Android Framework内核之旅

Android Framework内核之旅 (2011-09-23 17:12)

 

Android Framework内核之旅

6.1  Framework框架

Framework定义了客户端组件和服务端组件功能及接口。以下阐述中，“应用程序”一般是指“.apk”程序。

框架中包含三个主要部分，分别为服务端、客户端和Linux驱动。

6.1.1  服务端

服务端主要包含两个重要类，分别是WindowManagerService（WmS）和ActivityManagerService
(AmS)。WmS的作用是为所有的应用程序分配窗口，并管理这些窗口。包括分配窗口的大小，调节各窗口的叠放次序，隐藏或者显示窗口。AmS的作用是管理所有应用程序中的Activity。

除此之外，在服务端还包括两个消息处理类。

— KeyQ类：该类为WmS的内部类，继承于KeyInputQueue类，KeyQ对象一旦创建，就立即启动一个线程，该线程会不断地读取用户的UI操作消息，比如按键、触摸屏、trackball、鼠标等，并把这些消息放到一个消息队列QueueEvent类中。

— InputDispatcherThread类：该类的对象一旦创建，也会立即启动一个线程，该线程会不断地从QueueEvent中取出用户消息，并进行一定的过滤，过滤后，再将这些消息发送给当前活动的客户端程序中。

6.1.2  客户端                        

客户端主要包括以下重要类。

— ActivityThread类：该类为应用程序的主线程类，所有的APK程序都有且仅有一个ActivityThread类，程序的入口为该类中的static main()函数。

— Activity类：该类为APK程序的一个最小运行单元，一个APK程序中可以包含多个Activity对象，ActivityThread主类会根据用户操作选择运行哪个Activity对象。

— PhoneWindow类：该类继承于Window类，同时，PhoneWindow类内部包含了一个DecorView对象。简而言之，PhoneWindow是把一个FrameLayout进行了一定的包装，并提供了一组通用的窗口操作接口。

— Window类：该类提供了一组通用的窗口（Window）操作API，这里的窗口仅仅是程序层面上的，WmS所管理的窗口并不是Window类，而是一个View或者ViewGroup类，一般就是指DecorView类，即一个DecorView就是WmS所管理的一个窗口。Window是一个abstract类型。

— DecorView类：该类是一个FrameLayout的子类，并且是PhoneWindow中的一个内部类。Decor的英文是Decoration，即“修饰”的意思，DecorView就是对普通的FrameLayout进行了一定的修饰，比如添加一个通用的Title bar，并响应特定的按键消息等。

— ViewRoot类：WmS管理客户端窗口时，需要通知客户端进行某种操作，这些都是通过异步消息完成的，实现的方式就是使用Handler，ViewRoot就是继承于Handler，其作用主要是接收WmS的通知。

— W类：该类继承于Binder，并且是ViewRoot的一个内部类。

— WindowManager类：客户端要申请创建一个窗口，而具体创建窗口的任务是由WmS完成的，WindowManager类就像是一个部门经理，谁有什么需求就告诉它，由它和WmS进行交互，客户端不能直接和WmS进行交互。

6.1.3  Linux驱动

Linux驱动和Framework相关的主要包含两部分，分别是SurfaceFlingger（SF）和Binder。每一个窗口都对应一个Surface，SF驱动的作用是把各个Surface显示在同一个屏幕上。

Binder驱动的作用是提供跨进程的消息传递。

APK程序的运行过程

首先，ActivityThread从main()函数中开始执行，调用prepareMainLooper()为UI线程创建一个消息队列(MessageQueue)。

然后创建一个ActivityThread对象，在ActivityThread的初始化代码中会创建一个H（Handler）对象和一个ApplicationThread（Binder）对象。其中Binder负责接收远程AmS的IPC调用，接收到调用后，则通过Handler把消息发送到消息队列，UI主线程会异步地从消息队列中取出消息并执行相应操作，比如start、stop、pause等。

接着UI主线程调用Looper.loop()方法进入消息循环体，进入后就会不断地从消息队列中读取并处理消息。

当ActivityThread接收到AmS发送start某个Activity后，就会创建指定的Activity对象。Activity又会创建PhoneWindow类→DecorView类→创建相应的View或者ViewGroup。创建完成后，Activity需要把创建好的界面显示到屏幕上，于是调用WindowManager类，后者于是创建一个ViewRoot对象，该对象实际上创建了ViewRoot类和W类，创建ViewRoot对象后，WindowManager再调用WmS提供的远程接口完成添加一个窗口并显示到屏幕上。

接下来，用户开始在程序界面上操作。KeyQ线程不断把用户消息存储到QueueEvent队列中，InputDispatcherThread线程逐个取出消息，然后调用WmS中的相应函数处理该消息。当WmS发现该消息属于客户端某个窗口时，就会调用相应窗口的W接口。

W类是一个Binder，负责接收WmS的IPC调用，并把调用消息传递给ViewRoot，ViewRoot再把消息传递给UI主线程ActivityThread，ActivityThread解析该消息并做相应的处理。在客户端程序中，首先处理消息的是DecorView，如果DecorView不想处理某个消息，则可以将该消息传递给其内部包含的子View或者ViewGroup，如果还没有处理，则传递给PhoneWindow，最后再传递给Activity。

6.3  客户端中的线程

在多任务操作系统中，任何程序都运行在线程之中。系统首先会为客户端程序分配一个线程，然后该线程从程序的入口处开始执行。那么，请思考以下问题。

— Android APK程序中都有哪些线程？

— 什么是UI线程？

— 程序中自定义Thread和UI线程的区别是什么？

首先，很明确地讲，包含有Activity的客户端程序至少包含三个线程，如图6-1所示。每个Binder对象都对应一个线程，Activity启动后会创建一个ViewRoot.W对象，同时ActivityThread会创建一个ApplicationThread对象，这两个对象都继承于Binder，因此会启动两个线程，负责接收Linux Binder驱动发送IPC调用。最后一个主要线程也就是程序本身所在的线程，也叫做用户交互（UI）线程，因为所有的处理用户消息，以及绘制界面的工作都在该线程中完成。

为了验证这一点，可以在Eclipse中新建一个Hello Android的程序，然后以debug的方式运行，在debug窗口中会看到如图6-1所示的界面。

 

自定义Thread和UI线程的区别在于，UI线程是从ActivityThread运行的，在该类中的main()方法中，已经使用Looper.prepareMainLooper()为该线程添加了Looper对象，即已经为该线程创建了消息队列（MessageQueue），因此，程序员才可以在Activity中定义Handler对象（因为声明Handler对象时，所在的线程必须已经创建了MessageQueue）。而普通的自定义Thread是一个裸线程，因此，不能直接在Thread中定义Handler对象，从使用场景的角度讲，即不能直接给Thread对象发消息，但是却可以给UI线程发消息。