Android深入浅出之Surface

一 目的

本节的目的就是为了讲清楚 Android 中的 Surface 系统，大家耳熟能详的 SurfaceFlinger 到底是个什么东西，它的工作流程又是怎样的。当然，鉴于 SurfaceFlinger 的复杂性，我们依然将采用情景分析的办法，找到合适的切入点。

一个 Activity 是怎么在屏幕上显示出来的呢？我将首先把这个说清楚。

接着我们把其中的关键调用抽象在 Native 层，以这些函数调用为切入点来研究 SurfaceFlinger 。好了，开始我们的征途吧。

二 Activity 是如何显示的

最初的想法就是， Activity 获得一块显存，然后在上面绘图，最后交给设备去显示。这个道理是没错，但是 Android 的 SurfaceFlinger 是在 System Server 进程中创建的， Activity 一般另有线程，这之间是如何 ... 如何挂上关系的呢？我可以先提前告诉大家，这个过程还比较复杂。呵呵。

好吧，我们从 Activity 最初的启动开始。代码在

framework/base/core/java/android/app/ActivityThread.java 中，这里有个函数叫 handleLaunchActivity

[---->ActivityThread:: handleLaunchActivity()]

private final void handleLaunchActivity(ActivityRecord r, Intent customIntent) {

      Activity a = performLaunchActivity(r, customIntent);

 

        if (a != null) {

            r.createdConfig = new Configuration(mConfiguration);

            Bundle oldState = r.state;

            handleResumeActivity(r.token, false, r.isForward);

----> 调用handleResumeActivity

}

handleLaunchActivity 中会调用 handleResumeActivity 。

[--->ActivityThread:: handleResumeActivity]

final void handleResumeActivity(IBinder token, boolean clearHide, boolean isForward) {

         boolean willBeVisible = !a.mStartedActivity;

          

if (r.window == null && !a.mFinished && willBeVisible) {

                r.window = r.activity.getWindow();

                View decor = r.window.getDecorView();

                decor.setVisibility(View.INVISIBLE);

                ViewManager wm = a.getWindowManager();

                WindowManager.LayoutParams l = r.window.getAttributes();

                a.mDecor = decor;

                l.type = WindowManager.LayoutParams.TYPE_BASE_APPLICATION;

                if (a.mVisibleFromClient) {

                     a.mWindowAdded = true;

                    wm.addView(decor, l); // 这个很关键。

                }

上面 addView 那几行非常关键，它关系到咱们在 Activity 中 setContentView 后，整个 Window 到底都包含了些什么。我先告诉大家。所有你创建的 View 之上，还有一个 DecorView ，这是一个 FrameLayout ，另外还有一个 PhoneWindow 。上面这些东西的代码在

framework/Policies/Base/Phone/com/android/Internal/policy/impl 。这些隐藏的 View 的创建都是由你在 Acitivty 的 onCreate 中调用 setContentView 导致的。

[---->PhoneWindow:: addContentView]

   public void addContentView(View view, ViewGroup.LayoutParams params) {

        if (mContentParent == null) {  // 刚创建的时候mContentParent 为空

            installDecor();

        }

        mContentParent.addView(view, params);

        final Callback cb = getCallback();

        if (cb != null) {

            cb.onContentChanged();

        }

}

installDecor 将创建mDecor 和mContentParent 。mDecor 是DecorView 类型，

mContentParent 是ViewGroup 类型

private void installDecor() {

        if (mDecor == null) {

            mDecor = generateDecor();

            mDecor.setDescendantFocusability(ViewGroup.FOCUS_AFTER_DESCENDANTS);

            mDecor.setIsRootNamespace(true);

        }

        if (mContentParent == null) {

            mContentParent = generateLayout(mDecor);

那么， ViewManager wm = a.getWindowManager() 又返回什么呢？

PhoneWindow 从 Window 中派生， Acitivity 创建的时候会调用它的 setWindowManager 。而这个函数由 Window 类实现。

代码在 framework/base/core/java/android/view/Window.java 中

public void setWindowManager(WindowManager wm,IBinder appToken, String appName) {

        mAppToken = appToken;

        mAppName = appName;

        if (wm == null) {

            wm = WindowManagerImpl.getDefault();

        }

        mWindowManager = new LocalWindowManager(wm);

    }

你看见没，分析 JAVA 代码这个东西真的很复杂。 mWindowManager 的实现是 LocalWindowManager ，但由通过 Bridge 模式把功能交给 WindowManagerImpl 去实现了。

真的很复杂！

好了，罗里罗嗦的，我们回到 wm.addView(decor, l) 。最终会由 WindowManagerImpl 来完成

addView 操作，我们直接看它的实现好了。

代码在 framework/base/core/java/android/view/WindowManagerImpl.java

[---->addView]

private void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params, boolean nest)

    {

          ViewRoot root; //ViewRoot ，我们的主人公终于登场！

         synchronized (this) {

          root = new ViewRoot(view.getContext());

          root.mAddNesting = 1;

          view.setLayoutParams(wparams);

           

            if (mViews == null) {

                index = 1;

                mViews = new View[1];

                mRoots = new ViewRoot[1];

                mParams = new WindowManager.LayoutParams[1];

            } else {

           }

            index--;

            mViews[index] = view;

            mRoots[index] = root;

            mParams[index] = wparams;

        }

        root.setView(view, wparams, panelParentView);

}

ViewRoot 是整个显示系统中最为关键的东西，看起来这个东西好像和 View 有那么点关系，其实它根本和 View 等 UI 关系不大，它不过是一个 Handler 罢了，唯一有关系的就是它其中有一个变量为 Surface 类型。我们看看它的定义。 ViewRoot 代码在

framework/base/core/java/android/view/ViewRoot.java 中

public final class ViewRoot extends Handler implements ViewParent,

        View.AttachInfo.Callbacks

{

private final Surface mSurface = new Surface();

}

它竟然从handler 派生，而ViewParent 不过定义了一些接口函数罢了。

看到 Surface 直觉上感到它和 SurfaceFlinger 有点关系。要不先去看看？

Surface 代码在 framework/base/core/java/android/view/Surface.java 中，我们调用的是无参构造函数。

public Surface() {

       mCanvas = new CompatibleCanvas(); // 就是创建一个Canvas ！

}

如果你有兴趣的话，看看 Surface 其他构造函数，最终都会调用 native 的实现，而这些 native 的实现将和 SurfaceFlinger 建立关系，但我们这里 ViewRoot 中的 mSurface 显然还没有到这一步。那它到底是怎么和 SurfaceFlinger 搞上的呢？这一切待会就会水落石出的。

另外，为什么 ViewRoot 是主人公呢？因为 ViewRoot 建立了客户端和 SystemServer 的关系。我们看看它的构造函数。

public ViewRoot(Context context) {

        super();

       ....

       getWindowSession(context.getMainLooper());

}

getWindowsession 将建立和WindowManagerService 的关系。

ublic static IWindowSession getWindowSession(Looper mainLooper) {

        synchronized (mStaticInit) {

            if (!mInitialized) {

                try {

                //sWindowSession 是通过Binder 机制创建的。终于让我们看到点希望了

                    InputMethodManager imm = InputMethodManager.getInstance(mainLooper);

                    sWindowSession = IWindowManager.Stub.asInterface(

                            ServiceManager.getService("window"))

                            .openSession(imm.getClient(), imm.getInputContext());

                     mInitialized = true;

                } catch (RemoteException e) {

                }

            }

            return sWindowSession;

        }

    }

上面跨 Binder 的进程调用另一端是 WindowManagerService ，代码在

framework/base/services/java/com/android/server/WindowManagerService.java 中。我们先不说这个。

回过头来看看 ViewRoot 接下来的调用。

[-->ViewRoot::setView()] ，这个函数很复杂，我们看其中关键几句。

public void setView(View view, WindowManager.LayoutParams attrs,

            View panelParentView) {

        synchronized (this) {

            requestLayout();

                try {

                    res = sWindowSession.add(mWindow, mWindowAttributes,

                            getHostVisibility(), mAttachInfo.mContentInsets);

                }

}

requestLayout 实现很简单，就是往 handler 中发送了一个消息。

public void requestLayout() {

        checkThread();

        mLayoutRequested = true;

        scheduleTraversals(); // 发送DO_TRAVERSAL 消息

}

public void scheduleTraversals() {

        if (!mTraversalScheduled) {

             mTraversalScheduled = true;

            sendEmptyMessage(DO_TRAVERSAL);

        }

}

我们看看跨进程的那个调用。 sWindowSession.add 。它的最终实现在 WindowManagerService 中。

[--->WindowSession::add()]

public int add(IWindow window, WindowManager.LayoutParams attrs,

                 int viewVisibility, Rect outContentInsets) {

            return addWindow(this, window, attrs, viewVisibility, outContentInsets);

        }

WindowSession 是个内部类，会调用外部类的 addWindow

这个函数巨复杂无比，但是我们的核心目标是找到创建显示相关的部分。所以，最后精简的话就简单了。

[--->WindowManagerService:: addWindow]

public int addWindow(Session session, IWindow client,

            WindowManager.LayoutParams attrs, int viewVisibility,

            Rect outContentInsets) {

        // 创建一个WindowState ，这个又是什么玩意儿呢？

              win = new WindowState(session, client, token,

                    attachedWindow, attrs, viewVisibility);

           win.attach();

           return res;

}

WindowState 类中有一个和 Surface 相关的成员变量，叫 SurfaceSession 。它会在

attach 函数中被创建。 SurfaceSession 嘛，就和 SurfaceFlinger 有关系了。我们待会看。

好，我们知道 ViewRoot 创建及调用 add 后，我们客户端的 View 系统就和 WindowManagerService 建立了牢不可破的关系。

另外，我们知道 ViewRoot 是一个 handler ，而且刚才我们调用了 requestLayout ，所以接下来消息循环下一个将调用的就是 ViewRoot 的 handleMessage 。

public void handleMessage(Message msg) {

        switch (msg.what) {

       case DO_TRAVERSAL:

            performTraversals();

performTraversals 更加复杂无比，经过我仔细挑选，目标锁定为下面几个函数。当然，后面我们还会回到 performTraversals ，不过我们现在更感兴趣的是 Surface 是如何创建的。

private void performTraversals() {

        // cache mView since it is used so much below...

        final View host = mView;

 

          boolean initialized = false;

            boolean contentInsetsChanged = false;

            boolean visibleInsetsChanged;

            try {

//ViewRoot 也有一个Surface 成员变量，叫mSurface ，这个就是代表SurfaceFlinger 的客户端

//ViewRoot 在这个Surface 上作画，最后将由SurfaceFlinger 来合成显示。刚才说了mSurface 还没有什么内容。

           relayoutResult = relayoutWindow(params, viewVisibility, insetsPending);

[---->ViewRoot:: relayoutWindow()]

private int relayoutWindow(WindowManager.LayoutParams params, int viewVisibility,

            boolean insetsPending) throws RemoteException {

       

//relayOut 是跨进程调用，mSurface 做为参数传进去了，看来离真相越来越近了呀！

        int relayoutResult = sWindowSession.relayout(

                mWindow, params,

                (int) (mView.mMeasuredWidth * appScale + 0.5f),

                (int) (mView.mMeasuredHeight * appScale + 0.5f),

                viewVisibility, insetsPending, mWinFrame,

                mPendingContentInsets, mPendingVisibleInsets,

                mPendingConfiguration, mSurface); mSurface 做为参数传进去了。

       }

我们赶紧转到 WindowManagerService 去看看吧。、

public int relayoutWindow(Session session, IWindow client,

            WindowManager.LayoutParams attrs, int requestedWidth,

            int requestedHeight, int viewVisibility, boolean insetsPending,

            Rect outFrame, Rect outContentInsets, Rect outVisibleInsets,

             Configuration outConfig, Surface outSurface){

               .....

          try {

           // 看到这里，我内心一阵狂喜，有戏，太有戏了！

         // 其中win 是我们最初创建的WindowState ！

                    Surface surface = win.createSurfaceLocked();

                    if (surface != null) {

                  // 先创建一个本地surface ，然后把传入的参数outSurface copyFrom 一下

                         outSurface.copyFrom(surface);

                        win.mReportDestroySurface = false;

                        win.mSurfacePendingDestroy = false;

                       } else {

                       outSurface.release();

                     }

                }

}

[--->WindowState::createSurfaceLocked]

Surface createSurfaceLocked() {

         

                try {

                    mSurface = new Surface(

                            mSession.mSurfaceSession, mSession.mPid,

                             mAttrs.getTitle().toString(),

                            0, w, h, mAttrs.format, flags);

                  }

                Surface.openTransaction();

这里使用了 Surface 的另外一个构造函数。

    public Surface(SurfaceSession s,

            int pid, String name, int display, int w, int h, int format, int flags)

        throws OutOfResourcesException {

        mCanvas = new CompatibleCanvas();

        init(s,pid,name,display,w,h,format,flags); ----> 调用了native 的init 函数。

        mName = name;

}

到这里，不进入 JNI 是不可能说清楚了。不过我们要先回顾下之前的关键步骤。

l          add 中， new 了一个 SurfaceSession

l          创建 new 了一个 Surface

l          调用 copyFrom ，把本地 Surface 信息传到 outSurface 中

JNI 层

上面两个类的 JNI 实现都在 framework/base/core/jni/android_view_Surface.cpp 中。

  [---->SurfaceSession:: SurfaceSession()]

public class SurfaceSession {

    /** Create a new connection with the surface flinger. */

    public SurfaceSession() {

        init();

}

它的 init 函数对应为：

[--->SurfaceSession_init]

static void SurfaceSession_init(JNIEnv* env, jobject clazz)

{

   //SurfaceSession 对应为SurfaceComposerClient

    sp<SurfaceComposerClient> client = new SurfaceComposerClient;

client->incStrong(clazz);

//Google 常用做法，在JAVA 对象中保存C++ 对象的指针。

    env->SetIntField(clazz, sso.client, (int)client.get());

}

Surface 的 init 对应为：

[--->Surface_init]

static void Surface_init(

        JNIEnv* env, jobject clazz,

        jobject session,

        jint pid, jstring jname, jint dpy, jint w, jint h, jint format, jint flags)

{

   SurfaceComposerClient* client =

            (SurfaceComposerClient*)env->GetIntField(session, sso.client);

 

    sp<SurfaceControl> surface;

if (jname == NULL) {