【窗口】分层角度来整体地理解 Android 窗口系统

好的，你想从 分层角度 来整体地理解 Android 窗口系统中 WindowState 所处的位置，以及 App → Framework → SurfaceFlinger → HWC 的整个链路。
我会按 应用层（App）→ Framework 层 → SurfaceFlinger → SoC 硬件层（HWComposer） 逐层讲解涉及的主要类和它们的作用，并把它们串成一个完整的流程。

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1. 应用层（App 层）

App 层是开发者写的应用所在的用户进程，这一层的窗口相关类主要包括：

类/接口	作用
Activity / Dialog / PopupWindow	这些是 Android UI 元素的入口，最终都会作为一个窗口向系统申请显示。
View / ViewGroup	构成 UI 树，ViewRootImpl 会管理它们的绘制和事件分发。
ViewRootImpl	应用窗口与系统的桥梁，负责将 绘制请求 / 输入事件 在 App 与 WindowManagerService 之间传递。会通过 Binder 调用 IWindowSession 接口来添加、更新窗口。
Window（抽象类） / PhoneWindow	描述窗口顶层容器，PhoneWindow 是 Activity 默认实现，用来装载 View 树。
WindowManager	应用端管理窗口的入口 API，内部通过 WindowManagerGlobal 和 IWindowSession 进行 IPC 调用系统服务。
IWindow（Binder 接口）	系统回调应用的窗口对象，例如通知绘制、布局变化、输入事件等。
IWindowSession（Binder 接口）	App 通过它向 WMS 请求添加、更新、移除窗口。

作用总结：

• App 层负责构建 View 树和窗口布局参数，通过 WindowManager 调用 WindowManagerService 请求系统创建窗口。
• ViewRootImpl 既接收系统回调进行绘制，也将 App 端 Layout/Draw 请求交给 Choreographer → RenderThread → Surface。

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2. Framework 层（系统服务进程 System Server）

Framework 层运行在 System Server 进程，提供窗口管理核心功能，主要类如下：

类	作用
WindowManagerService (WMS)	Window 管理核心服务，接收 App 端请求，为每个窗口创建一个 WindowState 实例，负责窗口布局、层级、可见性管理、输入区域管理等。
WindowState	表示单个窗口在系统中的状态，包含布局参数、可见状态、Surface 句柄等信息。
WindowToken	一组相关窗口的标识（例如同一个 Activity 的主窗口和子窗口共享一个 Token）。
DisplayContent	一块物理显示屏上的全部窗口的容器。
Session	IWindowSession 的系统端实现，代表 App 与 WMS 的连接会话。
SurfaceControl	Framework 控制 SurfaceFlinger 创建 / 更新图层的入口类。
Surface	App 用来绘制内容的对象，与 SurfaceControl 创建的 BufferQueue 对接。
InputManagerService / InputDispatcher	接收底层输入事件，将事件分发到对应的窗口。
WindowStateAnimator	管理单个窗口的 Surface 和动画，包括创建、销毁 Surface、应用屏幕旋转、动画过渡等。

作用总结：

• Framework 层是窗口管理的“大脑”，通过 WMS 协调所有窗口状态。
• 通过 SurfaceControl 向 SurfaceFlinger 注册图层，并维持 App → 图层 → 显示的映射关系。
• 控制输入事件和窗口的焦点。
• 与 ActivityManagerService 协作决定窗口是否显示（Activity 生命周期）。

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3. SurfaceFlinger 层（系统渲染合成进程）

SurfaceFlinger 是一个独立的系统服务进程，负责所有 Layer（图层）的最终合成与输出到显示屏。

类	作用
SurfaceFlinger	主服务类，接收 Framework 发来的 Layer 操作，管理所有显示屏上的 Layer Tree，并调用硬件合成接口。
Layer	SurfaceFlinger中实际绘制的图层对象，对应 Framework 的 SurfaceControl。
BufferQueue	一对生产者（App / RenderThread）和消费者（SurfaceFlinger）的缓冲队列，App 在生产者端绘制，SF 在消费者端合成。
DisplayDevice	表示一个物理显示设备（屏幕），绑定到一个 Layer Stack。
RenderEngine	如果硬件不能直接合成，会调用 OpenGL ES 或 Vulkan 渲染来合成图层。
HWComposer 接口	与硬件抽象层的 HWComposer 通信，请求硬件合成不同的 Layer。

作用总结：

• SurfaceFlinger 是最终画面合成器，从 BufferQueue 中取出最新的所有 Layer Buffer，根据 Z-order、透明度等信息合成。
• 对能用硬件合成的 Layer 调用 HWC，降低 CPU/GPU 使用。
• 维护 VSync 时间轴，驱动 App 绘制节奏。

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4. SoC 硬件层（HAL 层 HWComposer）

HWComposer 是硬件抽象层的模块，由 SoC 厂商实现（通常是 GPU/显示控制驱动），提供硬件加速的 Layer 合成能力。

组件	作用
hwcomposer HAL	定义标准接口（prepare() / set()），SurfaceFlinger 调用它来让硬件合成图层。
显示控制器（Display Controller）	在硬件中将不同的 Layer 混合输出到屏幕。显示控制器可能支持多 plane（Overlay），能在不使用 GPU 的情况下合成 UI / 视频等。
GPU	如果硬件合成限制，交给 GPU 来进行图形渲染合成。
VSync 信号源	硬件产生的垂直同步信号，用来驱动 SurfaceFlinger / App 绘制节奏。

作用总结：

• HWComposer 通过 Overlay 或硬件 mixer 将 Layer 合并为一帧，减少软件合成开销。
• 提供 VSync 回调来驱动帧同步。
• 不同厂商可以优化 Layer 合成路径（例如视频用独立 plane，UI 用 GPU 渲染）。

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完整链路描述

窗口创建 & 绘制的流程：

1. App 层发起窗口创建
   Activity 启动，PhoneWindow 构建 View 树 → WindowManager.addView() → IWindowSession.add() Binder 调用。

2. Framework 层管理窗口

   • WMS 在 System Server 创建 WindowState，设置 LayoutParams、显示层级等。
   • WMS 调用 SurfaceControl 创建 Layer，对应的 BufferQueue 在 App 端可用。

3. App 绘制内容

   • App 在 ViewRootImpl 中通过 Surface 拿到 BufferQueue 的生产端，渲染 View 树到 Buffer（通常通过 Canvas 或硬件加速）。
   • Buffer 进入队列等待 SurfaceFlinger 消费。

4. SurfaceFlinger 合成

   • 接收来自多个窗口的 Buffer，按照 Z-order、透明度处理。
   • 调用 HWComposer prepare() 确定哪些 Layer 走硬件 Overlay，哪些走 GPU 合成。
   • set() 提交合成结果到显示硬件。

5. 硬件显示

   • Display Controller 或 GPU 完成最后的像素混合并输出到屏幕。
   • 硬件发送 VSync 信号 → SurfaceFlinger 通知 App 绘制下一帧。

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💡 总结：

• App 层：负责构建和渲染窗口内容 (ViewRootImpl / WindowManager)。
• Framework 层：负责窗口管理、布局、输入及 SurfaceControl 操作 (WindowManagerService / WindowState)。
• SurfaceFlinger：负责全局图层合成，调用 HWComposer。
• HWComposer / SoC 层：利用硬件加速高效合成并输出显示。

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如果你愿意，我可以帮你画一个 垂直分层的架构图，把这些类和作用按层直观地连起来，你觉得要画吗？这样比文字更容易记住整个链路。