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前言
此前我用多篇文章介紹了WindowManager，這個系列我們來介紹WindowManager的管理者WMS，首先我們先來學習WMS是如何產生的。本文原始碼基於Android 8.0，與Android 7.1.2相比有一個比較直觀的變化就是Java FrameWork採用了Lambda表示式。
1.WMS概述
WMS是系統的其他服務，無論對於應用開發還是Framework開發都是重點的知識，它的職責有很多，主要有以下幾點：
視窗管理
WMS是視窗的管理者，它負責視窗的啟動、新增和刪除，另外視窗的大小和層級也是由WMS進行管理的。視窗管理的核心成員有DisplayContent、WindowToken和WindowState。
視窗動畫
視窗間進行切換時，使用視窗動畫可以顯得更炫一些，視窗動畫由WMS的動畫子系統來負責，動畫子系統的管理者為WindowAnimator。
輸入系統的中轉站
通過對視窗的觸控從而產生觸控事件，InputManagerService（IMS）會對觸控事件進行處理，它會尋找一個最合適的視窗來處理觸控反饋資訊，WMS是視窗的管理者，因此，WMS“理所應當”的成為了輸入系統的中轉站。
Surface管理
視窗並不具備有繪製的功能，因此每個視窗都需要有一塊Surface來供自己繪製。為每個視窗分配Surface是由WMS來完成的。
WMS的職責可以簡單總結為下圖。
2.WMS的誕生
WMS的知識點非常多，在瞭解這些知識點前，我們十分有必要知道WMS是如何產生的。WMS是在SyetemServer程式中啟動的，不瞭解SyetemServer程式的可以檢視在Android系統啟動流程（三）解析SyetemServer程式啟動過程這篇文章。
先來檢視SyetemServer的main方法：
frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
public static void main(String[] args) {
new SystemServer().run();
}複製程式碼main方法中只呼叫了SystemServer的run方法，如下所示。
frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
private void run() {
try {
System.loadLibrary("android_servers");//1
...
mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext);//2
mSystemServiceManager.setRuntimeRestarted(mRuntimeRestart);
LocalServices.addService(SystemServiceManager.class, mSystemServiceManager);
// Prepare the thread pool for init tasks that can be parallelized
SystemServerInitThreadPool.get();
} finally {
traceEnd(); // InitBeforeStartServices
}
try {
traceBeginAndSlog("StartServices");
startBootstrapServices();//3
startCoreServices();//4
startOtherServices();//5
SystemServerInitThreadPool.shutdown();
} catch (Throwable ex) {
Slog.e("System", "******************************************");
Slog.e("System", "************ Failure starting system services", ex);
throw ex;
} finally {
traceEnd();
}
...
}複製程式碼run方法程式碼很多，這裡擷取了關鍵的部分，在註釋1處載入了libandroid_servers.so。在註釋2處建立SystemServiceManager，它會對系統的服務進行建立、啟動和生命週期管理。接下來的程式碼會啟動系統的各種服務，在註釋3中的startBootstrapServices方法中用SystemServiceManager啟動了ActivityManagerService、PowerManagerService、PackageManagerService等服務。在註釋4處的方法中則啟動了BatteryService、UsageStatsService和WebViewUpdateService。註釋5處的startOtherServices方法中則啟動了CameraService、AlarmManagerService、VrManagerService等服務，這些服務的父類為SystemService。從註釋3、4、5的方法名稱可以看出，官方把大概80多個系統服務分為了三種型別，分別是引導服務、核心服務和其他服務，其中其他服務為一些非緊要和一些不需要立即啟動的服務，WMS就是其他服務的一種。
我們來檢視startOtherServices方法是如何啟動WMS的：
frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
private void startOtherServices() {
...
traceBeginAndSlog("InitWatchdog");
final Watchdog watchdog = Watchdog.getInstance();//1
watchdog.init(context, mActivityManagerService);//2
traceEnd();
traceBeginAndSlog("StartInputManagerService");
inputManager = new InputManagerService(context);//3
traceEnd();
traceBeginAndSlog("StartWindowManagerService");
ConcurrentUtils.waitForFutureNoInterrupt(mSensorServiceStart, START_SENSOR_SERVICE);
mSensorServiceStart = null;
wm = WindowManagerService.main(context, inputManager,
mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL,
!mFirstBoot, mOnlyCore, new PhoneWindowManager());//4
ServiceManager.addService(Context.WINDOW_SERVICE, wm);//5
ServiceManager.addService(Context.INPUT_SERVICE, inputManager);//6
traceEnd();
...
try {
wm.displayReady();//7
} catch (Throwable e) {
reportWtf("making display ready", e);
}
...
try {
wm.systemReady();//8
} catch (Throwable e) {
reportWtf("making Window Manager Service ready", e);
}
...
}複製程式碼startOtherServices方法用於啟動其他服務，其他服務大概有70多個，上面的程式碼只列出了WMS以及和它相關的IMS的啟動邏輯，剩餘的其他服務的啟動邏輯也都大同小異。
在註釋1、2處分別得到Watchdog例項並對它進行初始化，Watchdog用來監控系統的一些關鍵服務的執行狀況，後文會再次提到它。在註釋3處建立了IMS，並賦值給IMS型別的inputManager物件。註釋4處執行了WMS的main方法，其內部會建立WMS，需要注意的是main方法其中一個傳入的引數就是註釋1處建立的IMS，WMS是輸入事件的中轉站，其內部包含了IMS引用並不意外。結合上文，我們可以得知WMS的main方法是執行在SystemServer的run方法中，換句話說就是執行在"system_server"執行緒”中，後面會再次提到"system_server"執行緒。
註釋5和註釋6處分別將WMS和IMS註冊到ServiceManager中，這樣如果某個客戶端想要使用WMS，就需要先去ServiceManager中查詢資訊，然後根據資訊與WMS所在的程式建立通訊通路，客戶端就可以使用WMS了。註釋7處用來初始化顯示資訊，註釋8處則用來通知WMS，系統的初始化工作已經完成，其內部呼叫了WindowManagerPolicy的systemReady方法。
我們來檢視註釋4處WMS的main方法，如下所示。
frameworks/base/services/core/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) {
DisplayThread.getHandler().runWithScissors(() ->//1
sInstance = new WindowManagerService(context, im, haveInputMethods, showBootMsgs,
onlyCore, policy), 0);
return sInstance;
}複製程式碼在註釋1處呼叫了DisplayThread的getHandler方法，用來得到DisplayThread的Handler例項。DisplayThread是一個單例的前臺執行緒，這個執行緒用來處理需要低延時顯示的相關操作，並只能由WindowManager、DisplayManager和InputManager實時執行快速操作。註釋1處的runWithScissors方法中使用了Java8中的Lambda表示式，它等價於如下程式碼：
DisplayThread.getHandler().runWithScissors(new Runnable() {
@Override
public void run() {
sInstance = new WindowManagerService(context, im, haveInputMethods, showBootMsgs,
onlyCore, policy);//2
}
}, 0);複製程式碼在註釋2處建立了WMS的例項，這個過程執行在Runnable的run方法中，而Runnable則傳入到了DisplayThread對應Handler的runWithScissors方法中，說明WMS的建立是執行在“android.display”執行緒中。需要注意的是，runWithScissors方法的第二個引數傳入的是0，後面會提到。來檢視Handler的runWithScissors方法裡做了什麼：
frameworks/base/core/java/android/os/Handler.java
public final boolean runWithScissors(final Runnable r, long timeout) {
if (r == null) {
throw new IllegalArgumentException("runnable must not be null");
}
if (timeout < 0) {
throw new IllegalArgumentException("timeout must be non-negative");
}
if (Looper.myLooper() == mLooper) {//1
r.run();
return true;
}
BlockingRunnable br = new BlockingRunnable(r);
return br.postAndWait(this, timeout);
}複製程式碼開頭對傳入的Runnable和timeout進行了判斷，如果Runnable為null或者timeout小於0則丟擲異常。註釋1處根據每個執行緒只有一個Looper的原理來判斷當前的執行緒（"system_server"執行緒）是否是Handler所指向的執行緒（"android.display"執行緒），如果是則直接執行Runnable的run方法，如果不是則呼叫BlockingRunnable的postAndWait方法，並將當前執行緒的Runnable作為引數傳進去 ，BlockingRunnable是Handler的內部類，程式碼如下所示。
frameworks/base/core/java/android/os/Handler.java
private static final class BlockingRunnable implements Runnable {
private final Runnable mTask;
private boolean mDone;
public BlockingRunnable(Runnable task) {
mTask = task;
}
@Override
public void run() {
try {
mTask.run();//1
} finally {
synchronized (this) {
mDone = true;
notifyAll();
}
}
}
public boolean postAndWait(Handler handler, long timeout) {
if (!handler.post(this)) {//2
return 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();//3
} catch (InterruptedException ex) {
}
}
}
}
return true;
}
}複製程式碼註釋2處將當前的BlockingRunnable新增到Handler的任務佇列中。前面runWithScissors方法的第二個引數為0，因此timeout等於0，這樣如果mDone為false的話會一直呼叫註釋3處的wait方法使得當前執行緒（"system_server"執行緒）進入等待狀態，那麼等待的是哪個執行緒呢？我們往上看，註釋1處，執行了傳入的Runnable的run方法（執行在"android.display"執行緒），執行完畢後在finally程式碼塊中將mDone設定為true，並呼叫notifyAll方法喚醒處於等待狀態的執行緒，這樣就不會繼續呼叫註釋3處的wait方法。因此得出結論，"system_server"執行緒執行緒等待的就是"android.display"執行緒，一直到"android.display"執行緒執行完畢再執行"system_server"執行緒，這是因為"android.display"執行緒內部執行了WMS的建立，顯然WMS的建立優先順序更高些。
WMS的建立就講到這，最後我們來檢視WMS的構造方法：
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService .java
private WindowManagerService(Context context, InputManagerService inputManager,
boolean haveInputMethods, boolean showBootMsgs, boolean onlyCore) {
...
mInputManager = inputManager;//1
...
mDisplayManager = (DisplayManager)context.getSystemService(Context.DISPLAY_SERVICE);
mDisplays = mDisplayManager.getDisplays();//2
for (Display display : mDisplays) {
createDisplayContentLocked(display);//3
}
...
mActivityManager = ActivityManagerNative.getDefault();//4
...
mAnimator = new WindowAnimator(this);//5
mAllowTheaterModeWakeFromLayout = context.getResources().getBoolean(
com.android.internal.R.bool.config_allowTheaterModeWakeFromWindowLayout);
LocalServices.addService(WindowManagerInternal.class, new LocalService());
initPolicy();//6
// Add ourself to the Watchdog monitors.
Watchdog.getInstance().addMonitor(this);//7
...
}複製程式碼註釋1處用來儲存傳進來的IMS，這樣WMS就持有了IMS的引用。註釋2處通過DisplayManager的getDisplays方法得到Display陣列（每個顯示裝置都有一個Display例項），接著遍歷Display陣列，在註釋3處的createDisplayContentLocked方法會將Display封裝成DisplayContent，DisplayContent用來描述一快螢幕。
註釋4處得到AMS例項，並賦值給mActivityManager ，這樣WMS就持有了AMS的引用。註釋5處建立了WindowAnimator，它用於管理所有的視窗動畫。註釋6處初始化了視窗管理策略的介面類WindowManagerPolicy（WMP），它用來定義一個視窗策略所要遵循的通用規範。註釋7處將自身也就是WMS通過addMonitor方法新增到Watchdog中，Watchdog用來監控系統的一些關鍵服務的執行狀況（比如傳入的WMS的執行狀況），這些被監控的服務都會實現Watchdog.Monitor介面。Watchdog每分鐘都會對被監控的系統服務進行檢查，如果被監控的系統服務出現了死鎖，則會殺死Watchdog所在的程式，也就是SystemServer程式。
檢視註釋6處的initPolicy方法，如下所示。
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/wm/WindowManagerService.java
private void initPolicy() {
UiThread.getHandler().runWithScissors(new Runnable() {
@Override
public void run() {
WindowManagerPolicyThread.set(Thread.currentThread(), Looper.myLooper());
mPolicy.init(mContext, WindowManagerService.this, WindowManagerService.this);//1
}
}, 0);
}複製程式碼initPolicy方法和此前講的WMS的main方法的實現類似，註釋1處執行了WMP的init方法，WMP是一個介面，init方法的具體實現在PhoneWindowManager（PWM）中。PWM的init方法執行在"android.ui"執行緒中，它的優先順序要高於initPolicy方法所在的"android.display"執行緒，因此"android.display"執行緒要等PWM的init方法執行完畢後，處於等待狀態的"android.display"執行緒才會被喚醒從而繼續執行下面的程式碼。
在本文中共提到了3個執行緒，分別是"system_server"、"android.display"和"android.ui"，為了便於理解，下面給出這三個執行緒之間的關係。
"system_server"執行緒中會呼叫WMS的main方法，main方法中會建立WMS，建立WMS的過程執行在"android.display"執行緒中，它的優先順序更高一些，因此要等建立WMS完畢後才會喚醒處於等待狀態的"system_server"執行緒。
WMS初始化時會執行initPolicy方法，initPolicy方法會呼叫PWM的init方法，這個init方法執行在"android.ui"執行緒，並且優先順序更高，因此要先執行完PWM的init方法後，才會喚醒處於等待狀態的"android.display"執行緒。
PWM的init方法執行完畢後會接著執行執行在"system_server"執行緒的程式碼，比如本文前部分提到WMS的
systemReady方法。
參考資料
《深入理解Android核心設計思想》第二版
《深入理解Android：卷III》
WMS—啟動過程
Android Watchdog原始碼簡析--Based on Android 6.0.1
Watchdog實現分析