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3.Android Framework框架.md

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3.Android Framework框架

Framework框架

Framework定义了客户端组件和服务端组件功能及接口。

框架中包含三个主要部分，分别是服务端、客户端和Linux驱动。

服务端

服务端主要包含两个重要类，分别是WindowManagerService(WmS)和ActivityManagerService(AmS)。

WmS的作用是为所有应用程序分配窗口，并管理这些窗口。包括分配窗口的大小，调节各窗口的叠放次序，隐藏或显示窗口。

AmS的作用是管理所有应用程序中的Activity。

除此之外，在服务端还包括两个消息处理类:

  • KeyQ类：该类为WmS的内部类，继承与KeyInputQueue类，KeyQ对象一旦创建，就立即启动一个线程，该线程会不断地读取用户的UI操作信息，比如按键、触摸屏、trackball、鼠标等，并把这些消息放到一个消息队列QueueEvent类中。
  • InputDispatcherThread类：该类的对象一旦创建，也会立即启动一个线程，该线程会不断地从QueueEvent中取出用户消息，并进行一定的过滤，过滤后，再将这些消息发送给当前活动的客户端程序中。

客户端

客户端主要包括以下重要类：

  • ActivityThread类：该类为应用程序的主线程类，所有的APK程序都有且仅有一个ActivityThread类，程序的入口为该类中的static main()函数。ActivityThread是Android Framework中一个非常重要的类，它代表一个应用进程的主线程，其职责就是调度及执行在该线程中运行的四大组件。

    注意到此处的ActivityThread创建于SystemServer进程中。

    由于SystemServer中也运行着一些系统APK，例如framework-res.apk、SettingsProvider.apk等，因此也可以认为SystemServer是一个特殊的应用进程。

    AMS负责管理和调度进程，因此AMS需要通过Binder机制和应用进程通信。

    为此，Android提供了一个IApplicationThread接口，该接口定义了AMS和应用进程之间的交互函数。

  • Activity类：该类为APK程序中的一个最小运行单元，一个APK程序中可以包含多个Activity对象，ActivityThread类会根据用户操作选择运行哪个Activity对象。

  • PhoneWindow类：该类继承于Window类，同时，PhoneWindow类内部包含了一个DecorView对象。简而言之，PhoneWindow是把一个FrameLayout进行了一定的包装，并提供了一组通用的窗口操作接口。

  • Window类：该类提供了一组通用的窗口（Window)操作API，这里的窗口仅仅是程序层面上的，WmS所管理的窗口并不是Window类，而是一个View或者ViewGroup类，一般就是指DecorView类，即一个DecorView就是WmS所管理的一个窗口。Window是一个abstract类型。

  • DecorView类：该类是一个FrameLayout的子类，并且是PhoneWindow中的一个内部类。Decor的英文是Decoration，即”装饰“的意思，DecorView就是对普通的FrameLayout进行了一定的装饰，比如添加一个通用的Titlebar，并响应特定的按键消息等。

  • ViewRoot类：WmS管理客户端窗口时，需要通知客户端进行某种操作，这些都是通过异步消息完成的，实现的方式就是使用Handler，ViewRoot类就是继承于Handler，其作用主要是接收WmS的通知。

  • W类：该类继承于Binder，并且是ViewRoot的一个内部类。

  • WindowManager类：客户端要申请创建一个窗口，而具体创建窗口的任务是由WmS完成的，WindowManager类就像是一个部门经理，谁有什么需求就告诉它，由它和WmS进行交互，客户端不能直接和WmS进行交互。

Linux驱动

Linux驱动和Framework相关的主要包含两部分：

  • SurfaceFlingger（SF）驱动：每一个窗口都对应一个Surface，SF驱动的作用是把各个Surface显示在同一个屏幕上。
  • Binder驱动：Binder驱动的作用是提供进程间的消息传递。

APK程序的运行过程

  1. 首先，ActivityThread从main()函数开始执行，调用prepareMainLooper()为UI线程创建一个消息队列(MessageQueue)。
  2. 创建一个ActivityThread对象，在ActivityThread的初始化代码中会创建一个H（Handler）对象和一个ApplicationThread（Binder）对象。其中Binder负责接收远程AmS的IPC调用，接收到调用后，则通过Handler把消息发送到消息队列，UI主线程会异步地从消息队列中取出消息并执行相应的操作，比如start、stop、pause等。
  3. UI主线程调用Looper.loop()方法进入消息循环体，进入后就会不断地从消息队列中读取并处理消息。
  4. 当ActivityThread接收到AmS发送发送start某个Activity后，就会创建指定的Activity对象。Activity又会创建PhoneWindow类 ==》 DecorView类 ==》 创建相应的View或ViewGroup。创建完成后，Activity需要把创建好的界面显示到屏幕上，于是调用WindowManager类，后者于是创建一个ViewRoot对象，该对象实际上创建了ViewRoot类和W类，创建ViewRoot对象后，WindowManager再调用WmS提供的远程接口完成添加一个窗口并显示到屏幕上。
  5. 接下来，用户开始在程序界面上操作。KeyQ线程不断把用户消息存储到QueueEvent队列中，InputDispatch而Thread线程逐个去除消息，然后调用WmS中的相应函数处理该消息。当WmS发现该消息属于客户端某个窗口时，就会调用相应窗口的W接口。W类是一个Binder，负责接收WmS的IPC调用，并把调用消息传递给ViewRoot，ViewRoot再把消息传递给UI主线程ActivityThread，ActivityThread解析该消息并作出相应的处理。在客户端程序中，首先处理消息的是DecorView，如果DecorView不想处理某个消息，则可以将该消息传递给其内部包含的子View或者ViewGroup，如果还没有处理，则传递给PhoneWindow，最后再传递给Activity。

上面启动完后会有几个线程？ 每个Binder对象都对应一个线程，Activity启动后会创建一个ViewRoot.W对象，同时ActivityThread会创建一个ApplicationThread对象，这两个对象都继承于Binder，因此会启动两个线程，负责接收Binder驱动发送IPC调用。最后一个主要线程也就是程序本身所在的线程，也叫做用户交互（UI）线程，因为所有的处理用户消息，以及绘制界面的工作都在该线程中完成。

窗口相关概念

窗口、Window类、ViewRoot类以及W类的区别和联系：

  • 窗口（Window）：这是一个纯语义的说法，即程序员所看到的屏幕上的某个独立的界面，比如一个带有TitleBar的Activity界面、一个对话框、一个Menu菜单等，这些都称之为窗口。从WmS的角度来讲，窗口是接收用户消息的最小单元，WmS内部用特定的类表示一个窗口，以实现对窗口的管理。WmS接收到用户消息后，首先要判断这个消息属于哪个窗口，然后通过IPC调用把这个消息传递给客户端的ViewRoot类。
  • Window类：该类在android.view包中，是一个abstract类，该类是对包含有可视界面的窗口的一种包装，所谓的可视界面就是指各种View或者ViewGroup，一般可以通过res/layout目录下的xml文件描述。
  • ViewRoot类：该类是android.view包中，客户端申请创建窗口时需要一个客户端代理，用以和WmS进行交互，这个就是ViewRoot的功能，每个客户端的窗口都会对应一个ViewRoot类。ViewRoot类在Android2.2之后就被ViewRootImpl替换了。但是为了方便，后面还是会用ViewRoot类来介绍。
  • W类：该类是ViewRoot类的一个内部类，继承于Binder，用于想WmS提供一个IPC接口，从而让WmS控制窗口客户端的行为。

描述一个窗口之所以有这么多类的原因在于，窗口的概念存在于客户端和服务端（WmS）之中，客户端所理解的窗口和服务端理解的窗口是不同的，因此，在客户端和服务端会用不同的类来描述窗口。比如在客户端，用户能看到的窗口一般是View或者ViewGroup组成的窗口，而与Activity对应的窗口却是一个DecorView类，而具备常规Phone操作的接口却又是一个PhoneWindow类。所以无论是在客户端还是服务端，对窗口都有不同层面的抽象。

Context

Context在应用程序开发中会经常被使用，在一般的计算机书记中，Context被翻译为“上下文”，但是在Android中感觉翻译为“场景”更容易理解一些。

一个Context意味着一个场景，一个场景就是用户和操作系统交互的一种过程。比如当你打电话时，场景包括电话程序对应的界面以及隐藏在界面后的数据。当你看短信时，场景包括短信界面以及隐藏在后面的数据。这也就是为什么一个Activity就是一个Context，一个Service也是一个Context。因为Android程序员把“场景”抽象为Context类，他们认为用户和操作系统的每一次交互都是一个场景，比如打电话、发短信，这些都是有界面的场景，还有一些没有界面的场景，比如后台运行的服务（Service）。一个应用程序可以认为是一个工作环境，用户在这个工作环境汇总会切换到不同的场景，这就像一个前台秘书，她可能需要接待客人，可能要打印文件，还可能要接听客户电话，而这些就称之为不同的场景，前台秘书可称之为一个应用程序。

Context的创建

在创建Application、Activity、Service时，AmS通过远程调用到ActivityThread的bindApplication()方法或ActivityThread的scheduleLaunchActivity()或ActivityThread.scheduleCreateService()方法，这里面会去创建ContextImpl并初始化。