Android Framework底层原理之WMS的启动流程-编程知识

一概述

今天，我们介绍 WindowManagerService（后续简称 WMS）的启动流程，WMS 是 Android 系统中，负责窗口显示的的服务。在 Android 中它也起着承上启下的作用。

如下图，就是《深入理解 Android》书籍中的一张图。

图中展示了，WMS 在 Android 系统的地位，它作为中间层，连接了上层的 View 框架和下层的 SurfaceFingler。了解了 WMS 的工作机制，我们就彻底打通了上层 VIew 到底层 Surface，甚至到显示器如何显示的逻辑。

接下来，我们依旧从 WMS 的启动开始，来看 WMS 是如何启动的。

二从 SystemServer 开始

2.1 startOtherServices

[frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java]
private void startOtherServices(@NonNull TimingsTraceAndSlog t) {WindowManagerService wm = null;// 这里传入的 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);// 将 WMS 设置到 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，关于显示窗口相关的属性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 的启动是在 SystemServer 的 startOtherServices 中，启动过程依旧是我们之前提过的构造、注册，只是少了 onStart 这个步骤。

并且，在 WMS 启动之后，还会陆续调用一些其他的函数

onInitReady
displayReady
systemReady
updateConfiguration

接下来，我们会根据 WMS 启动过程中调用的函数，以此查看它们具体的实现原理。

从 AMS 和 WMS 的启动，我们可以看出来，它们都是隶属于 SystemServer 进程的，根据之前我们对应用和 AMS 的了解，也经常看到它们交互的流程中，有 WMS 的身影，所以虽然说是应用和 AMS，WMS 的通信，实际上就是应用和 SystemServer 进程的通信。

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 函数中主要做了两件事

创建了一个 WMS 对象
将这个 WMS 对象传递给了 DisplayThread

我们首先看这个 WMS 对象的构造函数

三 WindowManagerService

3.1 WMS 的构造函数

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;...// 输入法管理mInputManager = inputManager; // Must be before createDisplayContentLocked.// 显示管理mDisplayManagerInternal = LocalServices.getService(DisplayManagerInternal.class);// Surface 图像相关mSurfaceControlFactory = surfaceControlFactory;mTransactionFactory = transactionFactory;mSurfaceFactory = surfaceFactory;mTransaction = mTransactionFactory.get();mPolicy = policy;// 窗口动画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 相关mActivityManager = ActivityManager.getService();mActivityTaskManager = ActivityTaskManager.getService();mAmInternal = LocalServices.getService(ActivityManagerInternal.class);mAtmInternal = LocalServices.getService(ActivityTaskManagerInternal.class);... 
}

WMS 的构造函数的代码非常长，其中有包含各种服务，我们这里只关注和我们应用 Activity 相关的，还有和显示相关的窗口容器 RootWindowContainer，还有和刷新相关的 Surface。

3.2 runWithScissors

另外，在 main 函数中，还调用了一个 runWithScissors，这个函数是 Handler 中定义的函数，这里我们简单看一下。

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 中的函数，用一句话概括就是，如果发送消息的线程与 Handler 处理的线程相同，就直接调用。如果不同，就阻塞调用。

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 其实就是 PhoneWindowManager【5.1】mPolicy.init(mContext, WindowManagerService.this, WindowManagerService.this);}}, 0);
}

mPolicy 其实是 PhoneWindowManager，runWithScissors 前面介绍过了，如果是当前线程，就直接运行，如果不是当前线程，就阻塞运行。

所以这里是在 android.ui 线程中，运行 mPolicy 的初始化逻辑。

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 创建系统水印（只能显示文字）。

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重新配置所有显示器大小mRoot.forAllDisplays(DisplayContent::reconfigureDisplayLocked);// 是否触屏mIsTouchDevice = mContext.getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_TOUCHSCREEN);mIsFakeTouchDevice = mContext.getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_FAKETOUCH);}try {// ATMSmActivityTaskManager.updateConfiguration(null);} catch (RemoteException e) {}
}

displayReady 就是初始化显示器大小。

3.7 systemReady

[frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService.java]
public void systemReady() {mSystemReady = true;// 调用 PhoneWindowManager 的 systemReadymPolicy.systemReady();// 调用 DisplayPolicy 的 systemReadymRoot.forAllDisplayPolicies(DisplayPolicy::systemReady);// 调用 TaskSnapshotController 的 systemReadymTaskSnapshotController.systemReady();mHasWideColorGamutSupport = queryWideColorGamutSupport();mHasHdrSupport = queryHdrSupport();// 加载系统设置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 表示的是显示设备的 id，这两段代码，就是通过 mRoot（RootWindowContainer）获取显示指定设备的 DisplayContent。说人话就是，通过显示器的 id，获取显示器对应的实例类 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 运行重要的东西，但 AnimationThread 更重要。因此，优先级设置为 THREAD_PRIORITY_DISPLAY + 1// THREAD_PRIORITY_DISPLAY 的值为 -4，super("android.display", Process.THREAD_PRIORITY_DISPLAY + 1, false /*allowIo*/);}

DisplayThread 就是 Android 中的 android.display 线程，它的优先级为 THREAD_PRIORITY_DISPLAY + 1，THREAD_PRIORITY_DISPLAY 值为 -4，所以 android.display 线程的优先级是 -3。

再回到【2.2】中，WMS 的 main 函数是通过 android.display 线程完成的，并且在 android.display 线程中，对 android.ui 线程进行了初始化。

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 一样，也是继承自 ServiceThread，它的线程名是 android.ui，优先级是 THREAD_PRIORITY_FOREGROUND，值为-2,所以 android.ui 线程的优先级是 -2。

六 PhoneWindowManager

PhoneWindowManager 是 WindowManagerPolicy 的实现类，它定义了手机窗口、处理输入事件以及与系统 UI 交互的策略和行为。

PhoneWindowManager 中的函数有很多，这里我们列举一个，其中的按键分发的函数 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) {// 系统启动前，只监听电源按键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);}// 拦截掉电源键return 0;}// interceptKeyBeforeQueueing 主要就是对手机按键的事件拦截，这里我们简单列举几个// 返回键，音量键等等。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:

返回值是一个整型，如果是 0 就表示被拦截，一开始的电源按键我们就看到了，在系统没有启动前，电源按键只能用于系统启动，但是系统启动后，电源按键就可以用于其他的作用了，例如语音助手。

PhoneWindowManager 这个类主要的作用有：

按键的分发
窗口的管理

这里我们就不扩展了，后面遇到实际的场景再来说明。

七总结

WMS 的启动流程比较简单，主要就是启动了两个线程 "android.display" 和 "android.ui"

如果你还没有掌握Framework，现在想要在最短的时间里吃透它，可以参考一下《Android Framework核心知识点》，里面内容包含了：Init、Zygote、SystemServer、Binder、Handler、AMS、PMS、Launcher……等知识点记录。

《Framework 核心知识点汇总手册》:`https://qr18.cn/AQpN4J`

Handler 机制实现原理部分：
1.宏观理论分析与Message源码分析
2.MessageQueue的源码分析
3.Looper的源码分析
4.handler的源码分析
5.总结

Binder 原理：
1.学习Binder前必须要了解的知识点
2.ServiceManager中的Binder机制
3.系统服务的注册过程
4.ServiceManager的启动过程
5.系统服务的获取过程
6.Java Binder的初始化
7.Java Binder中系统服务的注册过程