureDisplayLocked);// 是否觸屏mIsTouchDevice = mContext.getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_TOUCHSCREEN);mIsFakeTouchDevice = mContext.getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_FAKETOUCH);}try {// ATMSmActivityTaskManager.updateConfiguration(null);} catch (RemoteException e) {}
}

displayReady 就是初始化顯示器大小。

3.7 systemReady

[frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService.java]
public void systemReady() {mSystemReady = true;// 調用 PhoneWindowManager 的 systemReadymPolicy.systemReady();// 調用 DisplayPolicy 的 systemReadymRoot.forAllDisplayPolicies(DisplayPolicy::systemReady);// 調用 TaskSnapshotController 的 systemReadymTaskSnapshotController.systemReady();mHasWideColorGamutSupport = queryWideColorGamutSupport();mHasHdrSupport = queryHdrSupport();// 加載系統設置UiThread.getHandler().post(mSettingsObserver::loadSettings);// VRIVrManager vrManager = IVrManager.Stub.asInterface(ServiceManager.getService(Context.VR_SERVICE));if (vrManager != null) {try {final boolean vrModeEnabled = vrManager.getVrModeState();synchronized (mGlobalLock) {vrManager.registerListener(mVrStateCallbacks);if (vrModeEnabled) {mVrModeEnabled = vrModeEnabled;mVrStateCallbacks.onVrStateChanged(vrModeEnabled);}}} catch (RemoteException e) {// Ignore, we cannot do anything if we failed to register VR mode listener}}
}

3.8 computeNewConfiguration

public Configuration computeNewConfiguration(int displayId) {synchronized (mGlobalLock) {return computeNewConfigurationLocked(displayId);}
}

3.9 computeNewConfigurationLocked

private Configuration computeNewConfigurationLocked(int displayId) {if (!mDisplayReady) {return null;}final Configuration config = new Configuration();final DisplayContent displayContent = mRoot.getDisplayContent(displayId);displayContent.computeScreenConfiguration(config);return config;
}

displayId 表示的是顯示設備的 id，這兩段代碼，就是通過 mRoot（RootWindowContainer）獲取顯示指定設備的 DisplayContent。說人話就是，通過顯示器的 id，獲取顯示器對應的實例類 DisplayContent。

四 DisplayThread

[frameworks/base/services/core/java/com/android/server/DisplayThread.java]
public final class DisplayThread extends ServiceThread {private static DisplayThread sInstance;private static Handler sHandler;private DisplayThread() {// DisplayThread 運行重要的東西，但 AnimationThread 更重要。因此，優先級設置為 THREAD_PRIORITY_DISPLAY + 1// THREAD_PRIORITY_DISPLAY 的值為 -4，super("android.display", Process.THREAD_PRIORITY_DISPLAY + 1, false /*allowIo*/);}

DisplayThread 就是 Android 中的 android.display 線程，它的優先級為 THREAD_PRIORITY_DISPLAY + 1，THREAD_PRIORITY_DISPLAY 值為 -4，所以 android.display 線程的優先級是 -3。

再回到【2.2】中，WMS 的 main 函數是通過 android.display 線程完成的，并且在 android.display 線程中，對 android.ui 線程進行了初始化。

五 UIThread

public final class UiThread extends ServiceThread {private static final long SLOW_DISPATCH_THRESHOLD_MS = 100;private static final long SLOW_DELIVERY_THRESHOLD_MS = 200;private static UiThread sInstance;private static Handler sHandler;private UiThread() {super("android.ui", Process.THREAD_PRIORITY_FOREGROUND, false /*allowIo*/);}@Overridepublic void run() {// Make sure UiThread is in the fg stune boost groupProcess.setThreadGroup(Process.myTid(), Process.THREAD_GROUP_TOP_APP);super.run();}

UiThread 和 DisplayThread 一樣，也是繼承自 ServiceThread，它的線程名是 android.ui，優先級是 THREAD_PRIORITY_FOREGROUND，值為-2,所以 android.ui 線程的優先級是 -2。

六 PhoneWindowManager

PhoneWindowManager 是 WindowManagerPolicy 的實現類，它定義了手機窗口、處理輸入事件以及與系統 UI 交互的策略和行為。

PhoneWindowManager 中的函數有很多，這里我們列舉一個，其中的按鍵分發的函數 interceptKeyBeforeQueueing。

6.1 interceptKeyBeforeQueueing

[frameworks\base\services\core\java\com\android\server\policy\PhoneWindowManager.java]
public int interceptKeyBeforeQueueing(KeyEvent event, int policyFlags) {final int keyCode = event.getKeyCode();final boolean down = event.getAction() == KeyEvent.ACTION_DOWN;boolean isWakeKey = (policyFlags & WindowManagerPolicy.FLAG_WAKE) != 0|| event.isWakeKey();if (!mSystemBooted) {// 系統啟動前，只監聽電源按鍵if (down && (keyCode == KeyEvent.KEYCODE_POWER|| keyCode == KeyEvent.KEYCODE_TV_POWER)) {wakeUpFromPowerKey(event.getDownTime());} else if (down && (isWakeKey || keyCode == KeyEvent.KEYCODE_WAKEUP)&& isWakeKeyWhenScreenOff(keyCode)) {wakeUpFromWakeKey(event);}// 攔截掉電源鍵return 0;}// interceptKeyBeforeQueueing 主要就是對手機按鍵的事件攔截，這里我們簡單列舉幾個// 返回鍵，音量鍵等等。switch (keyCode) {case KeyEvent.KEYCODE_BACK: {if (down) {mBackKeyHandled = false;} else {if (!hasLongPressOnBackBehavior()) {mBackKeyHandled |= backKeyPress();}// Don't pass back press to app if we've already handled it via long pressif (mBackKeyHandled) {result &= ~ACTION_PASS_TO_USER;}}break;}case KeyEvent.KEYCODE_VOLUME_DOWN:case KeyEvent.KEYCODE_VOLUME_UP:

返回值是一個整型，如果是 0 就表示被攔截，一開始的電源按鍵我們就看到了，在系統沒有啟動前，電源按鍵只能用于系統啟動，但是系統啟動后，電源按鍵就可以用于其他的作用了，例如語音助手。

PhoneWindowManager 這個類主要的作用有：

按鍵的分發
窗口的管理

這里我們就不擴展了，后面遇到實際的場景再來說明。

七總結

WMS 的啟動流程比較簡單，主要就是啟動了兩個線程 "android.display" 和 "android.ui"

如果你還沒有掌握Framework，現在想要在最短的時間里吃透它，可以參考一下《Android Framework核心知識點》，里面內容包含了：Init、Zygote、SystemServer、Binder、Handler、AMS、PMS、Launcher……等知識點記錄。

《Framework 核心知識點匯總手冊》:`https://qr18.cn/AQpN4J`

Handler 機制實現原理部分：
1.宏觀理論分析與Message源碼分析
2.MessageQueue的源碼分析
3.Looper的源碼分析
4.handler的源碼分析
5.總結

Binder 原理：
1.學習Binder前必須要了解的知識點
2.ServiceManager中的Binder機制
3.系統服務的注冊過程
4.ServiceManager的啟動過程
5.系統服務的獲取過程
6.Java Binder的初始化
7.Java Binder中系統服務的注冊過程