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WindowManagerService (WMS)

news 2025/9/9 10:00:28

WMS 是 Android 系统中一个极其重要的系统服务，它负责管理所有窗口的启动、添加、删除、更新、布局以及输入事件的分发等，可以说是 App 与用户交互的“总导演”

一. WindowManagerService 的启动过程

WMS 的启动遵循 Android 系统服务的标准启动流程，主要发生在 SystemServer 进程中

1）系统启动阶段：
① 手机启动时，Linux 内核启动后，会启动 Init 进程
② Init 进程会启动 Zygote 进程和 ServiceManager 进程
③ Zygote 进程孵化出 SystemServer 进程

2）SystemServer 主线程运行：
④ SystemServer 的 main() 方法被调用，它创建了一个 SystemServer 实例并调用其 run() 方法

3）启动引导服务：
⑤ 在 SystemServer 的 run() 方法中，会分阶段启动各种系统服务。WMS 属于引导服务，在 startBootstrapServices() 阶段之后，startOtherServices() 阶段中被启动

4）创建 WMS 实例：
⑥ 在 startOtherServices() 方法中，会调用 WindowManagerService.main() 这个静态方法。注意，这里不是直接 new 一个对象

// 代码位于：frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
private void startOtherServices() {...traceBeginAndSlog("InitWatchdog");final Watchdog watchdog = Watchdog.getInstance();watchdog.init(context, mActivityManagerService);traceEnd();traceBeginAndSlog("StartInputManagerService");inputManager = new InputManagerService(context);traceEnd();traceBeginAndSlog("StartWindowManagerService");// WMS 需要持有 IMS 的引用，因为窗口管理和输入事件分发密不可分wm = WindowManagerService.main(context, inputManager,mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL,!mFirstBoot, mOnlyCore, new PhoneWindowManager());ServiceManager.addService(Context.WINDOW_SERVICE, wm);ServiceManager.addService(Context.INPUT_SERVICE, inputManager);...// 设置 AMS 和 WMS 的相互引用mActivityManagerService.setWindowManager(wm);...// 初始化显示信息，非常重要wm.displayReady();...// 通知 WMS 系统初始化完成wm.systemReady();
}

5）WMS.main() 方法：
    ⑦ 这个静态方法是创建 WMS 实例的核心

// 代码位于：frameworks/base/services/java/com/android/server/wm/WindowManagerService.java
public static WindowManagerService main(final Context context,final InputManagerService im,final boolean haveInputMethods,final boolean showBootMsgs,final boolean onlyCore,WindowManagerPolicy policy) {// 创建主线程的 Handlerfinal WindowManagerService[] holder = new WindowManagerService[1];DisplayThread.getHandler().runWithScissors(() ->holder[0] = new WindowManagerService(context, im, haveInputMethods,showBootMsgs, onlyCore, policy), 0);return holder[0];
}

        ○ 这里的关键是 DisplayThread.getHandler().runWithScissors(...)。DisplayThread 是一个单例的系统级线程，专门用于处理需要低延迟的显示操作
        ○ 这意味着 WMS 的构造函数是在 DisplayThread 中执行的，而不是在 SystemServer 的主线程中。这是因为 WMS 的工作需要极高的响应速度，需要一个专用的线程来处理消息队列

​​​​6）WMS 构造函数：
⑧ 在构造函数中，WMS 完成了大量的初始化工作：
○ 创建关键对象：如 mH (主线程 Handler)、mWindowMap (存储所有窗口的 HashMap)、mSessions (存储所有应用连接的 ISession) 等
○ 创建窗口管理策略对象：mPolicy (如 PhoneWindowManager)，它负责定义窗口的层级、类型、行为等策略
○ 创建动画控制器：mAnimator，负责所有窗口动画
○ 创建显示控制器：mRoot (RootWindowContainer)，管理所有物理显示设备和上面的窗口根节点
○ 初始化输入事件分发：通过 InputManagerService 注册 InputMonitor，建立窗口与输入事件的联系
○ 开启消息循环：DisplayThread 开始处理消息队列

7）注册到 ServiceManager：
⑨ 创建成功后，SystemServer 调用 ServiceManager.addService(Context.WINDOW_SERVICE, wm)，将 WMS 注册到 Binder 机制中。这样，其他进程（如 App 进程）就可以通过 getSystemService(Context.WINDOW_SERVICE) 来获取 WMS 的 Binder 代理对象 (IWindowManager)，进而与 WMS 通信

总结启动流程：

SystemServer.main -> SystemServer.run -> startOtherServices -> WindowManagerService.main() -> (在 DisplayThread 中) new WindowManagerService() -> ServiceManager.addService() -> wm.displayReady() -> wm.systemReady()

二. WindowManagerService 的核心原理

1）架构与关键角色
  • WindowManagerService (服务端)：运行在 SystemServer 进程，是窗口管理的核心，负责所有窗口的增删改查、布局和渲染
  • WindowManagerGlobal / WindowManagerImpl (客户端)：运行在 App 进程，是 App 与 WMS 交互的代理。我们平时调用 getWindowManager() 或 windowManager 获取到的就是这个客户端对象
  • IWindowManager / IWindowSession (Binder 接口)：定义了 WMS 与客户端通信的协议。IWindowManager 用于进程间通信，IWindowSession 用于一个应用进程与 WMS 建立一个会话，一个进程只有一个 Session，但可以有多个 Window
  • SurfaceFlinger：另一个重要的系统服务，负责将各个窗口的 Surface 数据合成并最终渲染到屏幕上。WMS 管理窗口的层级和布局，而 SurfaceFlinger 管理像素数据
2）窗口添加过程（以 Activity 为例）
  1. App 请求添加窗口：
    ○ Activity 的 onCreate 中调用 setContentView
    ○ 该方法会创建 PhoneWindow 和 DecorView
    ○ 在 ActivityThread 的 handleResumeActivity 中，会调用 WindowManager.addView(decorView, params)
  2. 跨进程调用：
    ○ WindowManagerImpl.addView 会委托给 WindowManagerGlobal.addView
    ○ 在 WindowManagerGlobal 中，会通过 IWindowManager 创建一个 IWindowSession（如果还没有的话）
    ○ 然后调用 session.addToDisplay(...)，这是一个 Binder 调用，会切换到 WMS 所在的 DisplayThread 执行
  3. WMS 处理添加请求：
    ○ WMS.addWindow 方法被调用
    ○ 权限校验：检查该 App 是否有权限添加指定类型的窗口（如 TYPE_SYSTEM_ALERT）
    ○ 创建 WindowToken：针对不同的窗口类型（如应用窗口、子窗口、系统窗口）进行身份认证和归类
    ○ 创建 WindowState：WindowState 是 WMS 中表示一个窗口的核心对象，它包含了窗口的所有信息（如参数、令牌、父窗口等）。它被放入 mWindowMap 中管理
    ○ 创建 Surface：WMS 会请求 SurfaceFlinger 为这个新窗口分配一块图形缓冲区（Surface）。此时 Surface 是空的，但已经分配
    ○ 布局与计算：触发 performLayoutAndPlaceSurfacesLocked 流程：
    ◎ 计算窗口层级：根据 Z-order、窗口类型、启动顺序等，确定窗口在屏幕上的前后关系
    ◎ 计算窗口大小：根据 LayoutParams、屏幕尺寸、父窗口大小等，计算窗口的最终位置和尺寸
    ◎ 安排动画：如果需要，安排窗口显示的动画
  4. App 绘制 UI：
    ○ WMS 将创建好的 Surface 通过 IWindow 回调给 App 端的 ViewRootImpl
    ○ ViewRootImpl 获得 Surface 后，会启动 Choreographer 监听 VSYNC 信号
    ○ 当 VSYNC 信号到来时，ViewRootImpl 会遍历 DecorView，发起测量、布局、绘制流程
    ○ 绘制命令（SKIA/OpenGL）会被记录到 Surface 的 Canvas 或 EGLSurface 中
    ○ 绘制完成后，Surface 的内容被提交到 BufferQueue
  5. 合成与显示：
    ○ SurfaceFlinger 在下一个 VSYNC 信号到来时，会从所有窗口的 BufferQueue 中取出最新的图形缓冲区
    ○ 根据 WMS 提供的窗口层级信息（Z-order），将这些缓冲区进行混合（合成）
    ○ 最终将合成后的图像数据输出到帧缓冲区，显示在屏幕上
3）核心机制
  • 窗口层级管理：WMS 使用 Z-order 来管理窗口的上下叠加关系。Z-order 值越大的窗口，显示在越上面。应用窗口、子窗口、系统窗口都有其特定的基础 Z 序范围
  • 布局过程：performLayoutAndPlaceSurfacesLocked 是 WMS 的核心循环。它遍历所有 DisplayContent -> TaskStack -> Task -> ActivityRecord -> WindowState，依次为每个窗口计算其帧（Frame）。这个过程非常复杂，涉及到 WindowManagerPolicy 的干预
  • 输入事件分发：InputReader 从设备读取输入事件，交给 InputDispatcher。InputDispatcher 会查询 WMS，找到输入事件坐标位置下最顶层的、可获取焦点的窗口，然后将事件通过 InputChannel 发送给该窗口对应的应用进程
  • 动画管理：WMS 有一个专门的 Animator 线程，它负责执行所有窗口的动画（如打开/关闭、切换）。动画的本质是在每一帧中不断改变窗口的属性（如位置、透明度），并请求重新布局和渲染
  • Surface 管理：WMS 是 Surface 的“生命周期的管理者”。它决定何时为窗口分配 Surface，何时销毁或释放 Surface。Surface 的最终合成则由 SurfaceFlinger 负责

总结

方面描述
角色窗口的大管家，负责管理所有窗口的秩序（层级、布局、焦点、动画、输入）
启动由 SystemServer 在 startOtherServices 阶段，在专用的 DisplayThread 中创建，并注册到 ServiceManager
通信通过 Binder 机制（IWindowManager/IWindowSession）与客户端 App 交互
核心对象WindowState (服务端窗口对象)，Session (应用进程连接)，RootWindowContainer (显示设备管理)
协作服务AMS (管理Activity生命周期)，SurfaceFlinger (合成渲染Surface)，InputManagerService (分发输入事件)
核心流程添加窗口、布局、动画、输入事件分发、Surface 分配与管理

可以把 WMS 想象成舞台剧的导演，而每个 App 窗口是演员，Surface 是演员的表演区域，SurfaceFlinger 是舞台灯光和幕布控制。导演指挥演员何时上场、站什么位置、做什么动作（布局、动画），并告诉灯光师哪个演员在最前面（层级）。演员在自己的表演区域（Surface）表演（绘制），最后由灯光师（SurfaceFlinger）将所有演员的表演合成最终的画面呈现给观众（用户）


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