系列文章目录Android系统启动 ---- 主要流程类_MrDarly的博客-CSDN博客_android 启动类Android系统启动Zygote关系主要的类https://blog.csdn.net/weixin_68948960/article/details/125310042
Android系统开发 ----- 系统服务开发_MrDarly的博客-CSDN博客_android系统服务开发Android系统开发 系统服务开发https://blog.csdn.net/weixin_68948960/article/details/125427955
前言
日常Android应用开发过程中，没有去了解Android的组件，Activity、Dialog等等可以设置xml布局文件或者可以直接设置控件对象到界面上。哪么真正从设置控件到展示在屏幕上的流程和原理，我们认识多少呢？
当然日常应用开发不用了解这些，作为知识扩展还是可以了解一下：
WindowManagerService（WMS）系统服务做什么？
SurfaceFlinger Native服务做什么？
OpenGL ES 是什么？
FrameBuffer是什么？
等等，一系列的概念和名称我们都可以了解到。
一、记录的是什么
Android屏幕显示整体流程、涉及到了整体框架结构。
从应用层到系统Java FrameWork层，到系统Native FrameWork层，到系统独立服务SurfaceFlinger，到HAL标准设备接口层，到Kernel内核缓冲区层，到设备硬件显示缓冲区，进行图像展示。
由于涉及到了很多层级结构，各个层级又有不同的实现方案、导致整体流程在Android系统中晦涩难懂，代码来回穿插，更影响了逻辑梳理。
梳理了整体流程，细节上做了很多省略，基于AOSP 12 版本的代码逻辑进行梳理。
整体流程见下图：
上层应用端将控件全部都通过setContentView方法传递到了窗口PhoneWindow中。
下面开始介绍控件绘制之前做了哪些事情？开始绘制的时候都要进行哪些处理、这些处理都是如何实现、WindowManagerService、SurfaceFlinger、Surface、以及FrameBuffer有什么关系？通过下面篇章进行工作流程介绍。
整个过程可以配合上面流程图可以更便于理解
二、实现原理这里默认我们只有一个显示屏设备，不用做显示屏设备获取。
1.View显示之前的操作AOSP内部基础Activity中有主要两个方法在View展示前至关重要。
1、setContentView 将界面上的控件全部移交到PhoneWindow中进行处理
2、attach attach中创建PhoneWindow对象，将WindowManager管理类绑定到PhoneWindow对象中。 初始化和Activity相关的信息，比如：显示相关信息。
PhoneWindow中的setContentView功能如下：
1、installDecor，创建DecorView对象和ContentParent DecorView继承FrameLayout，是一个布局控件。根据不同feature创建ContentParent。
mDecor.onResourcesLoaded(mLayoutInflater, layoutResource)这个方法中，将布局id转换成View，然后通过addView将此View添加到DecorView中从，调用findViewById获取到了ContentParent。
2、mLayoutInflater.inflate，通过inflate将我们传递的xml转换成树形结构的View，并把ContentParent作为父节点。
比如我们传递的main_layout.xml，这里会将我们传递的xml进行解析，并将View按照控件层级放到DecorView中
2.应用端和WMS、SurfaceFlinger建立联系WindowManagerGlobal的addView方法
应用程序的生命周期在ActivityThread中被调用，onResume通过handleResumeActivity中的performResumeActivity方法进行调用，onResume调用完成后进入界面渲染流程。 从ActivityClientRecord对象中拿到当前的activity以及拿到绑定的WindowManager服务，拿到DecorView，将DecorView设置到WindowManager中。
每个Activity都对应一个WindowManager对象，对应一个DecorView对象，并且DecorView中持有该WindowManager（其实就是WindowManagerImpl实现类）对象。所以在ActivityThread中可以获取这些对象。最后调用的addView方法。就调用到了WindowManagerImpl实现类里面的WindowManagerGlobal单例对象中的addView方法中。
WindowManagerGlobal是个单例模式，在addView中首次添加会创建ViewRootImp，然后将DecorView添加到ViewRootImpl中。
在ViewRootImpl的setView中，设置信息完成后，调用requestLayout触发绘制流程。我们所熟悉的所有View都会有的回调方法。Measure，layout，draw方法。这一步可以确保View在添加到屏幕之前，已经完成测量和绘制。然后调用mWindowSession的addToDisplayAsUser()通知WindowManagerService添加窗口，这里涉及到跨进程通讯，方法最后，把DecorView的parent设置为ViewRootImp，这样做就是让ViewRootImp能管理整个ViewTree。
ViewRootImpl的setView方法
在ViewRootImpl的setView中分为两步，第一步调用requestLayout，第二步最后进行addWindow，由于内部Handle进行了挡板阻塞。所以可以看做是addWindow之后执行了requestLayout。 插入一个Runnable，保证在所有同步Message之前执行，保证View绘制优先级最高。
TraversalRunnable中包含申请Surface或者重新设置参数、调用测量、调用布局、调用更新window、调用绘制。 relayoutWindow主要是通过mWindowSession.relayout向WMS申请或者更新。WMS调用到了relayoutWindow进行重新布局。
针对应用层申请空白Surface，并回填的说明：
ViewRootImpl中先走了requestLayout（mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier()同步屏消息机制。对于异步的消息，Looper遍历队列找到异步消息进行执行，确保刷屏等高级任务及时执行，同步消息得不到处理，这就是同步屏障的原因），然后走了通过Session调用addToDisplayAsUser()方法mWindowSession.addToDisplayAsUser，调用到了WMS的addWindow方法中，进行SurfaceFlinger申请Surface。同步屏障通过Choreographer.postCallbackDelayedInternal方法调用到ViewRootImpl的TraversalRunnable中进行Surface重新设置。
通过IWindowManager，IWindowSession实现应用端和系统服务WindowManagerService进行跨进程通讯
1、WindowManager是一个java接口，实现类为WindowManagerImpl，和WindowManagerGlobal，配合IWindowManager获取主要通讯类。
2、IWindowManager是一个aidl文件， IWindowSession openSession(in IWindowSessionCallback callback)，WindowManagerGlobal中调用IWindowManager的openSession获取到IWindowSession对象。
3、IWindowSession是一个aidl文件，是ViewRootImpl和WindowManagerService之间进行跨进程通讯的工具类。
4、aidl是Android Interface Definition Language，Android接口定义语言
ViewRootImpl持有session，WindowManagerService也持有一个内存映射的session，进行跨进程通讯。 之后的流程就需要WindowManagerService和SurfaceFlinger进行配合工作
系统服务WindowManagerService（WMS）
WindowManagerService简称WMS，是一个重要的系统服务，用于窗口管理。从内部实现看，主要包含窗口的增加、删除、启动窗口、窗口动画、控制窗口大小和层级等功能
一个关键概念：Android的视图屏幕是层叠渲染。看到的是一层一层的控件。WMS为所有窗口分配Surface，掌管Surface的显示顺序。
WMS的addWindow方法。
ViewRootImpl通过session调用addToDisplayAsUser方法，WMS通过系统Session对象调用到了addWindow方法中。
该方法中有几个关键点：
A、加锁，不能重复进行一个窗口多次添加。
B、对于子窗口类型的处理。必须有父窗口，父窗口不能是子窗口类型，否则输出错误信息，停止窗口添加。
C、获取WindowToken，是窗口分组令牌，每个窗口有一个分组。
D、新建WindowState，是窗口状态令牌，和每个窗口一一对应。详细记录窗口的参数，控件的层级信息、状态等各种信息，放入到全局的Map中，并附加到对应窗口的分组中。
走到这里，所有的窗口管理以及回调通讯全部打通，应用端向WMS注册窗口的流程完成
系统一个独立至关重要的Native服务SurfaceFlinger
Session的windowAddedLocked方法。
WindowState调用attach向SurfaceFlinger申请Surface， 调用Session中的windowAddedLocked，创建SurfaceSession， SurfaceSession和WindowSession一一对应。SurfaceSession是WMS为应用端向SurfaceFlinger申请的通信通道。
其实SurfaceSession是个外壳，内部持有native对象，就是SurfaceComposerClient，SurfaceComposerClient是由SurfaceFlinger创建出来的。
位置：frameworks/base/core/jni/android_view_SurfaceSession.cpp
通过JNI代码可以看到SurfaceSession所拿到的其实就是SurfaceComposerClient 由上可以获得，APP和SurfaceComposerClient为一一对应关系。
系统一个独立至关重要的Native服务SurfaceFlinger中的关键类
位置： frameworks/native/libs/gui/SurfaceComposerClient.cpp frameworks/native/libs/gui/include/private/gui/ComposerService.h
SurfaceComposerClient是SurfaceFlinger服务通信的代理对象。
ComposerService为单例模式，负责与SurfaceFlinger建立binder链接。 SurfaceFlinger的binder对象就是ComposerService，ComposerService跨进程创建一个ISurfaceComposerClient对象，ISurfaceComposerClient代表了Surface在SurfaceFlinger端的代理。
位置： frameworks/native/services/surfaceflinger/SurfaceFlinger.cpp SurfaceFlinger为SurfaceComposerClient创建了一个Client，是一个Binder对象，这样SurfaceComposerClient可以通过Client来跟SurfaceFlinger进行跨进程通讯。
位置： frameworks/native/services/surfaceflinger/Client.cpp Client提供Surface的创建、销毁功能。 sp
系统一个独立至关重要的Native服务SurfaceFlinger 申请Surface
每个窗口都有一个WindowState，另外每个窗口都有自己的动画。relayoutWindow中初始化了WindowStateAnimator，通过createSurfaceControl方法获取到WindowSurfaceController，在WindowSurfaceController中通过builder对象获取SurfaceControl。
SurfaceControl会调用函数nativeCreate(session, name, w, h, format, flags)创建Surface。 SurfaceControl就是Surface在Java中的表示。 代码位置： frameworks/base/core/jni/android_view_SurfaceControl.cpp
位置： frameworks/native/libs/gui/SurfaceComposerClient.cpp 的createSurfaceChecked中调用createSurface方法
提取到SurfaceSession对象中的SurfaceComposerClient对象，之后调用createSurfaceChecked进一步创建SurfaceControl。
mClient其实是一个BpSurfaceComposerClient对象，是SurfaceFlinger端Client在WMS端的代理，因此创建Surface的代码还是在SurfaceFlinger服务端的Client对象中。 createSurfaceChecked方法中有两个至关重要的变量。
sp
当应用程序的Surface填充了数据，Native层的BufferQueue映射到了该数据，由SurfaceFlinger处理该数据。
注意：IGraphicBufferProducer就是Surface和BufferQueue交流的渠道，是一个Binder对象，Surface通过IGraphicBufferProducer跟BufferQueue申请和填充GraphicBuffer。
位置： frameworks/native/services/surfaceflinger/Client.cpp
Client直接调用SurfaceFlinger的createLayer方法创建一个图层。 SurfaceFlinger会根据不同的窗口参数，创建不同的图层。
可以看到图层最终对应的是BufferQueueLayer，BufferQueueLayer包含Handle和Producer对象信息。Handle是Surface的唯一标识，将来清理时候用。
Producer是BufferQueueProducer对象，关系到共享内存的分配问题。 终于得到了一个图层对象Surface。
BufferQueueLayer建立后，SurfaceFlinger会将图层对象信息传递给WMS，WMS根据图层对象信息，创建一个SurfaceControl对象，利用这个对象创建或更新JNI下的Surface。
位置 frameworks/base/core/java/android/view/Surface.java frameworks/base/core/jni/android_view_Surface.cpp
SurfaceFlinger已经为Surface创建了Layer，但Java中的Surface还是空壳，调用copyFrom对Surface进行完整实例化。
应用端Surface填充数据后会触发内存映射到QueueBuffer中，当QueueBuffer拿到数据时会请求Vsync进行刷新，这里SurfaceFlinger会调用onMessageInvalidate 方法
onMessageInvalidate主要处理的事情
1. 判断当前帧是否丢掉
2. handleMessageTransaction 处理layer或者display事务
3. handleMessageInvalidate 处理应用queue过来的Buffer
4. 帧率切换
5. 触发刷新流程
3.SurfaceFlinger处理数据handleMessageInvalidate 主要作用是执行 latchBuffer 去 acquire 应用queue过来的Buffer，然后拿到queueBuffer时设的Bufferslot一些状态属性给到BufferQueueLayer的mBufferInfo，同时还把这个Buffer做成EGLImage为后面的GPU合成做准备，期间都是数据之间的传递，所以说SurfaceFlinger并未真正触碰Buffer的内容。
对于OpenGL ES来说，SurfaceFlinger只能算是个“应用程序”，正是由于SurfaceFlinger没有真正接触Buffer内容导致如此。
4.进行界面数据展示
这里需要注意：
1、Composer模块也是属于HAL层，Android为场商自定UI合成提供的接口，Composer的直接使用者是SurfaceFlinger中的HWComposer。
2、HWComposer除了管理HAL的Composer模块外，还负责VSync信号的产生和控制（该信号可以由硬件产生，也可以通过软件模拟）
SurfaceFlinger并没有碰触到Buffer的真实数据，是将Buffer的数据通过GPU中的OpenGL ES模块进行绘制整理一个窗口，将绘制出来的Layer通过HAL层接口，将数据移交到Kernel的FrameBuffer中。
设备的显示存储区复制FrameBuffer中的数据。通过电压信号输出到显示区，我们就能看到对应图像。
多屏设备，Gralloc对应的两个模块各自递增。规定：gpu0和fb0是主屏，gpu1...和fb1...都属于副屏。
简单介绍下：OpenGL ES如何通过SurfaceFlinger绘制窗口，生成窗口数据
1：整个Android系统根据GUI设计理念，有两个本地窗口。OpenGL ES服务进程端的本地窗口定义为FramebufferNativeWindow，直接由SurfaceFlinger管理。应用程序进程初中包含多个窗口Surface，每个Surface所需要的图形缓冲区由SurfaceFlinger中的BufferQueue管理。
2：FramebufferNativeWindow的缓冲区直接从FrameBuffer中分配获得。Surface的缓冲区从内存中直接分配。两者的缓冲区都是经过Gralloc进行申请。
3：应用端的Surface通过SurfaceFlinger的GraphicBuffer配合OpenGL ES生成FramebufferNativeWindow，Kernel的FrameBuffer数据拷贝到硬件的缓冲区进行图形输出到屏幕。
总结
应用程序根据Activity或者Dialog等组件，进行系统内存分配，生成Surface本地界面，本地界面通过进程间通讯，将操作的Buffer一直向下传递，通过BufferQueue进行生产消费管理。 在SurfaceFlinger中输出GraphicBuffer到OpenGL ES模块，经OpenGL绘制图层生成FramebufferNativeWindow。 此时图层的缓冲区已经到了FrameBuffer中，在通过VSyncThread的同步机制进行双缓冲区替换。将FrameBuffer的缓冲区数据拷贝到硬件缓冲区，输出到屏幕。 整个流程完成。 注意：VSync同步信号是可以设置，无设置默认屏幕刷新率16.6ms。
