本文详细分析了Android系统中WindowManagerService如何管理窗口，包括AppWindowToken、WindowToken和WindowState的增加、删除和移动操作。通过这些操作，展示了窗口在Z轴上的组织方式，以及与ActivityManagerService中的ActivityRecord的关系。WindowStack中的WindowState按照Z轴位置从低到高排列，而AppWindowToken和WindowToken描述了一组窗口。文章还详细阐述了移动窗口到指定位置的实现逻辑。
在Android系统中，Activity是以堆栈的形式组织在ActivityManagerService服务中的。与Activity类似，Android系统中的窗口也是以堆栈的形式组织在WindowManagerService服务中的，其中，Z轴位置较低的窗口位于Z轴位置较高的窗口的下面。
应用程序进程中的每一个Activity组件在Activity管理服务ActivityManagerService中都对应有一个ActivityRecord对象。Activity管理服务ActivityManagerService中每一个ActivityRecord对象在Window管理服务WindowManagerService中都对应有一个AppWindowToken对象。
此外，在输入法管理服务InputMethodManagerService中，每一个输入法窗口都对应有一个Binder对象，这个Binder对象在Window管理服务WindowManagerService又对应有一个WindowToken对象。
与输入法窗口类似，在壁纸管理服务WallpaperManagerService中，每一个壁纸窗口都对应有一个Binder对象，这个Binder对象在Window管理服务WindowManagerService也对应有一个WindowToken对象。
在Window管理服务WindowManagerService中，无论是AppWindowToken对象，还是WindowToken对象，它们都是用来描述一组有着相同令牌的窗口的，每一个窗口都是通过一个WindowState对象来描述的。例如，一个Activity组件窗口可能有一个启动窗口（Starting Window），还有若干个子窗口，那么这些窗口就会组成一组，并且都是以Activity组件在Window管理服务WindowManagerService中所对应的AppWindowToken对象为令牌的。从抽象的角度来看，就是在Window管理服务WindowManagerService中，每一个令牌（AppWindowToken或者WindowToken）都是用来描述一组窗口（WindowState）的，并且每一个窗口的子窗口也是与它同属于一个组，即都有着相同的令牌。
上述的窗口组织方式如图所示：
其中，Activity Stack是在ActivityManagerService服务中创建的，Token List和Window Stack是在WindowManagerService中创建的，而Binder for IM和Binder for WP分别是在InputMethodManagerService服务和WallpaperManagerService服务中创建的，用来描述一个输入法窗口和一个壁纸窗口。
图中的对象的对应关系如下所示：
- ActivityRecord-J对应于AppWindowToken-J，后者描述的一组窗口是{WindowState-A, WindowState-B, WindowState-B-1}，其中， WindowState-B-1是WindowState-B的子窗口。
- ActivityRecord-K对应于AppWindowToken-K，后者描述的一组窗口是{WindowState-C, WindowState-C-1, WindowState-D, WindowState-D-1}，其中， WindowState-C-1是WindowState-C的子窗口，WindowState-D-1是WindowState-D的子窗口。
- ActivityRecord-N对应于AppWindowToken-N，后者描述的一组窗口是{WindowState-E}，其中， WindowState-E是系统当前激活的Activity窗口。
- Binder for IM对应于WindowToken-I，后者描述的一组窗口是{WindowState-I}，其中， WindowState-I是WindowState-E的输入法窗口。
- Binder for WP对应于WindowToken-W，后者描述的一组窗口是{WindowState-W}，其中， WindowState-W是WindowState-E的壁纸窗口。
Window Stack中的WindowState是按照它们所描述的窗口的Z轴位置从低到高排列的。
以上就是WindowManagerService服务组织系统中的窗口的抽象模型，接下来我们将分析AppWindowToken、WindowToken和WindowState的一些增加、移动和删除等操作，以便可以对这个抽象模型有一个更深刻的认识。
一、增加AppWindowToken
一个Activity组件在启动的过程中，ActivityManagerService服务会调用调用WindowManagerService类的成员函数addAppToken来为它增加一个AppWindowToken，如下所示：
public class WindowManagerService extends IWindowManager.Stub
implements Watchdog.Monitor {
......
/**
* Mapping from a token IBinder to a WindowToken object.
*/
final HashMap<IBinder, WindowToken> mTokenMap =
new HashMap<IBinder, WindowToken>();
/**
* The same tokens as mTokenMap, stored in a list for efficient iteration
* over them.
*/
final ArrayList<WindowToken> mTokenList = new ArrayList<WindowToken>();
......
/**
* Z-ordered (bottom-most first) list of all application tokens, for
* controlling the ordering of windows in different applications. This
* contains WindowToken objects.
*/
final ArrayList<AppWindowToken> mAppTokens = new ArrayList<AppWindowToken>();
......
public void addAppToken(int addPos, IApplicationToken token,
int groupId, int requestedOrientation, boolean fullscreen) {
......
synchronized(mWindowMap) {
AppWindowToken wtoken = findAppWindowToken(token.asBinder());
if (wtoken != null) {
......
return;
}
wtoken = new AppWindowToken(token);
......
mAppTokens.add(addPos, wtoken);
......
mTokenMap.put(token.asBinder(), wtoken);
mTokenList.add(wtoken);
......
}
}
......
}
WindowManagerService类有三个成员变量mTokenMap、mTokenList和mAppTokens，它们都是用来描述系统中的窗口的。
- 成员变量mTokenMap指向的是一个HashMap，它里面保存的是一系列的WindowToken对象，每一个WindowToken对象都是用来描述一个窗口的，并且是以描述这些窗口的一个Binder对象的IBinder接口为键值的。例如，对于Activity组件类型的窗口来说，它们分别是以用来描述它们的一个ActivityRecord对象的IBinder接口保存在成员变量mTokenMap所指向的一个HashMap中的。
- 成员变量mTokenList指向的是一个ArrayList，它里面保存的也是一系列WindowToken对象，这些WindowToken对象与保存在成员变量mTokenMap所指向的一个HashMap中的WindowToken对象是一样的。成员变量mTokenMap和成员变量mTokenList的区别就在于，前者在给定一个IBinder接口的情况下，可以迅速指出是否存在一个对应的WindowToken对象，而后者可以迅速遍历WindowManagerService服务中的WindowToken对象。
- 成员变量mAppTokens指向的也是一个ArrayList，不过它里面保存的是一系列AppWindowToken对象，每一个AppWindowToken对象都是用来描述一个Activity组件窗口的，而这些AppWindowToken对象是以它们描述的窗口的Z轴坐标由小到大保存在这个ArrayList中的，这样我们就可以通过这个ArrayList来从上到下或者从下到上地遍历系统中的所有Activity组件窗口。由于这些AppWindowToken对象所描述的Activity组件窗口也是一个窗口，并且AppWindowToken类是从WindowToken继承下来的，因此，这些AppWindowToken对象还会同时被保存在成员变量mTokenMap所指向的一个HashMap和成员变量mTokenList所指向的一个ArrayList中。
理解了WindowManagerService类的这三个成员变量的含义之后，它的成员函数addAppToken的实现就好理解了，其中，参数token指向的便是用来描述正在启动的Activity组件所对应的一个ActivityRecord对象，而参数addPos用来描述该Activity组件在堆栈中的位置，这个位置同时也是接下来要创建的AppWindowToken对象在WindowManagerService类的mTokenList所描述的一个ArrayList中的位置。
WindowManagerService类的成员函数addAppToken首先调用另外一个成员函数findAppWindowToken来在成员变量mTokenMap所描述的一个HashMap检查是否已经存在一个AppWindowToken。如果已经存在的话，那么WindowManagerService类的成员函数addAppToken就什么也不做就返回了，否则的话，就会使用参数token来创建一个AppWindowToken对象，并且会将该AppWindowToken对象分别保存在WindowManagerService类的成员变量mTokenMap、mTokenList和mAppTokens中。
二、删除AppWindowToken
删除AppWindowToken是通过调用WindowManagerService类的成员函数removeAppTokensLocked来实现的，如下所示：
public class WindowManagerService extends IWindowManager.Stub
implements Watchdog.Monitor {
......
private void removeAppTokensLocked(List<IBinder> tokens) {
// XXX This should be done more efficiently!
// (take advantage of the fact that both lists should be
// ordered in the same way.)
int N = tokens.size();
for (int i=0; i<N; i++) {
IBinder token = tokens.get(i);
final AppWindowToken wtoken = findAppWindowToken(token);
if (!mAppTokens.remove(wtoken)) {
......
i--;
N--;
}
}
}
......
}
WindowManagerService类的成员函数removeAppTokensLocked可以同时删除一组AppWindowToken对象。
参数tokens所描述的是一个IBinder接口列表，与这些IBinder接口所对应的AppWindowToken对象就是接下来要删除的。WindowManagerService类的成员函数removeAppTokensLocked通过一个for循环来依次调用另外一个成员函数findAppWindowToken，以便可以找到保存在列表tokens中的每一个IBinder接口所对应的AppWindowToken对象，然后将该AppWindowToken对象从WindowManagerService类的成员变量mAppTokens所描述的一个ArrayList中删除。
注意，WindowManagerService类的成员函数removeAppTokensLocked是在内部使用的，它只是把一个AppWindowToken对象从成员变量mAppTokens中删除，而没有从另外两个成员变量mTokenMap和mTokenList中删除。
三、移动AppWindowToken至指定位置
移动AppWindowToken至指定位置是通过调用WindowManagerService类的成员函数moveAppToken来实现的，如下所示：
public class WindowManagerService extends IWindowManager.Stub
implements Watchdog.Monitor {
......
public void moveAppToken(int index, IBinder token) {
if (!checkCallingPermission(android.Manifest.permission.MANAGE_APP_TOKENS,
"moveAppToken()")) {
throw new SecurityException("Requires MANAGE_APP_TOKENS permission");
}
synchronized(mWindowMap) {
......
final AppWindowToken wtoken = findAppWindowToken(token);
if (wtoken == null || !mAppTokens.remove(wtoken)) {
......
return;
}
mAppTokens.add(index, wtoken);
......
final long origId = Binder.clearCallingIdentity();
......
if (tmpRemoveAppWindowsLocked(wtoken)) {
......
reAddAppWindowsLocked(findWindowOffsetLocked(index), wtoken);
......
updateFocusedWindowLocked(UPDATE_FOCUS_WILL_PLACE_SURFACES);
mLayoutNeeded = true;
performLayoutAndPlaceSurfacesLocked();
}
Binder.restoreCallingIdentity(origId);
}
}
......
}
参数token描述的是要移动的AppWindowToken对象所对应的一个IBinder接口，而参数index描述的是该AppWindowToken对象要移动到的位置。注意，移动一个AppWindowToken对象到指定的位置是需要android.Manifest.permission.MANAGE_APP_TOKENS权限的。
WindowManagerService类的成员函数moveAppToken首先找到与参数token所对应的AppWindowToken对象，并且将该AppWindowToken对象从WindowManagerService类的成员变量mAppTokens所描述的一个ArrayList中移除，这样做的目的是为了接下来可以将该AppWindowToken对象移动至该ArrayList中的指定位置上，即参数index所描述的位置上。
注意，上述操作只是将参数token所对应的AppWindowToken对象移动到了WindowManagerService类的成员变量mAppTokens所描述的一个ArrayList的指定位置上，接下来还需要同时将与该AppWindowToken对象所对应的WindowState对象移动至WindowManagerService服务内部的一个WindowState堆栈合适位置上去。
移动对应的WindowState对象的操作同样也是分两步执行的：第一步先调用WindowManagerService类的成员函数tmpRemoveAppWindowsLocked来将这些WindowState对象从原来的WindowState堆栈位置移除；第二步再调用WindowManagerService类的成员函数reAddAppWindowsLocked来将这些WindowState对象插入到WindowState堆栈的合适位置去。
对应的WindowState对象被移动到的合适位置是通过调用WindowManagerService类的成员函数findWindowOffsetLocked来获得的，它的实现如下所示：
public class WindowManagerService extends IWindowManager.Stub
implements Watchdog.Monitor {
......
/**
* Z-ordered (bottom-most first) list of all Window objects.
*/
final ArrayList<WindowState> mWindows = new ArrayList<WindowState>();
......
private int findWindowOffsetLocked(int tokenPos) {
final int NW = mWindows.size();
if (tokenPos >= mAppTokens.size()) {
int i = NW;
while (i > 0) {
i--;
WindowState win = mWindows.get(i);
if (win.getAppToken() != null) {
return i+1;
}
}
}
while (tokenPos > 0) {
// Find the first app token below the new position that has
// a window displayed.
final AppWindowToken wtoken = mAppTokens.get(tokenPos-1);
......
if (wtoken.sendingToBottom) {
......
tokenPos--;
continue;
}
int i = wtoken.windows.size();
while (i > 0) {
i--;
WindowState win = wtoken.windows.get(i);
int j = win.mChildWindows.size();
while (j > 0) {
j--;
WindowState cwin = win.mChildWindows.get(j);
if (cwin.mSubLayer >= 0) {
for (int pos=NW-1; pos>=0; pos--) {
if (mWindows.get(pos) == cwin) {
......
return pos+1;
}
}
}
}
for (int pos=NW-1
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