理解安卓的视图体系结构

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当我们想要写一个页面的时候，通过一个Activity，然后调用其setContentView方法，把一个布局文件当作一个参数传递过去，然后一个页面就好了，但是除此之外，我们还需要与一些组件打交道，比如像Window，WindowManager，那么这些东西到底与我们的页面布局有什么关系，今天就来学习一下，以便对整体窗口有个更清楚的认知。

布局是一颗View tree

先从一个最简单的例子出发，平时我们写一个页面，都从一个布局文件出发。这其实是在构建一个View tree，为啥一定是tree呢，因为我们的布局文件，无论有多么的复杂，都是从一个根（通常是一个ViewGroup对象）开始的，父布局里面再写子布局，比如这样的：

<LinearLayout id="app_root">
  <TextView id="label"/>
  <Button id="submit"/>
</LinearLayout>

这会形成一个树状结构：

| app_root

|- label

|- submit

作为一个开发者，写布局是我们再熟悉不过的了，主要就是用所熟悉的各种Layout和View一起来构建想要的页面。

所写的布局，最终会生成一颗View tree，是一个树状的数据结构，每一个节点都是一个View对象（ViewGroup和View）。因此，布局优化的一个是感觉重要的点就是要先减少View tree的深度（也即平时所说的减少布局的嵌套），再想办法减少广度（减少个数）。

那么，我们写的布局的父布局又是哪里呢？这就又涉及两个东西，一个叫做decorView和contentView的东西。

DecorView与ContentView

我们平常所见的屏幕窗口的根布局是一个叫做DecorView的东西，它是我们通常意义上整个屏幕的根节点，它包含了上面的Status bar和下方的Navigation bar，以及属于应用程序的中间部分。它的源码路径是frameworks/base/core/java/com/android/internal/policy/DecorView.java。它是一个真实的view，它是FrameLayout的子类。

它下面有一个id为android.R.id.content的FrameLayout，我们平时在Activity中调用setContent时所传过去的布局文件所生成的View tree都是添加在这个FrameLayout下面，所以，通常对于我们一个Activity来说，这个FrameLayout是直接意义上的根节点，我们所写的布局都是添加它下面的。

ContentView所引申出来的奇技淫巧

布局优化技巧

首先，一个是布局的优化技巧，可以减少View tree的层级：假如你写的布局中根节点也是一个FrameLayout，那么可以直接用merge节点，把子view全部都直接加挂到前面提到的系统创建的Activity的根布局上面。

<merge>
  <Text />
  <Button />
</merge>

这可以把View tree减少一个层级（深度减1）。

页面内即插即用的弹窗

每个Activity都被回挂在一个id是android.R.id.content的FrameLayout下面，利用这一点，可以做一些即插即用的弹窗，即插即用的意思是，不用写在布局里面，而且显示的时间是不固定的，可能很多时候都不显示，在某个特定的逻辑或者时间才显示。就好比某些电商特定节日的弹窗一样，这种东西，一年也显示不了几回，如果直接添加在布局里面（哪怕你用ViewStub），不够优雅，毕竟不是常规逻辑下会出现的页面，这时可以利用content来做一些即时弹窗：

FrameLayout container = activity.findViewById(android.R.id.content);
View pop = <create or inflate your own view>;
container.addView(pop);

只要你能获得到Activity的实例（这个并不难），那么就可以非常优雅的添加弹窗，逻辑代码和布局文件都会相当独立，甚至可以用插件形式来异步加载。再进一步，如果添加一个WebView，那么就可以做得更加的前端化，实时化和定制化，好多电商的弹窗就是这么干的。

Window与WindowManager

作为应用开发者，我们看一个View tree其实就是一坨布局，这是站在一个非常小的角度去看的，但如果站在整体系统架构角度来看的话，就会发现应用程序所在的view tree仅是系统可视化窗口架构中的末端，View只是用来构建视图的基本砖块而已。对于整体View tree是如何渲染的，何时渲染，这就涉及到了整体系统架构层面的重量级组件了。

对于现化代的视图窗口架构(Modern GUI)，都有一个window server，作来管理视图窗口的核心组件，比如X11，Android当中也不例外。在Android里面，WindowManager就是专门用于管理视图窗口的，它是系统级别的server叫window manager server是一个系统级别的常驻进程，由init.rc启动。而Window则是一个基本的窗口的逻辑上的抽象。关于Window以及WindowManager本身就是相当大的话题，都可以单独写本书，这时不做过多的探讨，对于我们应用开发者来说，了解一下基本的知识就够用了。

每一个Activity，都有一个Window对象，所有一切与GUI有关的事情，都委派给了Window对象，Actvity本身并不参与GUI的具体流程，比如像上面提到的DecorView，ContentView等View tree的构建与管理，View tree的渲染，以及像事件的处理，都是Window对象处理的。Window是WindowManager的基本对象，与其server之间通过IPC通信，Window是供应用程序端使用的，其实真正一切都掌握在window server手中。Activity和Dialog使用的对象都是PhoneWindow，它在frameworks/base/core/java/com/android/internal/policy/PhoneWindow.java，Window对象会具体负责创建像DecorView之类的一些基础设施。最为关键的一个方法就是其PhoneWindow#installDecor()方法，这个方法里面会先调用generateDecor()创建mDecor，它就是前面讲到的DecorView对象，再通过generateLayout()创建mContentParent对象，它就是前面讲到的id是android.R.id.content的那个FrameLayout，Activity或者Dialog通过setContentView送过来的View tree就是加在它的下面的。

WindowManager是一个接口（Android系统的代码接口用的特别多，很多关键的架构层面的组件都是接口，实际使用的都是其一个实现。)实际使用的是WindowManagerImpl对象，而它也没干啥，它把事情又委派给另外一个叫做WindowManagerGlobal的对象，这个WindowManagerGlobal则是GUI端的最后一站，它负责与wms（WindowManagerServer）通信。它在frameworks/base/core/java/android/view/WindowManagerGlobal.java

需要注意WindowManagerGlobal是一个单例，也就是说每一个应用程序（严格来说是每一个进程只有一个实例，但安卓上面带有GUI的应用程序只能存活在一个进程，所以可以理解为一个应用程序）只有一个实例，所以它管理着一个应用程序中的所有的View tree。从它的成员中便可看出，它有一坨ViewRootImpl对象（一个列表），而每一个ViewRoot对象管理着一颗View tree。

最为关键的一个方法就是WindowManagerGlobal#addView，每一个Window的持有者对象（如Activity或者Dialog）都是通过这个方法将其DecorView对象添加给WindowManager的。addView方法，会先创建一个ViewRootImpl对象，然后把要添加的view以及刚创建出来的ViewRootImpl都放进它的列表中，最后再调用ViewRootImpl#setView(view)，这就把几大关键对象建立好了连接，接下来的事情就归ViewRootImpl了。这里还有一个相当关键的对象，那就是LayoutParams，WindowManagerGlobal也有一个列表里面存着每个Viewtree根节点（也就是Decor view）的LayoutParams。

ViewRootImpl又是个啥

Window是从手机系统角度来看待的窗口的概念，而View tree则是从应用程序角度构建GUI页面的概念，view tree是Window的一部分，Window对象持有mView，而这个mView就是上面提到的DecorView，也即是View tree的根节点。这里又要涉及另外一个对象ViewRootImpl，它并非是View tree的一部分，虽然名字上比较容易混淆，因为它并不是View的子类，所以它不是任何一个View tree的节点，它的职责是管理View tree，像渲染以及事件派发，都是Window直接通过ViewRootImpl来进行的。在代码中实际使用的是ViewRootImpl对象，它实现了ViewParent接口。

所以，ViewRootImpl对象是值得细细研究的，因为实际上是它在管理着GUI系统–view tree的管理，渲染的三大步(measure, layout和draw）以及事件的派发，最源头的逻辑都在这个对象里面，当然它也是非常复杂的，源码大概有1万行左右。

ViewParent又是个啥

它是一个接口，行使的职责是管理子View，也就是说在View tree当中管理子View的行为的集合便是ViewParent接口。View tree的节点都是View的子类，所以，你看ViewRootImpl实现了ViewParent接口，它是负责管理Window里面的View tree的。另外一个就是ViewGroup，ViewGroup是View的子类，所以它是Viewtree的一部分，父节点都是ViewGroup，它核心就两样东西一个是子View的列表，另外就是ViewGroup也实现了ViewParent的接口，因为它也要管理它的子节点（也即子View）。

Activity到底是个啥东西

它是系统的四大核心组件之一，如果想构建GUI页面，则Activity是绕不开的。如果再详细一点，Activity是一个系统给你的融合了应用生命周期管理，组件级别复用（Intent相关）和窗口管理的组件，生命周期也即ActivityManager干的事情，它通过Activity的回调告诉你；而GUI则是通过Activity的Window对象帮你实现（Activity的布局和事件的处理都是委派给其持有的Window对象来处理）。

如果，把Activity的Window对象拿掉，那么它跟一个Service组件就基本上没有差别了。如果把Activity的Intent相关拿掉，那么它跟一个Dialog就没啥区别了。

Fragment又是个啥

坦白说，Fragment是Google挖的一个大坑，这玩意儿不符合Android的核心设计思想，因为Android出世的时候并没有它，是后来Google跟水果平台抄来的一个不伦不类的东西，结果全是坑。在它刚出来的一些年，Google极力的推荐使用Fragment，但是近一两年，又不推荐了。

Fragment本质上就是一个强加了生命周期函数回调的View，因为显示Fragmeng时，都是把它替换一个View或者添加到一个ViewGroup上面，所以它就是一个View，或者说一个View tree中的节点。但是强加了生命周期的回调。光是这两点，其实也没有啥，毕竟生命周期对于View是重要的，一般时候我们要在onResume与onPause之间才让View处于active状态。

Fragment最大的问题在于它的异步机制和状态恢复机制，也就是说用FragmentManager#commit了以后，具体啥时候Fragment会真正显示出来，我们是无法控制的，这是相当的坑；它的状态恢复机制就更加的坑，状态恢复这个东西如果全让程序员来负责也还好，就像Activity的设计一样，但是如果框架帮你做了一些事情，但又不完整，这就坑了，关于状态恢复的坑可以参考这篇文章来详细的了解。

DialogFragment

这个本质上是Dialog，但是被包了一层Fragment，所以它会有Fragment的特性，但是Window和View tree则是属于Dialog的。

**注意：**FragmentTransaction#add(Fragment fragment, String tag)有一个方法是不需要提供父布局，这是为没有常规布局准备的，因为无法把布局添加到Activity的现有View tree之中。一般情况下，我们是不会使用这个方法的，目前看仅在DialogFramgment中使用这个方法，那是因为Dialog本身有Window和view tree。

不在Activity view tree里面的窗口控件

一般来讲，我们想要显示的页面都会放进布局里面，也就是说大部分时候我们的页面都由Activity的view tree来实现。但是有些特殊的场景，却不是在view tree里面，比如弹窗，像Dialog，PopupWindow以及Toast，这些东西一般是用于弹出式的页面，由特定的逻辑触发，它与常规页面最为显著的区别就是，它们与Activity的Window和View tree是独立开来的，它们并不是添加在当前Activity的view tree上面的。它们自己有独立的view tree，或者换句话说，它们是独立的Window。

我们这里重点探讨它们与Window和当前Activity之间的关系，至于它们的基本使用方法，可以参阅其他文章。

Dialog

这里不说基本使用方法。

通过查阅源码，可以发现Dialog与Activity的实现相当类似，它内部也有一个独立的Window，也是通过WindowManager#addView把其ContentView（我们提供的布局）加到屏幕上去的。因此，它与Activity也是相互独立的，是两个Window，两棵View tree。Dialog类里面还有getActionBar，OptionsMenu等相关的方法，但似乎在实际使用当中比较少用到。

Dialog最为核心的两个方法一个是其构造方法，这其中会创建Window对象，另外一个就是#show，里面可以看到，它是通过WindowManager#addView()方法，来把它的mDecorView添加到窗口体系当中的，这与Activity其实是一样的。

为啥显示Dialog一定需要Activity，一般Context却不可以

使用过Dialog的人都知道，创建Dialog时一定要传递Activity为其参数，尽管构造方法里面声明的是Context。前面提到，Dialog有自己的Window和View tree，理论上它跟Activity是没有关系的。

如果，用一个非Activity作为Context传给Dialog，报错，是WindowManager抛出来的异常，说：

android.view.WindowManager$BadTokenException: Unable to add window -- token null is not valid; is your activity running?
        at android.view.ViewRootImpl.setView(ViewRootImpl.java:1093)
        at android.view.WindowManagerGlobal.addView(WindowManagerGlobal.java:409)
        at android.view.WindowManagerImpl.addView(WindowManagerImpl.java:110)
        at android.app.Dialog.show(Dialog.java:342)

而Dialog#setOwnerActivity(Activity)方法在创建Dialog之后再把相关Activity塞过去，也是不行的，必须传入的Context参数要是一个Activity实例才可以。

最初以为，可以从它的构造方法中看出为啥一定需要Activity，就是因为需要theme.但其实并不是，因为theme是可以通过resource id传进去的。

关键点仍在于ViewRootImpl对象，因为这个异常是ViewRootImpl在其setView方法中抛出的，前面讲过，向一个Window添加布局最终会走到WindowManagerGlobal#addView，而它又是通过ViewRootImpl#setView来做具体事情的，这个方法里面，会先获取当前的WindowSession，然后再把当前的Viewtree转化为窗口对象，添加给wms。所以最核心的地方还得看WindowManagerService#addWindow()这个方法，这个方法也相当之复杂，但是还是能大概看懂它的意思。

通俗的来理解这是安卓系统本身加的限制，也就是说窗口本身也是有逻辑关系的，可以简单理解为树状关系，一个Activity是主Window，而由此Activity衍生出来的属于此Window的子Window，因此在添加子Window的时候，必须要知道它从属于哪个父Window，因此，你必须传Activity实例给Dialog的构造方法，因为只有Activity才是有主Window的。但是这个具体的逻辑连接却比较奇怪，从上面的过程描述来看，WindowManager#addView到ViewRootImpl#setView，其实，都没有明确的把父Window，也就是Activity的Window传进来，那么WindowManagerService又是从哪里去找这个父Window呢？

WindowManagerService#addWindow方法，并没有传递父Window参数进来，那就只能是它从传进来的参数获得的。这里一个很重要的东西就是token，它是一个IBinder对象，它是一个Window的标识，它存在Window的attris对象里面，这个就是WindowManager#LayoutParams对象，它的作用就是存储Window的特征参数，比如你要改变Window的一些特性（通俗来说就是定制一下Window），那么通过改变LayoutParams，就可以了。这个其实不难理解，我们对View不就是通过其LayoutParams来改变View的特征参数么。都是一样的。

Dialog对象在show()时会把其mDecor添加到WindowManagerService中去，其并未传父Window，只传了一个LayoutParams过去，其实玄机也就在LayoutParams之中，窗口的token，父token（标识着父窗口）以及像窗口的type都是在LayoutParams中。那么这个LayoutParams是哪里创建的呢？它是来自于Window对象的，而Dialog的mWindow成员实例是在构造时创建的，创建的是一个PhoneWindow对象，并且把构造Dialog传进来的Context对象传给了PhoneWindow的对象，LayoutParams对象则是通过mWindow.getAttributes()得来的。因此啊，可以断定，PhoneWindow在生成LayoutParams时，会从传给其构造的上下文对象mContext中获取一些信息，如窗口的类型或者父窗口信息，而只有Activity对象才有窗口信息，并且可以作为父窗口，而普通的Context对象是没有窗口的，由此可以解答我们的疑惑了。

也可以显示独立于任何Activity的Dialog

窗口是有很类型的，WindowManagerService为了方便管理，所以针对Activity及其从属于子窗口（Dialog和PopWindow）做了类似tree结构的逻辑上的整理，所以普通的Dialog必须要能找到其主窗口（或者叫父窗口）。

但其实，我们经常能见到一些非常牛逼的Dialog，可以显示在任何Activity之上，如电源没了，或者音量调节，等等。这些是叫作system dialog，需要特殊权限才能显示出来的。管理来理解，系统级别的组件才有权限显示system dialog。

其实，想一想也合理，作为一个应用程序，你在自己的生命周期内，显示内容给用户足够的信息就可以了。当用户离开了你的应用，你也没有必要再显示Dialog了。

注：应用在后台时，想在前台显示信息有其他的方式，如Notification等，这属于另外的话题，不做过多讨论。

可以弄个全屏的Dialog吗？

一般来讲呢，Actiivty都是全屏的，Dialog一般是非全屏的，可以把一个Activity弄成非全屏的，长的像Dialog一样，当成Dialog来使用，就在设置Activity的Theme时，用Theme.Dialog就可以了。

那么，反过来搞可不可呢，就是可不可以把常规的Dialog弄成一个全屏的呢？

从Dialog的实现上来看，它有Window对象，甚至连Actionbar和OptionsMenu都有，所以从实现上来看，Dialog并不一定非要像我们平常所使用的那样是一个对话框，它能做的事情不比Activity少。默认Dialog的style就是一个平常的对话框，但其实，设置不同的style，就可以得到全屏的dialog。

     private void showFullscreenDialog() {
        // Theme_Material_NoActionBar_Fullscreen is real full screen, i.e. hide the status bar.
        Dialog dialog = new Dialog(this, android.R.style.Theme_Material_NoActionBar);
        dialog.setContentView(R.layout.fullscreen_dialog);
        dialog.findViewById(R.id.okay).setOnClickListener(view -> {
            dialog.dismiss();
        });
        dialog.show();
    }

注：这里有点歧义，全屏意思是指铺满整个父Activity，严格意义上的全屏是要把状态栏也要隐藏掉。

PopupWindow

PopupWindow是一个独立的类，并不是View的子类，因此，它跟常规的widget不一样，无法直接添加到现有的View tree之中，这也导致它的实现方式比较复杂。

PopupWindow它并没有创建Window对象，但是它有一个类似于Window对象的DecorView的东西，它的根节点是一个叫做PopupDectorView的东西，其实是一个FrameLayout，我们让PopupWindow显示的布局就是加在这个PopupDectorView下面。最重要的两个方法一个是preparePopup() 这个方法会创建根节点PopupDecorView，然后把我们需要显示的mContentView以及还有一个PopupBackgroundView（也是一个FrameLayout，包裹在要显示的ContentView外面），放在PopupDecorView的下面，所以真实的结构是根节点是PoupDecorView，包了PopupBackgroundView，再包上要显示的mContentView，一共三层。

另外，一个方法就是invokePopup，核心逻辑是调用WindowManager#addView，把mDecorView添加到窗口系统中以显示出来，后面的过程跟上面提到的Dialog的显示过程是一样的。那么PopupWindow又是如何找到Activity的主Window的呢？答案还是在LayoutParams中，方法preparePopup()的参数是LayoutParams，如前面所述LayoutParams是最终会传递给WindowManagerService的，而这里面就包含了主窗口的信息。而这个LayoutParams对象是通过方法createPopupLayoutParams()得来的，而这个方法的参数是一个IBinder对象，我们知道这个IBinder对象就标识着一个主窗口。那么PopupWindow的IBinder对象又从何而来呢？是通过View.getWindowToken()得来的，PopupWindow的显示方法都要提供一个View如showAsDropDown，里面的参数是一个View，而这个View必须是已显示的View tree中的一个节点，现在应该知道一个窗口有一颗View tree，那么此View tree中的节点肯定知道自己属于哪个窗口啊，由此便找到了主窗口。

另注意，PopupMenu，也是基于PopupWindow的，只不过弄成了Menu的样子（其实就是一个ListView）。

可以弄个全屏的PopupWindow吗？

当然可以，只需要在构造PopupWindow时传入MATCH_PARENT作为其宽和高就可以了，不过这样做以后后面再选择哪种show方式就不影响了，都是铺满Activity来显示。

     private void showFullscreenPopup() {
        final View content = LayoutInflater.from(this).inflate(R.layout.fullscreen_dialog, null, false);
        PopupWindow popup = new PopupWindow(content, ViewGroup.LayoutParams.MATCH_PARENT, ViewGroup.LayoutParams.MATCH_PARENT);
        final View anchor = findViewById(R.id.fullscreen_popup);
        // Key is the width and height passed to constructor, show does not affect anything.
//        popup.showAtLocation(anchor, Gravity.NO_GRAVITY, 0, 0);
        popup.showAsDropDown(anchor, 100, 200);
        content.findViewById(R.id.okay).setOnClickListener(view -> {
            popup.dismiss();
        });
    }

Toast又是个啥

这个大家都非常熟悉了，每天都用到，用以给出一些非常弱的提示。

它其实也是有独立Window的。Toast类本身比较简单，但它也是有一个专门的Server的叫NotificationManager，Toast也是一个客户端，直接做工作的是另一端的服务，这也是为何即使我们的应用退到了后台依然可以show一个Toast。我们用的最多的就是让其显示一段文字，但其实那只是它的一个非常基础的用法。从Toast的方法就可以看出来，它是可以接受一个View的，所以把一个布局的根节点传进去，那这个布局不就可以显示了么？

Toast可以显示复杂布局吗？

虽然，通常我们都是使用Toast.makeText方法，但这并意味着它只能显示纯文字，它是可发接收一个View作为其Content的，就通过其setView方法：

     private void showComplexToast() {
        Toast toast = new Toast(this);
        final View dialog = LayoutInflater.from(this).inflate(R.layout.fullscreen_dialog, null, false);
        toast.setDuration(Toast.LENGTH_LONG);
        toast.setView(dialog);
        // This does not work, Toast cannot receive focus, i.e. it won't receive events from WMS
        dialog.findViewById(R.id.okay).setOnClickListener(view -> {
            toast.cancel();
        });
        toast.show();
    }

不过呢，虽然Toast可以展示更为复杂的布局，但是它是无法接收用户事件，也就是说它是无法处理点击事件的，你想有用户交互的话，是不可以的。

如此，假如你想显示一个类似Toast的，但是可以交互的，那只能用PopupWindow或者Dialog来模拟，但这又只能是在应用在前台时显示；假如在后台时，又想要有交互行为，那只能用Notification和PendingIntent了。

综合结论

说了这么多，希望还没有看晕，总结一下：

Window也是有结构关系的，类似于View一样，像一样tree
每一个Window都有一颗View tree，DecorView是其根节点
ViewRootImpl是用来管理View tree的
Dialog和PopupWindow可以用以显示铺满Activity，甚至全屏的View
Toast也可以展示复杂布局

实战建议

Activity应该只用于显示一个页面内的主要的，逻辑上都可以触达的布局，比如一上来用户就可见的所有东西，以及常规操作可以触发的（如折叠展开等）。

Activity的View tree要尽可能的小，这样才能保证最好的渲染性能，其余的，很多一次性的，即插即用的，鲜有逻辑才会有触发的，这种布局，要尽可能的独立于Activity的View tree之外，以保证其布局和逻辑上的独立，也更方便维护，更能减少Activity的view tree的体积。因为Dialog和PopupWindow也可以铺满整个Activity，所以，像一些用户引导，新人引导，运营活动，分享，等等一些常规逻辑走不到的页面，都可以考虑用Dialog和PopupWindow来实现。