Android2.3之前中的Surface系统

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 {

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) {

//client是SurfaceComposerClient，返回的surface是一个SurfaceControl

//真得很复杂！

surface = client->createSurface(pid, dpy, w, h, format, flags);

} else {

const jchar* str = env->GetStringCritical(jname, 0);

const String8 name(str, env->GetStringLength(jname));

env->ReleaseStringCritical(jname, str);

surface = client->createSurface(pid, name, dpy, w, h, format, flags);

}

//把surfaceControl信息设置到Surface对象中

setSurfaceControl(env, clazz, surface);

}

static void setSurfaceControl(JNIEnv* env, jobject clazz,

const sp<SurfaceControl>& surface)

{

SurfaceControl* const p =

(SurfaceControl*)env->GetIntField(clazz, so.surfaceControl);

if (surface.get()) {

surface->incStrong(clazz);

}

if (p) {

p->decStrong(clazz);

}

env->SetIntField(clazz, so.surfaceControl, (int)surface.get());

}

[--->Surface_copyFrom]

static void Surface_copyFrom(

JNIEnv* env, jobject clazz, jobject other)

{

const sp<SurfaceControl>& surface = getSurfaceControl(env, clazz);

const sp<SurfaceControl>& rhs = getSurfaceControl(env, other);

if (!SurfaceControl::isSameSurface(surface, rhs)) {

setSurfaceControl(env, clazz, rhs);

//把本地那个surface的surfaceControl对象转移到outSurface上

}

}

这里仅仅是surfaceControl的转移，但是并没有看到Surface相关的信息。

那么Surface在哪里创建的呢？为了解释这个问题，我使用了终极武器，aidl。

1 终极武器AIDL

aidl可以把XXX.aidl文件转换成对应的java文件。我们刚才调用的是WindowSession的

relayOut函数。如下：

sWindowSession.relayout(

mWindow, params,

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

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

viewVisibility, insetsPending, mWinFrame,

mPendingContentInsets, mPendingVisibleInsets,

mPendingConfiguration, mSurface);

它的aidl文件在framework/base/core/java/android/view/IWindowSession.aidl中

interface IWindowSession {

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

in int viewVisibility, out Rect outContentInsets);

void remove(IWindow window);

//注意喔，这个outSurface前面的是out，表示输出参数，这个类似于C++的引用。

int relayout(IWindow window, in WindowManager.LayoutParams attrs,

int requestedWidth, int requestedHeight, int viewVisibility,

boolean insetsPending, out Rect outFrame, out Rect outContentInsets,

out Rect outVisibleInsets, out Configuration outConfig,

out Surface outSurface);

刚才说了，JNI及其JAVA调用只是copyFrom了SurfaceControl对象到outSurface中，但是没看到哪里创建Surface。这其中的奥秘就在aidl文件编译后生成的java文件中。

你在命令行下可以输入：

aidl -Id:\android-2.2-froyo-20100625-source\source\frameworks\base\core\java\ -Id:\android-2.2-froyo-20100625-source\source\frameworks\base\Graphics\java d:\android-2.2-froyo-20100625-source\source\frameworks\base\core\java\android\view\IWindowSession.aidl test.java

以生成test.java文件。-I参数指定include目录，例如aidl有些参数是在别的java文件中指定的，那么这个-I就需要把这些目录包含进来。

先看看ViewRoot这个客户端生成的代码是什么。

public int relayout(

android.view.IWindow window,

android.view.WindowManager.LayoutParams attrs,

int requestedWidth, int requestedHeight,

int viewVisibility, boolean insetsPending,

android.graphics.Rect outFrame,

android.graphics.Rect outContentInsets,

android.graphics.Rect outVisibleInsets,

android.content.res.Configuration outConfig,

android.view.Surface outSurface) ---->outSurface是第11个参数

throws android.os.RemoteException

{

android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();

android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();

int _result;

try {

_data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);

_data.writeStrongBinder((((window!=null))?(window.asBinder()):(null)));

if ((attrs!=null)) {

_data.writeInt(1);

attrs.writeToParcel(_data, 0);

}

else {

_data.writeInt(0);

}

_data.writeInt(requestedWidth);

_data.writeInt(requestedHeight);

_data.writeInt(viewVisibility);

_data.writeInt(((insetsPending)?(1):(0)));

//奇怪，outSurface的信息没有写到_data中。那.....

mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_relayout, _data, _reply, 0);

_reply.readException();

_result = _reply.readInt();

if ((0!=_reply.readInt())) {

outFrame.readFromParcel(_reply);

}

....

if ((0!=_reply.readInt())) {

outSurface.readFromParcel(_reply); //从Parcel中读取信息来填充outSurface

}

}

finally {

_reply.recycle();

_data.recycle();

}

return _result;

}

真奇怪啊，Binder客户端这头竟然没有把outSurface的信息发过去。我们赶紧看看服务端。

服务端这边处理是在onTranscat函数中。

@Override public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) throws android.os.RemoteException

{

switch (code)

{

case TRANSACTION_relayout:

{

data.enforceInterface(DESCRIPTOR);

android.view.IWindow _arg0;

android.view.Surface _arg10;

//刚才说了，Surface信息并没有传过来，那么我们在relayOut中看到的outSurface是怎么

//出来的呢？看下面这句，原来在服务端这边竟然new了一个新的Surface！！！

_arg10 = new android.view.Surface();

int _result = this.relayout(_arg0, _arg1, _arg2, _arg3, _arg4, _arg5, _arg6, _arg7, _arg8, _arg9, _arg10);

reply.writeNoException();

reply.writeInt(_result);

//_arg10是copyFrom了，那怎么传到客户端呢？

if ((_arg10!=null)) {

reply.writeInt(1);//调用Surface的writeToParcel，把信息加入reply

_arg10.writeToParcel(reply, android.os.Parcelable.PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE);

}

return true;

}

太诡异了！竟然有这么多花花肠子。我相信如果没有aidl的帮助，我无论如何也不会知道这其中的奥妙。

那好，我们的流程明白了。

l客户端虽然传了一个surface，但其实没传递给服务端

l

服务端调用writeToParcel，把信息写到Parcel中，然后数据传回客户端

l

客户端调用Surface的readFromParcel，获得surface信息。

那就去看看writeToParcel吧。

[---->Surface_writeToParcel]

static void Surface_writeToParcel(

JNIEnv* env, jobject clazz, jobject argParcel, jint flags)

{

Parcel* parcel = (Parcel*)env->GetIntField(

argParcel, no.native_parcel);

const sp<SurfaceControl>& control(getSurfaceControl(env, clazz));

//还好，只是把数据序列化到Parcel中

SurfaceControl::writeSurfaceToParcel(control, parcel);

if (flags & PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE) {

setSurfaceControl(env, clazz, 0);

}

}

那看看客户端的Surface_readFromParcel吧。

[----->Surface_readFromParcel]

static void Surface_readFromParcel(

JNIEnv* env, jobject clazz, jobject argParcel)

{

Parcel* parcel = (Parcel*)env->GetIntField( argParcel, no.native_parcel);

//客户端这边还没有surface呢

const sp<Surface>& control(getSurface(env, clazz));

//不过我们看到希望了，根据服务端那边Parcel信息来构造一个新的surface

sp<Surface> rhs = new Surface(*parcel);

if (!Surface::isSameSurface(control, rhs)) {

setSurface(env, clazz, rhs); //把这个新surface赋给客户端。终于我们有了surface！

}

}

到此，我们终于七拐八绕的得到了surface，这其中经历太多曲折了。下一节，我们将精简这其中复杂的操作，统一归到Native层，以这样为切入点来了解Surface的工作流程和原理。

好，反正你知道ViewRoot调用了relayout后，Surface就真正从WindowManagerService那得到了。继续回到ViewRoot，其中还有一个重要地方是我们知道却不了解的。

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 {

relayoutResult = relayoutWindow(params, viewVisibility, insetsPending);

// relayoutWindow完后，我们得到了一个无比宝贵的Surface

//那我们画界面的地方在哪里？就在这个函数中，离relayoutWindow不远处。

....

boolean cancelDraw = attachInfo.mTreeObserver.dispatchOnPreDraw();

if (!cancelDraw && !newSurface) {

mFullRedrawNeeded = false;

draw(fullRedrawNeeded); //draw?draw什么呀？

}

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

private void draw(boolean fullRedrawNeeded) {

Surface surface = mSurface; //嘿嘿，不担心了，surface资源都齐全了

if (surface == null || !surface.isValid()) {

return;

}

if (mAttachInfo.mViewScrollChanged) {

mAttachInfo.mViewScrollChanged = false;

mAttachInfo.mTreeObserver.dispatchOnScrollChanged();

}

int yoff;

final boolean scrolling = mScroller != null && mScroller.computeScrollOffset();

if (scrolling) {

yoff = mScroller.getCurrY();

} else {

yoff = mScrollY;

}

if (mCurScrollY != yoff) {

mCurScrollY = yoff;

fullRedrawNeeded = true;

}

float appScale = mAttachInfo.mApplicationScale;

boolean scalingRequired = mAttachInfo.mScalingRequired;

Rect dirty = mDirty;

if (mUseGL) { //我们不用OPENGL

...

}

Canvas canvas;

try {

int left = dirty.left;

int top = dirty.top;

int right = dirty.right;

int bottom = dirty.bottom;

//从Surface中锁定一块区域，这块区域是我们认为的需要重绘的区域

canvas = surface.lockCanvas(dirty);

// TODO: Do this in native

canvas.setDensity(mDensity);

}

try {

if (!dirty.isEmpty() || mIsAnimating) {

long startTime = 0L;

try {

canvas.translate(0, -yoff);

if (mTranslator != null) {

mTranslator.translateCanvas(canvas);

}

canvas.setScreenDensity(scalingRequired

? DisplayMetrics.DENSITY_DEVICE : 0);

//mView就是之前的decoreView,

mView.draw(canvas);

}

} finally {

//我们的图画完了，告诉surface释放这块区域

surface.unlockCanvasAndPost(canvas);

}

if (scrolling) {

mFullRedrawNeeded = true;

scheduleTraversals();

}

}

看起来，这个surface的用法很简单嘛：

llockSurface，得到一个画布Canvas

l调用View的draw，让他们在这个Canvas上尽情绘图才。另外，这个View会调用所有它的子View来画图，最终会进入到View的onDraw函数中，在这里我们可以做定制化的界面美化工作。当然，如果你想定制化整个系统画图的话，完全可以把performTranvsal看懂，然后再修改。

l

unlockCanvasAndPost，告诉Surface释放这块画布

当然，这几个重要函数调用干了具体的活。这些重要函数，我们最终会精简到Native层的。

2 总结

到这里，你应该知道了一个Activity中，调用setContentView后它如何从系统中获取一块Surface，以及它是如何使用这个Surface的了。不得不说，关于UI这块，Android绝对是够复杂的。难怪2.3把UI这块代码基本重写一遍，希望能够简单精炼点。