Android窗口管理服务WindowManagerService显示Activity组件的启动窗口（Starting Window）的过程分析

   在Android系统中，Activity组件在启动之后，并且在它的窗口显示出来之前，可以显示一个启动窗口。这个启动窗口可以看作是Activity组件的预览窗口，是由WindowManagerService服务统一管理的，即由WindowManagerService服务负责启动和结束。在本文中，我们就详细分析WindowManagerService服务启动和结束Activity组件的启动窗口的过程。

       Activity组件的启动窗口是由ActivityManagerService服务来决定是否要显示的。如果需要显示，那么ActivityManagerService服务就会通知WindowManagerService服务来为正在启动的Activity组件显示一个启动窗口，而WindowManagerService服务又是通过窗口管理策略类PhoneWindowManager来创建这个启动窗口的。这个过程如图1所示。

图1 Activity窗口的启动窗品的创建过程

       窗口管理策略类PhoneWindowManager创建完成Activity组件的启动窗口之后，就会请求WindowManagerService服务将该启动窗口显示出来。当Activity组件启动完成，并且它的窗口也显示出来的时候，WindowManagerService服务就会结束显示它的启动窗口。

       注意，Activity组件的启动窗口是由ActivityManagerService服务来控制是否显示的，也就是说，Android应用程序是无法决定是否要要Activity组件显示启动窗口的。接下来，我们就分别分析Activity组件的启动窗口的显示和结束过程。

       一. Activity组件的启动窗口的显示过程

       从前面Android应用程序启动过程源代码分析一文可以知道，Activity组件在启动的过程中，会调用ActivityStack类的成员函数startActivityLocked。注意，在调用ActivityStack类的成员函数startActivityLocked的时候，Actvitiy组件还处于启动的过程，即它的窗口尚未显示出来，不过这时候ActivityManagerService服务会检查是否需要为正在启动的Activity组件显示一个启动窗口。如果需要的话，那么ActivityManagerService服务就会请求WindowManagerService服务为正在启动的Activity组件设置一个启动窗口。这个过程如图2所示。

图2 Activity组件的启动窗口的显示过程

      这个过程可以分为6个步骤，接下来我们就详细分析每一个步骤。

      Step 1. ActivityStack.startActivityLocked

       这个函数定义在文件frameworks/base/services/java/com/android/server/am/ActivityStack.java中。

       参数r描述的就是正在启动的Activity组件，而参数newTask和doResume描述的是是否要将该Activity组件放在一个新的任务中启动，以及是否要马上将该Activity组件启动起来。

       ActivityStack类的成员变量mHistory指向的是一个ArrayList，它描述的便是系统的Activity组件堆栈。ActivityStack类的成员函数startActivityLocked首先找到正在启动的Activity组件r在系统的Activity组件堆栈中的位置addPos，然后再将正在启动的Activity组件r保存在这个位置上。

       变量NH记录的是将正在启动的Activity组件r插入到系统的Activity组件堆栈中之前系统中已经启动了的Activity组件的个数。如果变量NH的值大于0，那么就说明系统需要执行一个Activity组件切换操作，即需要在系统当前激活的Activity组件和正在启动的Activity组件r之间执行一个切换操作，使得正在启动的Activity组件r成为系统接下来要激活的Activity组件。在切换的过程，需要显示切换动画，即给系统当前激活的Activity组件显示一个退出动画，而给正在启动的Activity组件r显示一个启动动画，以及需要为正在启动的Activity组件r显示一个启动窗口。另一方面，如果变量NH的值等于0，那么系统就不需要执行Activity组件切换操作，或者为为正在启动的Activity组件r显示一个启动窗口，这时候只需要为正在启动的Activity组件r创建一个窗口令牌即可。

      ActivityStack类的成员变量mService指向的是一个ActivityManagerService对象，这个ActivityManagerService对象就是系统的Activity组件管理服务，它的成员变量mWindowManager指向的是一个WindowManagerService对象，这个WindowManagerService对象也就是系统的Window管理服务。通过调用WindowManagerService类的成员函数addAppToken就可以为正在启动的Activity组件r创建一个窗口令牌，这个过程可以参考前面Android窗口管理服务WindowManagerService对窗口的组织方式分析一文。

      在变量NH的值大于0的情况下，ActivityStack类的成员函数startActivityLocked首先检查用来运行Activity组件r的进程是否已经启动起来了。如果已经启动起来，那么用来描述这个进程的ProcessRecord对象proc的值就不等于null，并且这个ProcessRecord对象proc的成员变量thread的值也不等于null。如果用来运行Activity组件r的进程还没有启动起来，或者Activity组件r需要运行在一个新的任务中，那么变量showStartingIcon的值就会等于true，用来描述在系统当前处于激活状态的Activity组件没有启动窗口的情况下，要为Activity组件r创建一个新的启动窗口，否则的话，就会将系统当前处于激活状态的Activity组件的启动窗口复用为Activity组件r的启动窗口。

       系统当前处于激活状态的Activity组件是通过ActivityStack类的成员变量mResumedActivity来描述的，它的启动窗口可以复用为Activity组件r的启动窗口还需要满足两个额外的条件：

       1. Activity组件mResumedActivity与Activity组件r运行在同一个任务中，即它们的成员变量task指向的是同一个TaskRecord对象；

       2. Activity组件mResumedActivity当前是不可见的，即它的成员变量nowVisible的值等于false。

       这两个条件意味着Activity组件mResumedActivity与Activity组件r运行在同一个任务中，并且Activity组件mResumedActivity的窗口还没有显示出来就需要切换到Activity组件r去。

       ActivityStack类的静态成员变量SHOW_APP_STARTING_PREVIEW是用描述系统是否可以为正在启动的Activity组件显示启动窗口，只有在它的值等于true，以及正在启动的Activity组件的窗口接下来是要显示出来的情况下，即变量doShow的值等于true，ActivityManagerService服务才会请求WindowManagerService服务为正在启动的Activity组件设置启动窗口。

       一般来说，一个正在启动的Activity组件的窗口接下来是需要显示的，但是正在启动的Activity组件可能会设置一个标志位，用来通知ActivityManagerService服务在它启动的时候，对它运行在的任务进行重置。一个任务被重置之后，可能会导致其它的Activity组件转移到这个任务中来，并且位于位于这个任务的顶端。在这种情况下，系统接下来要显示的窗口就不是正在启动的Activity组件的窗口的了，而是位于正在启动的Activity组件所运行在的任务的顶端的那个Activity组件的窗口。正在启动的Activity组件所运行在的任务同时也是一个前台任务，即它顶端的Activity组件就是系统Activity组件堆栈顶端的Activity组件。

       调用参数r所指向一个ActivityRecord对象的成员变量intent所描述的一个Intent对象的成员函数getFlags就可以获得正在启动的Activity组件的标志值，当这个标志值的FLAG_ACTIVITY_RESET_TASK_IF_NEEDED位等于1的时候，就说明正在启动的Activity组件通知ActivityManagerService服务对它运行在的任务进行重置。重置一个任务是通过调用ActivityStack类的成员函数resetTaskIfNeededLocked来实现的。重置了正在启动的Activity组件所运行在的任务之后，再调用ActivityStack类的成员函数topRunningNonDelayedActivityLocked来检查位于系统Activity组件堆栈顶端的Activity组件是否就是正在启动的Activity组件，就可以知道正在启动的Activity组件的窗口接下来是否是需要显示的。如果需要显示的话，那么变量doShow的值就等于true。

       ActivityManagerService服务请求WindowManagerService服务为正在启动的Activity组件设置启动窗口是通过调用WindowManagerService类的成员函数setAppStartingWindow来实现的。注意，ActivityManagerService服务在请求WindowManagerService服务为正在启动的Activity组件设置启动窗口之前，同样会调用WindowManagerService类的成员函数addAppToken来创建窗口令牌。

       ActivityManagerService服务请求WindowManagerService服务为正在启动的Activity组件设置启动窗口之后，如果参数doResume的值等于true，那么就会调用ActivityStack类的成员函数resumeTopActivityLocked继续执行启动参数r所描述的一个Activity组件的操作，这个过程可以参考前面Android应用程序启动过程源代码分析一文。

       接下来，我们就继续分析WindowManagerService类的成员函数setAppStartingWindow的实现，以便可以了解WindowManagerService服务是如何为正在启动的Activity组件设置启动窗口的。

       Step 2. WindowManagerService.setAppStartingWindow

       WindowManagerService类的成员函数setAppStartingWindow定义在文件frameworks/base/services/java/com/android/server/WindowManagerService.java中，它的实现比较长，我们分段来阅读：

       参数token描述的是要设置启动窗口的Activity组件，而参数transferFrom描述的是要将启动窗口转移给Activity组件token的Activity组件。从Step 1可以知道，这两个Activity组件是运行在同一个任务中的，并且参数token描述的Activity组件Activity组件是正在启动的Activity组件，而参数transferFrom描述的Activity组件是系统当前激活的Activity组件。

       这段代码首先调用WindowManagerService类的成员函数findAppWindowToken来获得与参数token对应的一个类型为AppWindowToken的窗口令牌wtoken。如果这个AppWindowToken对象的成员变量startingData的值不等于null，那么就说明参数token所描述的Activity组件已经设置过启动窗口了，因此，WindowManagerService类的成员函数setAppStartingWindow就不用往下处理了。

       这段代码还会检查系统屏幕当前是否处于冻结状态，即WindowManagerService类的成员变量mDisplayFrozen的值是否等于true，或者系统屏幕当前是否处于黑屏状态，即indowManagerService类的成员变量mPolicy所指向的一个PhoneWindowManager对象的成员函数isScreenOn的返回值是否等于false。如果是处于上述两种状态的话，那么WindowManagerService类的成员函数setAppStartingWindow就不用往下处理的。因为在这两种状态下，为token所描述的Activity组件设置的启动窗口是无法显示的。

       我们接着往下阅读代码：

       如果参数transferFrom的值不等于null，那么就需要检查它所描述的Activity组件是否设置有启动窗口。如果设置有的话，那么就需要将它的启动窗口设置为参数token所描述的Activity组件的启动窗口。

       参数transferFrom所描述的Activity组件所设置的启动窗口保存在与它所对应的一个类型为AppWindowToken的窗口令牌的成员变量startingWindow或者startingData中，因此，这段代码首先调用WindowManagerService类的成员函数findAppWindowToken来获得与参数transferFrom对应的一个AppWindowToken对象ttoken。如果AppWindowToken对象ttoken的成员变量startingWindow的值不等于null，那么就说明参数transferFrom所描述的Activity组件的启动窗口已经创建出来了。另一方面，如果AppWindowToken对象ttoken的成员变量startingData的值不等于null，那么就说明用来描述参数transferFrom所描述的Activity组件的启动窗口的相关数据已经准备好了，但是这个启动窗口还未创建出来。接下来我们就分别分析这两种情况。

      我们首先分析AppWindowToken对象ttoken的成员变量startingWindow的值不等于null的情况。

      这时候如果WindowManagerService类的成员变量mStartingIconInTransition的值等于true，那么就说明参数transferFrom所描述的Activity组件所设置的启动窗口已经在启动的过程中了。在这种情况下，就需要跳过参数token所描述的Activity组件和参数transferFrom所描述的Activity组件的切换过程，即将WindowManagerService类的成员变量mSkipAppTransitionAnimation的值设置为true，这是因为接下来除了要将参数transferFrom所描述的Activity组件的启动窗口转移给参数token所描述的Activity组件之外，还需要将参数transferFrom所描述的Activity组件的窗口状态转移给参数token所描述的Activity组件的窗口。

      将参数transferFrom所描述的Activity组件的启动窗口转移给参数token所描述的Activity组件需要执行以下几个操作：

      1. 将AppWindowToken对象ttoken的成员变量startingData、startingView和startingWindow的值设置到AppWindowToken对象wtoken的对应成员变量中去，其中，成员变量startingData指向的是一个StartingData对象，它描述的是用来创建启动窗口的相关数据，成员变量startingView指向的是一个View对象，它描述的是启动窗口的顶层视图，成员变量startingWindow指向的是一个WindowState对象，它描述的就是启动窗口。

       2. 将AppWindowToken对象ttoken的成员变量startingData、startingView和startingWindow的值设置为null，这是因为参数transferFrom所描述的Activity组件的启动窗口已经转移给参数token所描述的Activity组件了。

       3. 将原来属于参数transferFrom所描述的Activity组件的启动窗口startingWindow的成员变量mToken、mRootToken和mAppToken的值设置为wtoken，因为这个启动窗口现在已经属于参数token所描述的Activity组件了。

       将参数transferFrom所描述的Activity组件的窗口状态转移给参数token所描述的Activity组件的窗口需要执下几个操作：

       1. 将启动窗口startingWindow从窗口堆栈中删除，即从WindowManagerService类的成员变量mWindows所描述的一个ArrayList中删除。

       2. 将启动窗口startingWindow从属于窗口令牌ttoken的窗口列表中删除，即从AppWindowToken对象ttoken的成员变量windows和allAppWindows所描述的两个ArrayList中删除。

       3. 调用WindowManagerService类的成员函数addWindowToListInOrderLocked重新将启动窗口startingWindow插入到窗口堆栈中去。注意，因为这时候启动窗口startingWindow已经被设置为参数token所描述的Activity组件了，因此，在重新将它插入到窗口堆栈中去的时候，它就会位于参数token所描述的Activity组件的窗口的上面，这一点可以参考前面Android窗口管理服务WindowManagerService对窗口的组织方式分析一文。

       4. 如果AppWindowToken对象ttoken的成员变量allDrawn和firstWindowDrawn的值等于true，那么就说明与AppWindowToken对象ttoken对应的所有窗口或者第一个窗口已经绘制好了，这时候也需要分别将AppWindowToken对象wtoken的成员变量allDrawn和firstWindowDrawn的值设置为true，以便可以迫使那些与AppWindowToken对象wtoken对应的窗口接下来可以马上显示出来。

       5. 如果AppWindowToken对象ttoken的成员变量hidden的值等于false，那么就说明参数transferFrom所描述的Activity组件是处于可见状态的，这时候就需要将AppWindowToken对象wtoken的成员变量hidden、hiddenRequested和willBeHidden的值也设置为false，以便表示参数token所描述的Activity组件也是处于可见状态的。

       6. AppWindowToken类的成员变量clientHidden描述的是对应的Activity组件在应用程序进程这一侧的可见状态。如果AppWindowToken对象wtoken和ttoken的成员变量clientHidden的值不相等，那么就需要将AppWindowToken对象ttoken的成员变量clientHidden的值设置给AppWindowToken对象wtoken的成员变量clientHidden，并且调用AppWindowToken对象wtoken的成员函数sendAppVisibilityToClients来通知相应的应用程序进程，运行在它里面的参数token所描述的Activity组件的可见状态。

       7. 如果AppWindowToken对象ttoken的成员变量animation的值不等于null，那么就说明参数transferFrom所描述的Activity组件的窗口正在显示动画，那么就需要将该动画转移给参数token所描述的Activity组件的窗口，即将AppWindowToken对象ttoken的成员变量animation、animating和animLayerAdjustment的值设置到AppWindowToken对象wtoken的对应成员变量，并且将AppWindowToken对象ttoken的成员变量animation和animLayerAdjustment的值设置为null和0。最后还需要重新计算与AppWindowToken对象ttoken和wtoken所对应的窗口的Z轴位置。

      8. 由于前面的操作导致窗口堆栈的窗口发生了变化，因此就需要调用WindowManagerService类的成员函数updateFocusedWindowLocked来重新计算系统当前可获得焦点的窗口，以及调用WindowManagerService类的成员函数performLayoutAndPlaceSurfacesLocked来刷新系统的UI。

      我们接着分析AppWindowToken对象ttoken的成员变量startingData的值不等于null的情况。

      这时候由于WindowManagerService服务还没有参数transferFrom所描述的Activity组件创建启动窗口，因此，这段代码只需要将用创建这个启动窗口的相关数据转移给参数token所描述的Activity组件就可以了，即将AppWindowToken对象ttoken的成员变量startingData的值设置给AppWindowToken对象wtoken的成员变量startingData，并且将AppWindowToken对象ttoken的成员变量startingData的值设置为null。

      由于这时候参数token所描述的Activity组件的启动窗口还没有创建出来，因此，接下来就会向WindowManagerService服务所运行在的线程的消息队列的头部插入一个类型ADD_STARTING的消息。当这个消息被处理的时候，WindowManagerService服务就会为参数token所描述的Activity组件创建一个启动窗口。

      WindowManagerService类的成员变量mH指向的是一个类型为H的对象。H是WindowManagerService的一个内部类，它是从Handler类继承下来的，因此，调用它的成员函数sendMessageAtFrontOfQueue就可以往一个线程的消息队列的头部插入一个消息。又由于 WindowManagerService类的成员变量mH所指向的一个H对象是在WindowManagerService服务所运行在的线程中创建的，因此，调用它的成员函数sendMessageAtFrontOfQueue发送的消息是保存在WindowManagerService服务所运行在的线程的消息队列中的。

      如果参数transferFrom所描述的Activity组件没有启动窗口或者启动窗口数据转移给参数token所描述的Activity组件，那么接下来就可能需要为参数token所描述的Activity组件创建一个新的启动窗口，如最后一段代码所示：

       如果参数createIfNeeded的值等于false，那么就说明不可以为参数token所描述的Activity组件创建一个新的启动窗口，因此，这时候WindowManagerService类的成员函数setAppStartingWindow就直接返回而不往下处理了。

       另一方面，如果参数token所描述的Activity组件的窗口设置有一个主题，即参数theme的值不等于0，那么该窗口就有可能是：

       1. 背景是半透明的；

       2. 浮动窗口，即是一个壁纸窗口或者一个输入法窗口；

       3. 需要显示壁纸（背景也是半透明的）。

       由于浮动窗口和背景半透明的窗口是不可以显示启动窗口的，因此，在上述三种情况下，WindowManagerService类的成员函数setAppStartingWindow也是直接返回而不往下处理了。

       通过了上面的检查之后，这段代码就可以为参数token所描述的Activity组件创建一个启动窗口了，不过这个启动窗口不是马上就创建的，而通过一个类型为ADD_STARTING的消息来驱动创建的。这个类型为ADD_STARTING的消息是需要发送到WindowManagerService服务所运行在的线程的消息队列的头部去的。在发送这个类型为ADD_STARTING的消息之前，这段代码首先会创建一个StartingData对象，并且保存在AppWindowToken对象wtoken的成员变量startingData中，用来封装创建启动窗口所需要的数据。

       如上所述，通过调用WindowManagerService类的成员变量mH的成员函数sendMessageAtFrontOfQueue可以向WindowManagerService服务所运行在的线程的消息队列的头部发送一个类型为ADD_STARTING的消息。注意，在发送这个消息之前，这段代码还会将WindowManagerService类的成员变量mStartingIconInTransition的值设置为true，以便可以表示WindowManagerService服务正在为正在启动的Activity组件创建启动窗口。

       接下来，我们就继续分析定义在WindowManagerService内部的H类的成员函数sendMessageAtFrontOfQueue的实现，以便可以了解Activity组件的启动窗口的创建过程。

       Step 3. H.sendMessageAtFrontOfQueue

       H类的成员函数sendMessageAtFrontOfQueue是从父类Handler继承下来的，因此，这一步调用的实际上是Handler类的成员函数sendMessageAtFrontOfQueue。Handler类的成员函数sendMessageAtFrontOfQueue用来向消息队列头部的插入一个新的消息，以便这个消息可以下一次消息循环中就能得到处理。在前面Android应用程序线程消息循环模型分析一文中，我们已经分析过往消息队列发送消息的过程了，这里不再详述。

       从上面的调用过程可以知道，这一步所发送的消息的类型为ADD_STARTING，并且是向WindowManagerService服务所运行在的线程的消息队列发送的。当这个消息得到处理的时候，H类的成员函数handleMessage就会被调用，因此，接下来我们就继续分析H类的成员函数handleMessage的实现，以便可以了解Activity组件的启动窗口的创建过程。

       Step 4. H.handleMessage