Android UI绘制流程前奏

1.前言

在android当中对于UI体系当中往往我们会在绘制UI的时候碰到各种各样的问题而不知道从何解决， 也有时需要开发更改自定义组件时，需要做自己的调整，或者是实现某个自定义特效时的思路不明确，因此了解UI绘制流程及原理是十分必要的，本文就UI绘制流程之前的相关知识进行简单的分析和梳理，便于后续进一步了解UI绘制原理

2.View是如何添加到屏幕窗口上的

要弄清楚UI绘制流程和原理，我们首先要了解的就是View是如何被添加到屏幕窗口上的。带着这个问题我们来进行源码分析，关于界面的展示，立马浮现在脑海的就是这样一段代码：

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
    }
}

通过传入布局资源ID，setContentView方法又做了什么事情呢？经过一系列线索最终找到了的位置也就是Window的唯一实现类PhoneWindow：

public class PhoneWindow extends Window implements MenuBuilder.Callback {
    ...
    // This is the top-level view of the window, containing the window decor.
    // 这是在窗口当中的顶层View，包含窗口的decor
    private DecorView mDecor;
    // This is the view in which the window contents are placed. It is either
    // mDecor itself, or a child of mDecor where the contents go.
    // 这是窗口内容放置的视图,它要么是mDecor本身，要么是mDecor的子类的内容
    ViewGroup mContentParent;
    ...
    @Override
	public void setContentView(int layoutResID) {
		
        if (mContentParent == null) {
            // 注释1
            installDecor();
        } 
        ...
            // 注释2
            mLayoutInflater.inflate(layoutResID, mContentParent);
        
        ...
	}

}

注释1处installDecor方法顾名思义就是初始化操作，注释2处就是将布局资源ID填充到mContentParent内容布局容器。先进入installDecor方法：

private void installDecor() {
    mForceDecorInstall = false;
    if (mDecor == null) {
        // 注释1
        mDecor = generateDecor(-1);
        ...
    }
    if (mContentParent == null) {
        // 注释2
        mContentParent = generateLayout(mDecor);
		...
    }
}

注释1处，如果mDecor为空，就调用generateDecor方法，进入该方法就发现通过返回一个new出来DecorView，然后赋值给mDecor。注释2处调用generateLayout方法，那么该方法是如何给mContentParent赋值的呢？

protected ViewGroup generateLayout(DecorView decor) {

    ...
    // 注释1
    // 根据系统主题的属性设置了许多了特性
    if (a.getBoolean(R.styleable.Window_windowActionBarOverlay, false)) {
        requestFeature(FEATURE_ACTION_BAR_OVERLAY);
    }

    if (a.getBoolean(R.styleable.Window_windowActionModeOverlay, false)) {
        requestFeature(FEATURE_ACTION_MODE_OVERLAY);
    }

    if (a.getBoolean(R.styleable.Window_windowSwipeToDismiss, false)) {
        requestFeature(FEATURE_SWIPE_TO_DISMISS);
    }

    if (a.getBoolean(R.styleable.Window_windowFullscreen, false)) {
        setFlags(FLAG_FULLSCREEN, FLAG_FULLSCREEN & (~getForcedWindowFlags()));
    }

    ...

    // 注释2
    // Inflate the window decor.
    int layoutResource;// 布局资源id
    int features = getLocalFeatures();
    
    if ((features & (1 << FEATURE_SWIPE_TO_DISMISS)) != 0) {
        // 注释3 
        // 根据不同feature, 对layoutResource进行不同的赋值操作
        // 即后续加载不同的布局，这就很好的解释了为什么我们自己要去getWindow.requestFeature时
        // 必须在setContent之前的原因
        layoutResource = R.layout.screen_swipe_dismiss;
        setCloseOnSwipeEnabled(true);
    } else if ((features & ((1 << FEATURE_LEFT_ICON) | (1 << FEATURE_RIGHT_ICON))) != 0) {
        ...
    }

    mDecor.startChanging();
    // 注释4
    mDecor.onResourcesLoaded(mLayoutInflater, layoutResource);
	// 注释5
    // ID_ANDROID_CONTENT = com.android.internal.R.id.content;
    ViewGroup contentParent = (ViewGroup)findViewById(ID_ANDROID_CONTENT);
    if (contentParent == null) {
        throw new RuntimeException("Window couldn't find content container view");
    }

    ...

    return contentParent;
}

省去了很多类似的特性设置代码，在注释1处我们发现根据系统属性的不同，通过requestFeature和setFlag方法设置了许多属性。在注释2处，看到解析窗口decor的提示，继续往下看，如注释3处，会根据不同的特性对布局资源进行不同的赋值，即后续加载不同的布局(就是不同的ActionBar，TitleBar之类的)。这就是为什么我们自己要去getWindow.requestFeature时必须在 setContent之前的原因。再看注释4处的onResourcesLoaded方法：

void onResourcesLoaded(LayoutInflater inflater, int layoutResource) {
    ...
    
    addView(root, 0, new ViewGroup.LayoutParams(MATCH_PARENT, MATCH_PARENT));
    ...
    mContentRoot = (ViewGroup) root;
    initializeElevation();
}

主要逻辑就是将传入layoutResource即布局资源通过addView添加到DecorView中。在回到注释5处，通过findViewById，获取id为com.android.internal.R.id.content的contentView，即内容布局容器，最后返回。分析完installDecor方法，再回到PhoneWindow的setContentView方法的注释2处，调用inflate方法，就是将MainActivity的layoutResID即对应的资源布局，添加到mContentParent内容布局容器。至此setContentView的分析就告一段落。

方法内部逻辑比较多，主要做了以下几件事：

• installDecor方法内部的generateDecor方法初始化DecorView

• installDecor方法内部的generateLayout

  • 根据不同的系统属性，通过requestFeature和setFlag方法设置不同(feature)特性

  • 根据不同的feature，通过onResourcesLoaded方法的addView加载不同的layoutResource(布局资源，一般是ActionBar，Title等)

  • 通过findViewById获取固定id为com.android.internal.R.id.content的内容布局容器contentParent

  • 返回contentParent

• setContentView方法内通过inflate方法将初始的layoutResID对于的布局添加到contentParent布局容器(android.R.id.content)
  

总结一下，View是如何添加到屏幕窗口上的，主要分为三个步骤：

• 创建顶层布局容器DecorView
• 在顶层布局中加载基础布局容器ViewGroup
• 将ContentView添加到基础布局中的FrameLayout中

3.View的绘制流程

3.1绘制入口

谈到View的绘制入口，就需要知晓Activity的启动过程，如果还不太清楚可以查阅下面两篇文章了解相关细节
Activity的启动流程分析与总结
Application创建流程分析
受篇幅所限，就不具体分析了。就Activity启动过程的部分与View绘制相关的流程进行简单的梳理，如下图

在handleLaunchActivity方法中调用performLaunchActivity后续会调用Activity的onCreate方法，在performLaunch之后会调用handleResumeActivity方法，顾名思义就知道它会是onResume方法的入口，走进该方法：

final void handleResumeActivity(IBinder token,
        boolean clearHide, boolean isForward, boolean reallyResume, int seq, String reason) {
    ActivityClientRecord r = mActivities.get(token);
    ...
    // 注释1
    // 回调Activity的生命周期方法onResume
    r = performResumeActivity(token, clearHide, reason);

    if (r != null) {
        final Activity a = r.activity;
        boolean willBeVisible = !a.mStartedActivity;
        if (!willBeVisible) {
            try {
                willBeVisible = ActivityManager.getService().willActivityBeVisible(
                        a.getActivityToken());
            } catch (RemoteException e) {
                throw e.rethrowFromSystemServer();
            }
        }
        
        if (r.window == null && !a.mFinished && willBeVisible) {
            r.window = r.activity.getWindow();
            // 注释2
            View decor = r.window.getDecorView();
            decor.setVisibility(View.INVISIBLE);
            // 注释3
            // 调用Activity的getWindowManager获取wm
            ViewManager wm = a.getWindowManager();
            // 注释4
            // 获取窗口的布局属性对象
            WindowManager.LayoutParams l = r.window.getAttributes();
            a.mDecor = decor;
            l.type = WindowManager.LayoutParams.TYPE_BASE_APPLICATION;
            l.softInputMode |= forwardBit;
            if (r.mPreserveWindow) {
                a.mWindowAdded = true;
                r.mPreserveWindow = false;
                ViewRootImpl impl = decor.getViewRootImpl();
                if (impl != null) {
                    impl.notifyChildRebuilt();
                }
            }
            if (a.mVisibleFromClient) {
                if (!a.mWindowAdded) {
                    a.mWindowAdded = true;
                    // 注释5
                    wm.addView(decor, l);
                } else {
                    a.onWindowAttributesChanged(l);
                }
            }
            ...
}

在注释2处调用window的getDecorView方法，最终还是调用PhoneWindow的相关方法获取DecorView，在注释3处调用Activity的getWindowManager方法获取ViewManager，在注释4处获取窗口的布局属性对象，在注释5处调用WindowManager的addView方法，进入Activity的getWindowManger方法：

public WindowManager getWindowManager() {
    return mWindowManager;
}

在Activity中搜索mWindowManager赋值的逻辑：

final void attach(Context context, ActivityThread aThread,
    ...
    mWindowManager = mWindow.getWindowManager();
    ...
}

接着进入Window中查找mWindowManager赋值的地方

public void setWindowManager(WindowManager wm, IBinder appToken, String appName,
        boolean hardwareAccelerated) {
    ...
    mWindowManager = ((WindowManagerImpl)wm).createLocalWindowManager(this);
}

接着进入createLocalWindowManager方法，来到了WindowManagerImpl 即WindowManager的实现类：

public WindowManagerImpl createLocalWindowManager(Window parentWindow) {
    return new WindowManagerImpl(mContext, parentWindow);
}

进入WindowManagerImpl的addView方法：

@Override
public void addView(@NonNull View view, @NonNull ViewGroup.LayoutParams params) {
    applyDefaultToken(params);
    mGlobal.addView(view, params, mContext.getDisplay(), mParentWindow);
}

接着进入mGlobal即WindowManagerGlobal的addView方法：

public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params,
        Display display, Window parentWindow) {
    ...
	

    ViewRootImpl root;
    ...
		// 注释1
        root = new ViewRootImpl(view.getContext(), display);
		// 注释2
        view.setLayoutParams(wparams);

        mViews.add(view);
        mRoots.add(root);
        mParams.add(wparams);

        // do this last because it fires off messages to start doing things
        try {
            // 注释3
            root.setView(view, wparams, panelParentView);
        } catch (RuntimeException e) {
            ...
            throw e;
        }
    }
}

在注释1处，实例化了一个ViewRootImpl，在注释2处，设置布局参数，添加到相关集合，在注释3处通过ViewRootImpl的setView方法将View和布局参数等进行了关联，进入setView方法：

public void setView(View view, WindowManager.LayoutParams attrs, View panelParentView) {
	...
	// Schedule the first layout -before- adding to the window
	// manager, to make sure we do the relayout before receiving
	// any other events from the system.
	requestLayout();
	...
}

需要关心的代码就这一句requestLayout，我们知道该方法会触发View的绘制流程，进入该方法：

@Override
public void requestLayout() {
    if (!mHandlingLayoutInLayoutRequest) {
        checkThread();
        mLayoutRequested = true;
        scheduleTraversals();
    }
}

进入scheduleTravels方法：

@UnsupportedAppUsage
void scheduleTraversals() {
    if (!mTraversalScheduled) {
        mTraversalScheduled = true;
        mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
        // 注释1
        mChoreographer.postCallback(
                Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
        if (!mUnbufferedInputDispatch) {
            scheduleConsumeBatchedInput();
        }
        notifyRendererOfFramePending();
        pokeDrawLockIfNeeded();
    }
}

注释1处方法参数mTraversalRunnable是一个Runnable，进入查看它的run方法：

final class TraversalRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        doTraversal();
    }
}

继续追踪进入doTraversal方法

void doTraversal() {
    ...
	performTraversals();
    ...
}

进入performTraversals方法, 正式进入View绘制的三大流程

private void performTraversals() {
	...
	// 执行测量
	performMeasure(xxx)
	...
	// 执行布局
	performLayout(xxx);
	...
	// 执行绘制
	performDraw();
	...

}

绘制入口的简单小结

• ActivityThread.handleResumeActivity()
• WindowManagerImpl.addView(decorView, layoutParams)
• WindowManagerGlobal.addView()
• ViewRootImpl.addView()

3.2绘制涉及的类及方法

• ViewRootImpl.setView(decorView, layoutParams, parentView)
• ViewRootImple.requestLayout()–>scheduleTraversals()–>doTraversal()–>performTraversals()

3.3绘制三大步骤

• 测量：ViewRootImpl.performMeasure()
• 布局：ViewRootImpl.performLayout()
• 绘制：ViewRootImpl.performDraw()

结语

ViewRootImpl是连接WindowManager和DecorView的纽带，View绘制的三大流程均是通过它来完成的，在ActivityThread中，当Activity对象被创建完毕后，会将DecorView添加到Window中，同时会创建ViewRootImple对象，并将ViewRootImpl和DecorView建立关联。到performTraversals方法的主要调用流程大致如下图：

View的具体绘制从ViewRootImpl的performTraversals方法开始的，它经过measure、layout和draw三个过程才能最终将一个View绘制出来，其中measure用来测量View的宽和高，layout用来确定View在父容器中的放置位置，而draw则负责将View绘制在屏幕上。