Android 14 WMS窗口层级树源码深度解析

1. WMS窗口层级树概述

在Android系统中，WindowManagerService（WMS）是负责管理所有窗口的核心服务，而窗口层级树是WMS中用于组织和管理窗口显示结构的关键数据结构。它定义了窗口在Z轴上的顺序、布局关系以及显示层级。

1.1 窗口层级树的基本概念

在Android 14中，窗口层级树是一个以RootWindowContainer为根节点的树形结构。每个节点代表一个窗口容器，可以是窗口本身，也可以是一组窗口的容器。这个树结构不仅管理了窗口的显示顺序，还负责窗口的布局和尺寸计算。

// frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/RootWindowContainer.javapublicclassRootWindowContainerextendsWindowContainerimplementsDisplayManager.DisplayListener{// The root of the device window hierarchy.privatefinal WindowManagerService mWmService;// 存储所有DisplayContent的列表，每个DisplayContent对应一个显示屏privatefinal ArrayList<DisplayContent> mDisplays = new ArrayList<>();}

从上述代码可以看出，RootWindowContainer作为窗口层级树的根节点，管理着所有显示屏的窗口内容。

1.2 窗口层级树的整体结构

Android 14的窗口层级树结构可以分为以下几个主要部分：

RootWindowContainer：窗口层级树的根节点，代表整个窗口管理系统
DisplayContent：代表一个显示屏，是窗口层级树中每个显示设备的容器
DisplayArea：显示屏上的一个区域，用于组织窗口的布局
Task/TaskDisplayArea：任务容器，用于管理属于同一任务的一组窗口
WindowToken：窗口令牌，一组相关窗口的容器
WindowState：代表一个具体的窗口

// 窗口层级树结构示例RootWindowContainer └── DisplayContent (主屏幕)     ├── DisplayArea.Tokens (系统窗口容器)     │   ├── WindowToken (StatusBar)     │   ├── WindowToken (NavigationBar)     │   └── WindowToken (InputMethod)     ├── TaskDisplayArea (应用窗口容器)     │   └── Task     │       └── ActivityRecord     │           └── WindowState (Activity窗口)     └── WallpaperWindowToken (壁纸窗口容器)

2. WMS窗口层级树核心数据结构

2.1 WindowContainer - 窗口容器基类

WindowContainer是窗口层级树中所有节点的基类，定义了窗口层级树的基本行为和属性。

// frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowContainer.javaclassWindowContainerextendsWindowContainer{// 父节点private WindowContainer mParent = null;// 子节点列表，按照Z轴顺序排列，最顶层的窗口容器位于列表尾部protectedfinal WindowList mChildren = new WindowList();// 窗口容器的名称private String mName;// 窗口容器的层级privateint mLayer;// 窗口容器的可见性privateboolean mVisible = true;}

WindowContainer类提供了窗口层级树的基本结构，包括父子关系、Z轴顺序等核心概念。

2.2 DisplayContent - 显示屏内容

DisplayContent代表一个显示屏，是窗口层级树中每个显示设备的容器。它管理着该显示屏上的所有窗口和区域。

// frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/DisplayContent.javaclassDisplayContentextendsRootDisplayAreaimplementsWindowManagerPolicy.DisplayContentInfo{// 显示屏IDprivatefinalint mDisplayId;// 显示屏的区域privatefinal Rect mDisplayFrame;// 窗口放置器privatefinal WindowSurfacePlacer mSurfacePlacer;// 输入监视器privatefinal InputMonitor mInputMonitor;// 显示策略privatefinal DisplayPolicy mDisplayPolicy;}

DisplayContent负责管理单个显示屏上的所有窗口，包括布局、显示和输入处理。

2.3 WindowState - 窗口状态

WindowState代表一个具体的窗口，是窗口层级树中最底层的节点。

// frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowState.javaclassWindowStateextendsWindowContainerimplementsWindowManagerPolicy.WindowState{// 窗口令牌privatefinal WindowToken mToken;// 窗口属性privatefinal WindowManager.LayoutParams mAttrs;// 窗口框架privatefinal WindowFrames mWindowFrames;// 窗口是否拥有表面privateboolean mHasSurface;// 窗口是否需要布局privateboolean mLayoutNeeded;}

WindowState包含了窗口的所有状态信息，包括位置、大小、可见性等。

2.4 WindowToken - 窗口令牌

WindowToken是一组相关窗口的容器，通常用于管理具有相同父窗口或用途的一组窗口。

// frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowToken.javaclassWindowTokenextendsWindowContainer{// 窗口令牌类型privatefinalint mType;// 父窗口privatefinal WindowContainer mParent;// 窗口列表privatefinal ArrayList<WindowState> mWindows = new ArrayList<>();}

WindowToken在窗口层级树中充当中间节点，用于组织和管理一组相关的窗口。

3. WMS窗口层级树管理机制

3.1 窗口添加流程

窗口的添加是WMS的核心功能之一。当应用需要显示一个窗口时，它会通过ViewRootImpl向WMS请求添加一个窗口。

应用端请求添加窗口：

// ViewRootImpl.javapublicvoidsetView(View view, WindowManager.LayoutParams attrs, View panelParentView, int userId){// ...// 通过Binder调用WMS的addWindow方法    res = mWindowSession.addToDisplayAsUser(mWindow, mWindowAttributes, getHostVisibility(),         mDisplay.getDisplayId(), userId, mInsetsController.getRequestedVisibilities(),         inputChannel, mTempInsets, mTempControls);// ...}

WMS处理添加窗口请求：

// WindowManagerService.javapublicintaddWindow(Session session, IWindow window, WindowManager.LayoutParams attrs,int requestedWidth, int requestedHeight, int viewVisibility, int flags,        ClientWindowFrames outFrames, MergedConfiguration mergedConfiguration,        SurfaceControl outSurfaceControl, InsetsState outInsetsState,        InsetsSourceControl[] outActiveControls, Bundle outSyncSeqIdBundle){// ...// 创建WindowState对象final WindowState win = new WindowState(this, session, window, attrs);// ...// 将窗口添加到窗口层级树中    addWindowToToken(win, attrs);// ...}

将窗口添加到窗口层级树：

// WindowManagerService.javaprivatevoidaddWindowToToken(WindowState win, WindowManager.LayoutParams attrs){// ...// 获取或创建WindowToken    WindowToken token = getTokenForType(attrs.type, attrs.token, attrs.packageName);// ...// 将WindowState添加到WindowToken中    token.addChild(win);// ...}

3.2 窗口布局流程

窗口布局是WMS的另一个核心功能，它决定了窗口的大小和位置。

请求布局：

// ViewRootImpl.javapublicvoidrequestLayout(){if (!mHandlingLayoutInLayoutRequest) {        checkThread();        mLayoutRequested = true;        scheduleTraversals();    }}

执行布局：

// ViewRootImpl.javaprivatevoidperformTraversals(){// ...// 请求WMS重新布局窗口    relayoutResult = relayoutWindow(params, viewVisibility, insetsPending);// ...// 执行测量    performMeasure(childWidthMeasureSpec, childHeightMeasureSpec);// ...// 执行布局if (didLayout) {        performLayout(lp, mWidth, mHeight);    }// ...}

WMS处理布局请求：

// WindowManagerService.javapublicintrelayoutWindow(Session session, IWindow window, WindowManager.LayoutParams attrs,int requestedWidth, int requestedHeight, int viewVisibility, int flags,        ClientWindowFrames outFrames, MergedConfiguration mergedConfiguration,        SurfaceControl outSurfaceControl, InsetsState outInsetsState,        InsetsSourceControl[] outActiveControls, Bundle outSyncSeqIdBundle){// ...// 获取WindowState对象final WindowState win = windowForClientLocked(session, window, false);// ...// 设置请求的大小    win.setRequestedSize(requestedWidth, requestedHeight);// ...// 调整窗口参数    displayPolicy.adjustWindowParamsLw(win, attrs);// ...// 执行表面放置    mWindowPlacerLocked.performSurfacePlacement(true/* force */);// ...}

执行表面放置：

// WindowSurfacePlacer.javafinalvoidperformSurfacePlacement(boolean force){// ...do {        mTraversalScheduled = false;// 执行一次表面放置循环        performSurfacePlacementLoop();// ...    } while (mTraversalScheduled && loopCount > 0);// ...}

窗口布局计算：

// DisplayPolicy.javapublicvoidlayoutWindowLw(WindowState win, WindowState attached, DisplayFrames displayFrames){// ...// 获取窗口的布局参数final WindowManager.LayoutParams attrs = win.getLayoutingAttrs(displayFrames.mRotation);// ...// 计算窗口框架    mWindowLayout.computeFrames(attrs, win.getInsetsState(), displayFrames.mDisplayCutoutSafe,            win.getBounds(), win.getWindowingMode(), requestedWidth, requestedHeight,            win.getRequestedVisibilities(), attachedWindowFrame, win.mGlobalScale,            sTmpClientFrames);// ...// 设置窗口框架    win.setFrames(sTmpClientFrames, requestedWidth, requestedHeight);}

3.3 Z轴排序机制

Z轴排序决定了窗口在垂直方向上的显示顺序，即哪个窗口位于上层，哪个窗口位于下层。

Z轴层级定义：

// WindowManagerService.javaprivatestaticfinalint FIRST_APPLICATION_WINDOW = 1;privatestaticfinalint LAST_APPLICATION_WINDOW = 99;privatestaticfinalint FIRST_SYSTEM_WINDOW = 1000;privatestaticfinalint LAST_SYSTEM_WINDOW = 1999;privatestaticfinalint FIRST_SUB_WINDOW = 2000;privatestaticfinalint LAST_SUB_WINDOW = 2999;

窗口层级分配：

// WindowManagerService.javaprivatevoidassignWindowLayers(WindowState win){// ...// 根据窗口类型分配层级if (win.mAttrs.type >= FIRST_APPLICATION_WINDOW && win.mAttrs.type <= LAST_APPLICATION_WINDOW) {        layer = APPLICATION_LAYER;    } elseif (win.mAttrs.type >= FIRST_SYSTEM_WINDOW && win.mAttrs.type <= LAST_SYSTEM_WINDOW) {        layer = SYSTEM_LAYER;    } elseif (win.mAttrs.type >= FIRST_SUB_WINDOW && win.mAttrs.type <= LAST_SUB_WINDOW) {        layer = SUB_WINDOW_LAYER;    }// ...}

窗口排序：

// WindowContainer.javaprotectedvoidsortChildren(){// 按照层级排序子窗口    Collections.sort(mChildren, (lhs, rhs) -> {if (lhs.mLayer != rhs.mLayer) {return lhs.mLayer - rhs.mLayer;        }// 如果层级相同，按照添加顺序排序return lhs.mAddOrder - rhs.mAddOrder;    });}

4. 布局流程详解

4.1 布局过程概述

窗口布局是WMS的核心功能之一，它决定了窗口的大小和位置。布局过程涉及多个组件的协作，包括WMS、DisplayPolicy和WindowLayout等。

布局触发：

应用程序调用requestLayout()请求布局
WMS调用performSurfacePlacement()触发布局

布局执行：

RootWindowContainer.performSurfacePlacement()开始布局过程
DisplayContent.performLayout()执行显示屏布局
DisplayPolicy.layoutWindowLw()计算每个窗口的布局

布局应用：

WindowState.setFrames()应用计算出的布局
窗口的位置和大小得到更新

4.2 布局算法

Android 14的窗口布局算法采用了多种策略，以确保窗口在不同屏幕尺寸和方向下都能正确显示。

测量阶段：

// WindowLayout.javapublicvoidcomputeFrames(WindowManager.LayoutParams attrs, InsetsState insets,        Rect displayCutoutSafe, Rect bounds, int windowingMode, int requestedWidth,int requestedHeight, int requestedVisibilities, Rect attachedWindowFrame,float globalScale, ClientWindowFrames outFrames){// ...// 计算窗口的可用空间int availableWidth = displayWidth - paddingLeft - paddingRight;int availableHeight = displayHeight - paddingTop - paddingBottom;// ...// 根据布局参数计算窗口大小if (widthMeasureSpec == MeasureSpec.EXACTLY) {        width = availableWidth;    } elseif (widthMeasureSpec == MeasureSpec.AT_MOST) {        width = Math.min(requestedWidth, availableWidth);    } else {        width = requestedWidth;    }// ...}

布局阶段：

// DisplayPolicy.javapublicvoidlayoutWindowLw(WindowState win, WindowState attached, DisplayFrames displayFrames){// ...// 获取窗口的布局参数final WindowManager.LayoutParams attrs = win.getLayoutingAttrs(displayFrames.mRotation);// ...// 计算窗口框架    mWindowLayout.computeFrames(attrs, win.getInsetsState(), displayFrames.mDisplayCutoutSafe,            win.getBounds(), win.getWindowingMode(), requestedWidth, requestedHeight,            win.getRequestedVisibilities(), attachedWindowFrame, win.mGlobalScale,            sTmpClientFrames);// ...}

4.3 布局性能优化

为了提高布局性能，Android 14的WMS引入了多种优化策略：

增量布局：

只对需要布局的窗口进行计算
避免不必要的全量布局

异步布局：

将布局计算移到后台线程
减少主线程的阻塞

布局缓存：

缓存布局计算结果
避免重复计算

5. 性能优化建议

5.1 窗口层级优化

减少窗口层级：

避免过多的嵌套窗口
使用扁平化的窗口结构

合理使用窗口类型：

将窗口类型设置为合适的范围
避免使用过高的窗口类型导致排序问题

控制子窗口数量：

限制子窗口的数量
避免复杂的窗口嵌套

5.2 布局性能优化

减少布局计算：

避免频繁的布局请求
使用固定大小窗口

优化窗口更新：

批量更新窗口属性
减少不必要的重绘

使用硬件加速：

启用硬件加速
使用高效的渲染管道

5.3 常见问题及解决方案

窗口闪烁问题：

问题：窗口显示时出现闪烁
解决方案：确保窗口的正确初始化，避免多次布局

窗口布局问题：

问题：窗口大小或位置不正确
解决方案：检查布局参数，确保正确的测量和布局过程

性能问题：

问题：窗口操作卡顿
解决方案：优化布局过程，减少不必要的计算和重绘

6. 总结

Android 14的WMS窗口层级树是一个复杂而高效的数据结构，它负责管理Android系统中的所有窗口。通过深入理解其核心机制和数据结构，我们可以更好地优化应用程序的性能和用户体验。

本文详细分析了WMS窗口层级树的结构、管理机制和布局流程，并提供了性能优化建议和常见问题的解决方案。希望这些内容对您深入理解Android窗口管理系统有所帮助。