Android UI繪製流程及原理

Joah發表於2019-08-03
AndroidUI

一、繪製流程原始碼路徑

1、Activity載入ViewRootImpl

ActivityThread.handleResumeActivity() 
--> WindowManagerImpl.addView(decorView, layoutParams) 
--> WindowManagerGlobal.addView()

2、ViewRootImpl啟動View樹的遍歷

ViewRootImpl.setView(decorView, layoutParams, parentView)
-->ViewRootImpl.requestLayout()
-->scheduleTraversals()
-->TraversalRunnable.run()
-->doTraversal()
-->performTraversals()（performMeasure、performLayout、performDraw）

二、View繪製流程

1、measure

（1）MeasureSpec是什麼？

重寫過onMeasure()方法都知道，測量需要用到MeasureSpec類獲取View的測量模式和大小，那麼這個類是怎樣儲存這兩個資訊呢？

留心觀察的話會發現，onMeasure方法的兩個引數實際是32位int型別資料，即：

00 000000 00000000 00000000 00000000

而其結構為 mode + size ，前2位為mode，而後30位為size。

==> getMode()方法（measureSpec --> mode）：
private static final int MODE_SHIFT = 30;
// 0x3轉換為二進位制即為：11
// 左移30位後：11000000 00000000 00000000 00000000
private static final int MODE_MASK  = 0x3 << MODE_SHIFT;

public static int getMode(int measureSpec) {
    // 與MODE_MASK按位與運算後，即將低30位清零，結果為mode左移30位後的值
    return (measureSpec & MODE_MASK);
}

getSize()方法同理。

==> makeMeasureSpec()方法（mode + size --> measureSpec）：
public static int makeMeasureSpec(
    @IntRange(from = 0, 
        to = (1 << MeasureSpec.MODE_SHIFT) - 1) int size, 
    @MeasureSpecMode int mode) {
    if (sUseBrokenMakeMeasureSpec) {
        return size + mode;
    } else {
        return (size & ~MODE_MASK) | (mode & MODE_MASK);
    }
}

這裡解釋一下，按位或左側為size的高2位清零後的結果，右側為mode的低30位清零後的結果，兩者按位或運算的結果正好為高2位mode、低30位size，例：

01000000 00000000 00000000 00000000 | 
00001000 00001011 11110101 10101101 =
01001000 00001011 11110101 10101101

二進位制計算規則可參考：https://www.cnblogs.com/joahyau/p/6420619.html

==> 測量模式：
public static final int UNSPECIFIED = 0 << MODE_SHIFT;
public static final int EXACTLY     = 1 << MODE_SHIFT;
public static final int AT_MOST     = 2 << MODE_SHIFT;

UNSPECIFIED：父容器不對View作任何限制，系統內部使用。

EXACTLY：精確模式，父容器檢測出View大小，即為SpecSize；對應LayoutParams中的match_parent和指定大小的情況。

AT_MOST：最大模式，父容器指定可用大小，View的大小不能超出這個值；對應wrap_content。

（2）ViewGroup的測量流程

回到ViewRootImpl的performMeasure方法，這裡傳入的引數為頂層DecorView的測量規格，其測量方式為：

private static int getRootMeasureSpec(int windowSize, int rootDimension) {
    int measureSpec;
    switch (rootDimension) {

    case ViewGroup.LayoutParams.MATCH_PARENT:
        measureSpec = MeasureSpec.makeMeasureSpec(windowSize, MeasureSpec.EXACTLY);
        break;
    case ViewGroup.LayoutParams.WRAP_CONTENT:
        measureSpec = MeasureSpec.makeMeasureSpec(windowSize, MeasureSpec.AT_MOST);
        break;
    default:
        measureSpec = MeasureSpec.makeMeasureSpec(rootDimension, MeasureSpec.EXACTLY);
        break;
    }
    return measureSpec;
}

match_parent和具體數值大小為EXACTLY模式，wrap_content則為AT_MOST模式。

往下走，performMeasure方法中呼叫了DecorView的onMeasure方法，而DecorView繼承自FrameLayout，可以看到FL的onMeasure方法中呼叫了measureChildWithMargins方法，並傳入自身的測量規格：

protected void measureChildWithMargins(View child,
        int parentWidthMeasureSpec, int widthUsed,
        int parentHeightMeasureSpec, int heightUsed) {
    final MarginLayoutParams lp = (MarginLayoutParams) child.getLayoutParams();

    final int childWidthMeasureSpec = getChildMeasureSpec(parentWidthMeasureSpec,
            mPaddingLeft + mPaddingRight + lp.leftMargin + lp.rightMargin
                    + widthUsed, lp.width);
    final int childHeightMeasureSpec = getChildMeasureSpec(parentHeightMeasureSpec,
            mPaddingTop + mPaddingBottom + lp.topMargin + lp.bottomMargin
                    + heightUsed, lp.height);

    child.measure(childWidthMeasureSpec, childHeightMeasureSpec);
}

即測量子控制元件的大小，測量規則詳情可看getChildMeasureSpec方法，總結如下：

childLayoutParams\parentSpecMode EXACTLY AT_MOST UNSPECIFIED
dp EXACTLY/childSize EXACTLY/childSize EXCATLY/childSize
match_parent EXACTLY/parentSize AT_MOST/parentSize UNSPECIFIED/0
wrap_content AT_MOST/parentSize AT_MOST/parentSize UNSPECIFIED/0

回到onMeasure方法，測完子控制元件之後，ViewGroup會經過一些計算，得出自身大小：

// 加上padding
maxWidth += getPaddingLeftWithForeground() + getPaddingRightWithForeground();
maxHeight += getPaddingTopWithForeground() + getPaddingBottomWithForeground();

// 檢查是否小於最小寬度、最小高度
maxHeight = Math.max(maxHeight, getSuggestedMinimumHeight());
maxWidth = Math.max(maxWidth, getSuggestedMinimumWidth());

// 檢查Drawable的最小高度和寬度
final Drawable drawable = getForeground();
if (drawable != null) {
    maxHeight = Math.max(maxHeight, drawable.getMinimumHeight());
    maxWidth = Math.max(maxWidth, drawable.getMinimumWidth());
}

setMeasuredDimension(resolveSizeAndState(maxWidth, widthMeasureSpec, childState),
        resolveSizeAndState(maxHeight, heightMeasureSpec,
                childState << MEASURED_HEIGHT_STATE_SHIFT));

綜上，ViewGroup的測量需要先測量子View的大小，而後結合padding等屬性計算得出自身大小。

（3）View的測量流程
View.performMeasure()
-->onMeasure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec)
-->setMeasuredDimension(int measuredWidth, int measuredHeight)
-->setMeasuredDimensionRaw(int measuredWidth, int measuredHeight)

可以看到setMeasuredDimensionRaw()方法：

private void setMeasuredDimensionRaw(int measuredWidth, int measuredHeight) {
    // 儲存測量結果
    mMeasuredWidth = measuredWidth;
    mMeasuredHeight = measuredHeight;

    // 設定測量完成的標誌位
    mPrivateFlags |= PFLAG_MEASURED_DIMENSION_SET;
}

View不需要考慮子View的大小，根據內容測量得出自身大小即可。

另外，View中的onMeasure方法中呼叫到getDefaultSize方法：

protected void onMeasure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec) {
    setMeasuredDimension(getDefaultSize(getSuggestedMinimumWidth(), widthMeasureSpec),
            getDefaultSize(getSuggestedMinimumHeight(), heightMeasureSpec));
}

public static int getDefaultSize(int size, int measureSpec) {
    int result = size;
    int specMode = MeasureSpec.getMode(measureSpec);
    int specSize = MeasureSpec.getSize(measureSpec);

    switch (specMode) {
    case MeasureSpec.UNSPECIFIED:
        result = size;
        break;
    case MeasureSpec.AT_MOST:
    case MeasureSpec.EXACTLY:
        // 最終測量的結果都是父容器的大小
        result = specSize;
        break;
    }
    return result;
}

這裡看到精確模式和最大模式，最終測量的結果都是父容器的大小，即佈局中的wrap_content、match_parent以及數值大小效果都一樣，這也就是自定義View一定要重寫onMeasure方法的原因。

2、layout

佈局相對測量而言要簡單許多，從ViewRootImpl的performLayout方法出發，可以看到其中呼叫了DecorView的layout方法：

// 實則為DecorView的left, top, right, bottom四個資訊
host.layout(0, 0, host.getMeasuredWidth(), host.getMeasuredHeight());

進入layout方法，發現l、t、r、b被傳遞到了setFrame方法中，並設定給了成員變數：

mLeft = left;
mTop = top;
mRight = right;
mBottom = bottom;

所以，佈局實際為呼叫View的layout方法，設定自身的l、t、r、b值。另外，layout方法中往下走，可以看到呼叫了onLayout方法，進入後發現為空方法。因而檢視FrameLayout的onLayout方法：

@Override
protected void onLayout(boolean changed, int left, int top, int right, int bottom) {
    layoutChildren(left, top, right, bottom, false /* no force left gravity */);
}

void layoutChildren(int left, int top, int right, int bottom, boolean forceLeftGravity) {
    final int count = getChildCount();

    // 省略

    for (int i = 0; i < count; i++) {
        final View child = getChildAt(i);
        if (child.getVisibility() != GONE) {
            final LayoutParams lp = (LayoutParams) child.getLayoutParams();

            // 省略

            child.layout(childLeft, childTop, childLeft + width, childTop + height);
        }
    }
}

可以看到，進行一系列計算後，呼叫了child的layout方法，對子控制元件進行佈局，同時子控制元件又會繼續往下對自己的子控制元件佈局，從而實現遍歷。

綜上，佈局實際為呼叫layout方法設定View位置，ViewGroup則需要另外實現onLayout方法擺放子控制元件。

3、draw

（1）繪製過程入口
ViewRootImpl.performDraw()
-->ViewRootImpl.draw()
-->ViewRootImpl.drawSoftware()
-->View.draw()
（2）繪製步驟

進入到View的draw方法中，可以看到以下一段註釋：

/*
 * Draw traversal performs several drawing steps which must be executed
 * in the appropriate order:
 *
 *      1. Draw the background
 *      2. If necessary, save the canvas' layers to prepare for fading
 *      3. Draw view's content
 *      4. Draw children
 *      5. If necessary, draw the fading edges and restore layers
 *      6. Draw decorations (scrollbars for instance)
 */

結合draw方法的原始碼，繪製過程的關鍵步驟如下：

==> 繪製背景：drawBackground(canvas)

==> 繪製自己：onDraw(canvas)

==> 繪製子view：dispatchDraw(canvas)

==> 繪製滾動條、前景等裝飾：onDrawForeground(canvas)

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