前言

WindowManagerService是Android系统中重要的服务，它是WindowManager的管理者，WindowManagerService无论对于应用开发还是Framework开发都是重要的知识点，究其原因是因为WindowManagerService有很多职责，每个职责都会涉及重要且复杂的系统，这使得WindowManagerService就像一个十字路口的交通灯一样，没有了这个交通灯，十字路口就无法正常通车，WindowManagerService的职责只要有以下几点。

1）窗口管理
WindowManagerService是窗口的管理者，它负责窗口的启动、添加和删除，另外窗口的大小和层级也是由WMS进行管理的。窗口管理的核心成员由DisplayContent、WindowToken和WindowState。
2）窗口动画
窗口间进行切换时，使用窗口动画可以显得更炫一些，窗口动画由WMS的动画子系统来负责，动画子系统的管理者为WindowAnimator。
3）输入系统的中转站
通过对窗口的触摸从而产生触摸事件，InputManagerService(IMS)会对触摸事件进行处理，它会寻找一个最合适的窗口来处理触摸反馈信息，WindowManagerService是窗口的管理者，它作为输入系统的中转站再合适不过。
4）Surface管理
窗口并不具备绘制的功能，因此每个窗口都需要有一块Surface来供自己绘制，为每个窗口分配Surface时由WMS来完成的。

从上图可以看出WindowManagerService很复杂，与它关联的有窗口管理、窗口动画、输入系统和Surface，它们每一个都是重要且负责的系统，在具体讲述这些功能之前，我们需要先梳理一下WindowManagerService的启动流程，这样才能更好的理解这个服务。

一、SystemServer的启动WindowManagerService

1、系统启动后会启动JVM虚拟机，SystemServer 是虚拟机的第一个进程，由init 进程fork 产生。主要用来启动frameworks层中的服务。SystemServer进程里面有个main()方法，main 方法如下：

frameworks/base/service/java/com/android/server/SystemServer.java

public final class SystemServer {public static void main(String[] args) {new SystemServer().run();}
}

2、main 方法里启动了 run() 方法，而在 run 方法中调用了startOtherServices() 方法：

public final class SystemServer {private void run() {...代码省略...try {traceBeginAndSlog("StartServices");startBootstrapServices();//启动引导服务startCoreServices();//启动核心服务startOtherServices();//启动其他服务SystemServerInitThreadPool.shutdown();} catch (Throwable ex) {Slog.e("System", "******************************************");Slog.e("System", "************ Failure starting system services", ex);throw ex;} finally {traceEnd();}...代码省略...}
}

3、startOtherServices方法和WindowManagerService服务启动相关的代码如下所示。

public final class SystemServer {private ActivityManagerService mActivityManagerService;private boolean mOnlyCore;private boolean mFirstBoot;private void startOtherServices() {...代码省略...WindowManagerService wm = null;InputManagerService inputManager = null;...代码省略...boolean isWatch = context.getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_WATCH);...代码省略...traceBeginAndSlog("StartInputManagerService");inputManager = new InputManagerService(context);//创建InputManagerServicetraceEnd();traceBeginAndSlog("StartWindowManagerService");// WMS needs sensor service readyConcurrentUtils.waitForFutureNoInterrupt(mSensorServiceStart, START_SENSOR_SERVICE);mSensorServiceStart = null;//执行WMS的main方法，其内部会创建WMS对象实例wm = WindowManagerService.main(context, inputManager,mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL,!mFirstBoot, mOnlyCore, new PhoneWindowManager());//将WMS注册到服务管理器中        ServiceManager.addService(Context.WINDOW_SERVICE, wm, /* allowIsolated= */ false,DUMP_FLAG_PRIORITY_CRITICAL | DUMP_FLAG_PROTO);//将IMS注册到服务管理器中        ServiceManager.addService(Context.INPUT_SERVICE, inputManager,/* allowIsolated= */ false, DUMP_FLAG_PRIORITY_CRITICAL);traceEnd();traceBeginAndSlog("SetWindowManagerService");mActivityManagerService.setWindowManager(wm);traceEnd();traceBeginAndSlog("WindowManagerServiceOnInitReady");wm.onInitReady();traceEnd();...代码省略...        try {wm.displayReady();//初始化屏幕显示信息} catch (Throwable e) {reportWtf("making display ready", e);}...代码省略...      if (!isWatch) {traceBeginAndSlog("StartStatusBarManagerService");try {//状态栏管理服务statusBar = new StatusBarManagerService(context, wm);ServiceManager.addService(Context.STATUS_BAR_SERVICE, statusBar);} catch (Throwable e) {reportWtf("starting StatusBarManagerService", e);}traceEnd();}...代码省略...       try {wm.systemReady();//通知WMS，系统的初始化工作已经完成} catch (Throwable e) {reportWtf("making Window Manager Service ready", e);}...代码省略...       }
}     

二、WindowManagerService的启动

1、WindowManagerService的main方法如下

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService.java

public class WindowManagerService extends IWindowManager.Stubimplements Watchdog.Monitor, WindowManagerPolicy.WindowManagerFuncs {public static WindowManagerService main(final Context context, final InputManagerService im,final boolean haveInputMethods, final boolean showBootMsgs, final boolean onlyCore,WindowManagerPolicy policy) {DisplayThread.getHandler().runWithScissors(() ->//创建WMS对象实例sInstance = new WindowManagerService(context, im, haveInputMethods, showBootMsgs,onlyCore, policy), 0);return sInstance;}
}

DisplayThread的run方法中创建了WMS的实例，这就意味着WMS的创建是运行在android.display线程中的。
关于DisplayThread对象我们主要关注以下几点：
1）DisplayThread其实是一个名为android.display的单例前台线程。

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/DisplayThread.java

public final class DisplayThread extends ServiceThread {private static DisplayThread sInstance;private static Handler sHandler;private DisplayThread() {super("android.display", Process.THREAD_PRIORITY_DISPLAY + 1, false /*allowIo*/);}private static void ensureThreadLocked() {if (sInstance == null) {sInstance = new DisplayThread();sInstance.start();sInstance.getLooper().setTraceTag(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER);sHandler = new Handler(sInstance.getLooper());}}public static DisplayThread get() {synchronized (DisplayThread.class) {ensureThreadLocked();return sInstance;}}public static Handler getHandler() {synchronized (DisplayThread.class) {ensureThreadLocked();return sHandler;}}
}

DisplayThread线程主要用来处理需要低延时显示的相关操作，并只能由WindowManager、DisplayManager和InputManager实时执行快速操作。
2）DisplayThread调用静态方法getHandler返回一个Handler对象实例，并调用了该对象的runWithScissors方法。

frameworks/base/core/java/android/os/Handler.java

public class Handler {public final boolean runWithScissors(final Runnable r, long timeout) {if (r == null) {throw new IllegalArgumentException("runnable must not be null");}//对传入的Runnable的timeout进行判断，如果Runnable为null或者timeout小于0则抛出异常。if (timeout < 0) {throw new IllegalArgumentException("timeout must be non-negative");}//根据每个线程只有一个Looper的原理来判断当前线程（system_server线程）是否是Handler所指向的线程（android.display线程），如果是则直接执行Runnable的run方法。if (Looper.myLooper() == mLooper) {r.run();return true;}//否则调用BlockingRunnable的postAndWait方法，并将当前线程的Runnable作为参数传递进去。BlockingRunnable br = new BlockingRunnable(r);return br.postAndWait(this, timeout);}
}

runWithScissors方法会对传入的Runnable的timeout进行判断，如果Runnable为null或者timeout小于0则抛出异常；并根据每个线程只有一个Looper的原理来判断当前线程（system_server线程）是否是Handler所指向的线程（android.display线程），如果是则直接执行Runnable的run方法；否则调用BlockingRunnable的postAndWait方法，并将当前线程的Runnable作为参数传递进去。

3）BlockingRunnable是Handler的内部类。

public class Handler {private static final class BlockingRunnable implements Runnable {private final Runnable mTask;private boolean mDone;public BlockingRunnable(Runnable task) {mTask = task;}@Overridepublic void run() {try {mTask.run();//注释1} finally {synchronized (this) {mDone = true;notifyAll();}}}public boolean postAndWait(Handler handler, long timeout) {if (!handler.post(this)) {//注释2return false;}synchronized (this) {if (timeout > 0) {final long expirationTime = SystemClock.uptimeMillis() + timeout;while (!mDone) {long delay = expirationTime - SystemClock.uptimeMillis();if (delay <= 0) {return false; // timeout}try {wait(delay);} catch (InterruptedException ex) {}}} else {while (!mDone) {try {wait();//注释3} catch (InterruptedException ex) {}}}}return true;}}}

• 在注释2处将当前的BlockingRunnable添加到Handler的任务队列中，上面第3步我们知道runWithScissors方法的第二个参数为0，因此timeout等于0，这样如果mDone为false的话会一直调用注释3处的wait方法使得当前线程（system_server线程）进入等待状态。
• 在注释1处执行了传入的Runnable的run方法（运行在android.display线程中），执行完毕后finally代码块中将mDone设置为true，并调用noifyAll方法唤醒处于等待状态的线程，这样就不会继续调用注释3处的wait方法。

结合以上两点我们可以得出一个结论，system_server线程会一直等待android.display线程执行完毕才开始执行system_server线程，这是因为android.display线程内部执行了WMS的创建，而WMS的创建优先级要更高。

4、接下来我们来查看一下WMS的构造方法。

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService.java

    private WindowManagerService(Context context, InputManagerService inputManager,boolean haveInputMethods, boolean showBootMsgs, boolean onlyCore,WindowManagerPolicy policy) {...代码省略...mInputManager = inputManager; // 注释1...代码省略...mDisplayManager = (DisplayManager)context.getSystemService(Context.DISPLAY_SERVICE);mDisplays = mDisplayManager.getDisplays(); // 注释2for (Display display : mDisplays) {createDisplayContentLocked(display); // 注释3}...代码省略...mActivityManager = ActivityManager.getService(); // 注释4...代码省略...mAmInternal = LocalServices.getService(ActivityManagerInternal.class);...代码省略...mAnimator = new WindowAnimator(this); // 注释5mAllowTheaterModeWakeFromLayout = context.getResources().getBoolean(
com.android.internal.R.bool.config_allowTheaterModeWakeFromWindowLayout);LocalServices.addService(WindowManagerInternal.class, new LocalService());initPolicy(); // 注释6Watchdog.getInstance().addMonitor(this); // 注释7...代码省略...}

• 注释1处保存传递进来的IMS，这样WMS就持有了IMS的引用。
• 注释2处通过DisplayManager的getDisplay方法得到Display数组（每个显示设备都有一个Display实例），接着遍历Display数组。
• 注释3处的createDisplayContentLocked方法将Display封装成DisplayContent，DisplayContent用来描述一块屏幕。
• 注释4处得到AMS实例，并赋值给mActivityManager，这样WMS就持有了AMS的引用。
• 注释5处创建WindowAnimator，用于管理所有的窗口动画。
• 注释6处初始化了窗口管理策略的接口类WindowManagerPolicy（WMP），它用来定义一个窗口策略所要遵循的通用规范。
• 注释7处调用addMonitor方法将自身添加到watchdog中，Watchdog用来监控系统的一些关键服务的运行状况，这些被监控的服务都会实现Watchdog.Monitor接口。Watchdog每分钟都会对被监控的系统服务进行检查，如果被监控的系统服务出现了死锁，就会杀死Watchdog所在的进程，也就是SystemServer进程。

5、继续来看注释6处的initPolicy方法。

    private void initPolicy() {UiThread.getHandler().runWithScissors(new Runnable() {@Overridepublic void run() {WindowManagerPolicyThread.set(Thread.currentThread(), Looper.myLooper());mPolicy.init(mContext, WindowManagerService.this, WindowManagerService.this);//注释1}}, 0);}

initPolicy方法和此前讲的WMS的main方法的实现类似，在注释1处执行了WMP的init方法，WMP是一个接口，init方法具体在PhoneWindowManager（PWM）中实现。PWM的init方法运行在android.ui线程中，它的优先级要高于initPolicy方法所在的android.display线程，因此android.display线程要等PWM的init方法执行完毕后，处于等待状态的android.display线程才会被唤醒从而继续执行下面的代码。

三、WMS的创建过程的3个线程

上面WMS创建的过程中有提到3个线程，分别是system_server、android.display和android.ui，下图是关于这三个线程的三个步骤。

1）首先在system_server线程中执行了SystemServer的startOtherServices方法，在startOtherServices方法中会调用WMS的main方，main方法会创建WMS，创建的过程是在android.display线程中实现的，由于创建WMS的优先级更高，因此system_server线程要等WMS创建完成后，处于等待状态的system_server线程才会被唤醒从而继续执行下面的代码。

2）在WMS的构造方法中会调用WMS的initPolicy方法，在initPolicy方法中又会调用PWM的init方法，PWM的init方法在android.ui线程中运行，它的优先级要高于android.display线程，因此"android.display"线程要等PWM的init方法执行完毕后，处于等待状态的android.display线程才会被唤醒从而继续执行下面的代码。

3）PWM的init方法执行完毕后，android.display线程就完成了WMS的创建，等待的system_server线程被唤醒后继续执行WMS的main方法后的代码逻辑，比如在前面第二部分第2步的注释7的地方，WMS的displayReady方法用来初始化屏幕显示信息。

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