SystemUI的实现
以StatusBar为例，来分析下Android系统具体是如何实现它们的。
相关代码分为两部分，即：
- Service部分
代码路径：frameworks/base/services/java/com/android/server。
- 应用部分
代码路径：frameworks/base/packages/SystemUI。
下面来看看SystemUI的“目录”：
…
<applicationandroid:persistent="true"android:allowClearUserData="false"
android:allowBackup="false"android:hardwareAccelerated="true"android:label="@string/app_ label" android:icon="@*android:drawable/platlogo"android:supportsRtl="true" >
<service android:name="SystemUIService"android:exported="true"/>
/*SystemUIService是我们分析的重点，状态栏等系统UI实现都是在这里完成的*/
<service android:name=".screenshot.TakeScreenshotService"
android:process=":screenshot" android:exported="false" />/*由此可知，SystemUI提供了
截屏操作。有兴趣的读者可以自己研究下是如何实现的*/
<receiver android:name=".BootReceiver"androidprv:primaryUserOnly="true" >/*开机自启动，
不过这里启动的是LoadAverageService，而不是SystemUIService*/
<intent-filter>
<action android:name="android.intent.action.BOOT_COMPLETED" />
</intent-filter>
</receiver>
…
通过AndroidManfiest我们知道SystemUIService是整个系统UI的“载体”，所以接下来将根据这一线索来把整个代码流程“串”起来。和其他很多系统服务一样，SystemUIService也是在SystemServer中启动的。具体而言，SystemServer会在适当的时机通知ActivityManagerService“系统已经就绪（systemReady），可以进一步运行第三方模块了”——这其中就包括将由startServiceAsUser启动的SystemUIService。
SystemUIService继承了标准的Service组件，因而必须重载onCreate接口：
/*frameworks/base/packages/systemui/src/com/android/systemui/SystemUIService.java*/
public void onCreate() {…
IWindowManager wm = WindowManagerGlobal.getWindowManagerService();//获取WMS服务
try {
SERVICES[0] = wm.hasSystemNavBar()? R.string.config_systemBarComponent
: R.string.config_statusBarComponent;//是StatusBar还是SystemBar?
} catch (RemoteException e) {
Slog.w(TAG, "Failing checking whether status bar can hide", e);
}
final int N = SERVICES.length;
mServices = new SystemUI[N];
for (int i=0; i<N; i++) {
Class cl = chooseClass(SERVICES[i]);
Slog.d(TAG, "loading: " + cl);
try {
mServices[i] = (SystemUI)cl.newInstance();
} …
mServices[i].mContext = this;
Slog.d(TAG, "running: " + mServices[i]);
mServices[i].start();//mServices中的每个元素都继承自SystemUI
}
}
SERVICES是一个object数组，它的初始值如下所示：
final Object[] SERVICES = new Object[] {
0, // system bar or status bar, filled in below.
com.android.systemui.power.PowerUI.class,
com.android.systemui.media.RingtonePlayer.class,
com.android.systemui.settings.SettingsUI.class,
};
其中，SERVICES[0]在初始化时没有赋值。它将根据hasSystemNavBar的执行结果来决定是用systemBar还是statusBar。上面这段代码首先取出SERVICES数组中的class名，然后分别实例化它们，最后调用start接口统一启动。因此，每一个系统ui元素（包括statusBar，PowerUI等）都必须继承自SystemUI这个抽象类，并重载其中的start方法。
函数hasSystemNavBar做了哪些判断来对statusBar和systemBar进行取舍呢？WindowManager的真正实现体是WindowManagerService。
/*frameworks/base/services/java/com/android/server/wm/WindowManagerService.java*/
public boolean hasSystemNavBar() {
return mPolicy.hasSystemNavBar();
}
**Policy是Android中定义UI行为的一个“规范”。**比如有没有Navigation Bar，WindowLayer如何排布等。以PhoneWindowManager为例，它判断当前系统是否需要导航条。
我们假设设备的分辨率是800*480，屏幕密度为ldpi：
/*frameworks/base/policy/src/com/android/internal/policy/impl/PhoneWindowManager.java*/
int shortSizeDp = shortSize*DisplayMetrics.DENSITY_DEFAULT/ density;
/*在这个场景中，shortSize=480，DENSITY_DEFAULT=160，density =120, 所以最终
shortSizeDp = 640*/
if (shortSizeDp < 600) {//在这个场景中不成立
mHasSystemNavBar = false;
mNavigationBarCanMove = true;
} else if (shortSizeDp < 720) {/*本场景属于这一分支*/
mHasSystemNavBar = false;
mNavigationBarCanMove = false;
}
if (!mHasSystemNavBar) {//进一步判断是否有Navigation Bar
…
} else {
mHasNavigationBar = false;
}
所以在这个场景中，经过上面的判决后mHasSystemNavBar为false。换句话说，对于分辨率800*480且密度为ldpi的屏幕，它的SERVICES[0]对应的class类名是R.string.config_statusBar Component即“com.android.systemui.statusbar.phone.PhoneStatusBar”。下面以PhoneStatusBar为例来看看它的创建过程及具体样式：
/*frameworks/base/packages/systemui/src/com/android/systemui/statusbar/phone/
PhoneStatusBar.java*/
public void start() {
mDisplay = ((WindowManager)mContext.getSystemService(Context.WINDOW_SERVICE))
.getDefaultDisplay();/*mDisplay记录了当前默认显示屏的大小，密度等等信息*/
…
super.start();// 关键语句，下面我们会重点介绍
addNavigationBar();/*不是所有Phone都需要Navigation Bar。比如设备本身已经配备了物理按
键，这种情况下如果一直在屏幕上显示导航条反而是一种累赘*/
…
}
PhoneStatusBar的“父类”是BaseStatusBar，很多框架性的操作都是在这里面完成的（但UI界面的具体描述还是会通过回调PhoneStatusBar中的方法来确定）：
/*frameworks/base/packages/systemui/src/com/android/systemui/statusbar/BaseStatusBar.java*/
public void start() {…
mBarService = IStatusBarService.Stub.asInterface(
ServiceManager.getService(Context.STATUS_BAR_SERVICE));
// Connect in to the status bar manager service
StatusBarIconList iconList = new StatusBarIconList();//状态栏图标列表
ArrayList<IBinder> notificationKeys = new ArrayList<IBinder>();
ArrayList<StatusBarNotification> notifications = new ArrayList<StatusBarNoti fication>();
mCommandQueue = new CommandQueue(this, iconList);
int[] switches = new int[7];
ArrayList<IBinder> binders = new ArrayList<IBinder>();
try {
mBarService.registerStatusBar(mCommandQueue,iconList,notificationKeys,
notifications,switches, binders); /*经过一系列对象的创建与初始化后，开始向
StatusBarService进行注册。这里涉及跨进程操作，因而传递的
参数都是继承自Parcelable的*/
} catch (RemoteException ex) {
// If the system process isn't there we're doomed anyway.
}
createAndAddWindows(); /*这是真正将Status Bar显示出来的地方*/
…
}
好不容易快到“水落石出”的时候了，但是上面这段代码却又杀出一个“程咬金”——StatusBarService。
既然SystemUI这个应用程序中已经有StatusBar了，为什么又需要StatusBarService?
先来看看StatusBarService是在哪里启动的。
/*frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java*/
try {
Slog.i(TAG, "Status Bar");
statusBar = new StatusBarManagerService(context, wm); /*确实在这里。而且具体的实现类叫做StatusBarManagerService*/
ServiceManager.addService(Context.STATUS_BAR_SERVICE, statusBar);
} catch (Throwable e) {
reportWtf("starting StatusBarManagerService", e);
}
现在可以进一步分析StatusBarManagerService的实现了。针对上面BaseStatusBar中调用的注册操作：
public void registerStatusBar(IStatusBar bar, StatusBarIconList iconList,List<IBinder>
notificationKeys,List<StatusBarNotification> notifications,
int switches[], List<IBinder> binders) {
enforceStatusBarService();
mBar = bar;
synchronized (mIcons) {
iconList.copyFrom(mIcons); /*复制Icon列表，注意方向是从StatusBarManager->
BaseStatusBar*/
}
synchronized (mNotifications) {
for (Map.Entry<IBinder,StatusBarNotification> e: mNotifications.entrySet())
{
notificationKeys.add(e.getKey());
notifications.add(e.getValue());/*和Icon列表类似，方向也是从StatusBarManager
到BaseStatusBar*/
}
}
…
}
由上面这段代码可以看出，registerStatusBar有两个作用：
其一，为新启动的SystemUI应用中的StatusBar赋予当前系统的真实值（比如有多少需要显示的图标）。其二，通过成员变量mBar记录下IStatusBar对象——它在SystemUI中对应的是CommandQueue。
我们再回到BaseStatusBar。向StatusBarManagerService注册完成后，它会执行如下语句。
createAndAddWindows();
BaseStatusBar中的这个方法是抽象的，因而其子类PhoneStatusBar必须要重载它：
/*frameworks/base/packages/systemui/src/com/android/systemui/statusbar/phone/Ph-
oneStatusBar.java*/
public void createAndAddWindows() {
addStatusBarWindow();
}
private void addStatusBarWindow() {
final int height = getStatusBarHeight();/*首先获取StatusBar的高度。默认的高度值是通
过com.android.internal.R.dimen.status_bar_height来指定的，因而
开发人员如果需要更改StatusBar高度的话，可以考虑修改这个值*/
final WindowManager.LayoutParams lp = new WindowManager.LayoutParams(
ViewGroup.LayoutParams.MATCH_PARENT, /*宽度是MATCH_PARENT*/
height, //高度值是可定制的
WindowManager.LayoutParams.TYPE_STATUS_BAR, /*指定窗口类型*/
WindowManager.LayoutParams.FLAG_NOT_FOCUSABLE|
WindowManager.LayoutParams.FLAG_TOUCHABLE_WHEN_WAKING
| WindowManager.LayoutParams.FLAG_SPLIT_TOUCH,
/*设置flag, 下面还会加上硬件加速属性*/
PixelFormat.TRANSLUCENT/*半透明的*/);
lp.flags |=windowManager.LayoutParams.FLAG_HARDWARE_ACCELERATED;
lp.gravity = getStatusBarGravity();/*设置Gravity属性，默认值为Gravity.TOP
|Gravity.FILL_HORIZONTAL,所以StatusBar是在屏幕上方*/
lp.setTitle("StatusBar"); //标题
lp.packageName = mContext.getPackageName();
makeStatusBarView(); //下面会详细介绍
mWindowManager.addView(mStatusBarWindow, lp); /*将一切就绪的mStatusBarWindow加入
WindowManager中。请参见本书显示系统章节的讲解*/
}
从makeStatusBarView这个函数名可以推断出，StatusBarView会被创建并且初始化。先来了解下两个重要的变量。
-
mStatusBarWindow
这是一个StatusBarWindowView类对象，同时我们通过addView传给WindowManager的也是这个变量——说明它很可能包含了StatusBarView。 -
mStatusBarView
这就是makeStatusBarView需要操作的对象。
/*frameworks/base/packages/systemui/src/com/android/systemui/statusbar/phone/Ph-one
StatusBar.java*/
protected PhoneStatusBarView makeStatusBarView() {…
mStatusBarWindow = (StatusBarWindowView) View.inflate(context, R.layout.super_
status_bar, null);
mStatusBarWindow.mService = this; //mService其实指的是PhoneStatusBar
mStatusBarWindow.setOnTouchListener(new View.OnTouchListener() {//设置触摸事件
@Override
public boolean onTouch(View v, MotionEvent event) {
if (event.getAction() == MotionEvent.ACTION_DOWN) {//支持下拉手势
if (mExpandedVisible) {
animateCollapsePanels ();//通知栏的“下拉展开”需要动画效果，不然会很突兀
}
}
return mStatusBarWindow.onTouchEvent(event);
}});
mStatusBarView =(PhoneStatusBarView)mStatusBarWindow.findViewById(R.id.status_ bar);
mStatusBarView.setBar(this); /*状态栏出场了*/
…
mNotificationPanel = (NotificationPanelView) mStatusBarWindow.
findViewById(R.id. notification_panel);
mNotificationPanel.setStatusBar(this); /*通知栏也很关键，只不过它只有在下拉后才会出现*/
/*从下面开始将利用mStatusBarView为PhoneStatusBar中的众多内部变量赋值*/
…
try {
boolean showNav = mWindowManagerService.hasNavigationBar();/*决定是否需要导航条*/
if (showNav) {
mNavigationBarView = (NavigationBarView) View.inflate(context,
R.layout. navigation_ bar, null);
/*Navigation Bar对应的layout。有兴趣的读者可以自己看一下*/
…
}
} catch (RemoteException ex) {
/*Android中的不少代码在捕捉异常时，很常见的一种处理就是“听天由命”…*/
}
/*接下来通过findViewById从mStatusBarView中获取StatusIcons、NotificationIcons、
ClearButton等一系列按键。我们将会在StatusBar布局文件中做统一分析。这里暂时略过*/
…
/*最后动态注册需要接收的广播，比如系统设置改变，屏幕关闭等*/
IntentFilter filter = new IntentFilter();
filter.addAction(Intent.ACTION_CONFIGURATION_CHANGED);
filter.addAction(Intent.ACTION_CLOSE_SYSTEM_DIALOGS);
…
context.registerReceiver(mBroadcastReceiver, filter);…
return mStatusBarView;//注意最终返回值是mStatusBarWindow的子View
}
变量mStatuBarWindow来源于super_status_bar布局。它本质上还是一个FrameLayout，包含的元素也很简单，就是status_bar和status_bar_expanded两个布局，前者对应的是状态栏mStatusBarView，后者其实就是通知栏mNotificationPanel。为status_bar中的众多元素（按键、背景等）进行初始化。
最终的返回值是mStatusBarView。然后利用WindowManager的addView接口将mStatus- BarWindow（注意：不是mStatusBarView）添加进窗口系统中。接下来的主动权就转交给WindowManager。
这样我们就把StatusBar，Notification和NavigationBar的调用流程“串”起来了。
Android壁纸资源——WallpaperService
除了前面讲解的状态栏、通知栏外，壁纸也属于SystemUI管理的一个重点。在Android系统中，用户可以从设备内部或者外存储器（比如SD卡中）中选取图片资源作为壁纸。另外，系统还支持动态壁纸的显示。
壁纸管理系统主要包括以下几个方面。
-
WallpaperManagerService（WPMS）
它是壁纸机制的“大总管”，静态、动态壁纸都是在这里统一调度的。 -
WallpaperService（WPS）
WPS继承了标准的Service组件，因而它一定会实现onCreate、onDestroy、onBind等一系列方法。此外它还包含了一个重要的嵌套类engine，我们在后面会做详细讲解。WPS是静态、动态壁纸的基类，代表了作为“壁纸”所应该具有的一切属性。 -
ImageWallpaper（IWP）
从名称可以看出，它是静态壁纸的实现类，而且一定是继承自上面的WPS。
WallPaperManagerService
WPMS既然是基于AIDL实现的，我们来看看它的接口描述：
/*frameworks/base/core/java/android/app/IWallpaperManager.aidl*/
interface IWallpaperManager {
ParcelFileDescriptor setWallpaper(String name); /*设置壁纸*/
void setWallpaperComponent(in ComponentName name); /*设置动态壁纸*/
ParcelFileDescriptor getWallpaper(IWallpaperManagerCallback cb,out Bundle outParams);
WallpaperInfo getWallpaperInfo();
…
}
从上面的接口定义可以看出，WPMS的工作并不复杂——它提供了全局的壁纸注册、取消和查询功能，并在接收到事件时进行合理分配。
和其他系统服务一样，WPMS是在SystemServer.java中启动并注册进ServiceManager中的，如下所示：
/*frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java*/
try {
Slog.i(TAG, "Wallpaper Service");
if (!headless) {
wallpaper = new WallpaperManagerService(context);
ServiceManager.addService(Context.WALLPAPER_SERVICE, wallpaper);
}
} catch (Throwable e) {
reportWtf("starting Wallpaper Service", e);
}
接下来的一个问题是：既然系统同时支持静态壁纸和动态壁纸，而且每种类型中还包含了N个实例（比如原生态系统就自带多个动态壁纸供用户选择），那么系统在显示时是如何选择的呢？我们很自然地会想到，在WPMS启动时它应该会去读取某个“配置文件”，这个文件记录了用户最近一次的选择：
public WallpaperManagerService(Context context) {
…
loadSettingsLocked(UserHandle.USER_OWNER);//加载配置
}
当WPMS构造时，它调用了loadSettingsLocked：
private void loadSettingsLocked(int userId) {//这里传进来的userId=0
…
try {
stream = new FileInputStream(file);
XmlPullParser parser = Xml.newPullParser();
parser.setInput(stream, null);
int type;
do {
type = parser.next();
if (type == XmlPullParser.START_TAG) {
String tag = parser.getName();
if ("wp".equals(tag)) {…
wallpaper.name = parser.getAttributeValue(null, "name");
String comp = parser.getAttributeValue(null, "component");
…
}
}
} while (type != XmlPullParser.END_DOCUMENT);
success = true;
}
…
}
上面这段代码会按照写入时的格式将wallpaper的配置信息读出来，并保存在WallpaperData结构中——专门用于描述壁纸信息的通用数据结构。不过这时壁纸还没有真正显示出来，而是要等到系统进入Ready状态（此时系统会回调SystemReady接口）后才会通知具体的壁纸程序进行绘制：
public void systemReady() {
WallpaperData wallpaper = mWallpaperMap.get(UserHandle.USER_OWNER);
switchWallpaper(wallpaper, null);
…
}
接着进入Wallpaper的具体处理中：
void switchWallpaper(WallpaperData wallpaper, IRemoteCallback reply) {
synchronized (mLock) {…
try {
ComponentName cname = wallpaper.wallpaperComponent != null ?
wallpaper.wallpaperComponent : wallpaper.nextWallpaperComponent;
if (bindWallpaperComponentLocked(cname, true, false, wallpaper,reply)) {
return;
}
} …
}
系统开机后，
wallpaper.wallpaperComponent为空（除非上一次用户选择了其他方式）；而wallpaper.nextWallpaperComponent则在loadSettingsLocked中被设置为wallpaper.imageWallpaper Component，即我们前面提到的ImageWallpaper这个Service。所以当调用bindWallpaperComponentLocked时，传入的cname就代表了ImageWallpaper。从bindWallpaperComponentLocked的函数名称可以看出，它将会以bindService的方式来启动目标壁纸Service（所以后期如果确认已经不再使用这个Service，还要主动执行unbind，然后这个壁纸服务就会自动销毁）。
WPMS启动后就可以接收客户端的请求了，因为它属于实名的BinderServer，意味着所有人都可以自由地使用它所提供的服务。比如我们既可以在系统自带的Launcher应用程序中选择壁纸，也完全可以自己编写一个更改壁纸的应用程序。
下面我们以设置壁纸这一场景为例来分析WPMS的内部实现：
/*frameworks/base/services/java/com/android/server/WallpaperManagerService.java*/
public ParcelFileDescriptor setWallpaper(String name) {
checkPermission(android.Manifest.permission.SET_WALLPAPER);
synchronized (mLock) {
int userId = UserHandle.getCallingUserId();
WallpaperData wallpaper = mWallpaperMap.get(userId);
…
final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
try {
ParcelFileDescriptor pfd = updateWallpaperBitmapLocked(name, wallpaper);
…
return pfd;
} finally {
Binder.restoreCallingIdentity(ident);
}
}
}
首先系统会做下权限检查，所以提供壁纸设置功能的应用程序一定要在AndroidManifest.xml中显式写上如下权限声明：
<uses-permission android:name="android.permission.SET_WALLPAPER" />
变量wallpaper是从mWallpaperMap取出来的，代表UserId为0时的壁纸——如果不为空就进入以下函数：
ParcelFileDescriptor updateWallpaperBitmapLocked(String name, WallpaperData wallpaper) {
if (name == null) name = "";
try {
File dir = getWallpaperDir(wallpaper.userId);//wallpaper的路径
if (!dir.exists()) {//指定的路径不存在，需要创建
dir.mkdir();
FileUtils.setPermissions(dir.getPath(),
FileUtils.S_IRWXU|FileUtils.S_IRWXG|FileUtils.S_IXOTH, -1, -1);
}
File file = new File(dir, WALLPAPER);
ParcelFileDescriptor=ParcelFileDescriptor.open(file,
MODE_CREATE|MODE_READ_WRITE);
if (!SELinux.restorecon(file)) {
return null;
}
wallpaper.name = name;
return fd;
} catch (FileNotFoundException e) {
Slog.w(TAG, "Error setting wallpaper", e);
}
return null;
}
上面getWallpaperDir将得到一个WALLPAPER_BASE_DIR+“/”+userId的路径，其中WALLPAPER_BASE_DIR默认值是"/data/system/users"。
ImageWallpaper
前面讲过，当WPMS开机启动时，默认情况下会选择ImageWallpaper这个壁纸实现，并且以bindService的方式来启动它。在bindService中，WPMS同时传入名为newConn的Binder对象（WallpaperConnection）来使ImageWallpaper（其他WallpaperService也是一样的）可以访问到WPMS。而ImageWallpaper则响应onBind返回一个IWallpaperServiceWrapper的Binder对象，如图所示。
我们来看看当绑定成功后WPMS中的操作：
public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {
synchronized (mLock) {
if (mWallpaper.connection == this) {…
attachServiceLocked(this, mWallpaper);
…
saveSettingsLocked(mWallpaper);
}
}
}
WPMS除了要保存当前所选的壁纸外，还要调用attachServiceLocked（间接调用Iwallpaper ServiceWrapper.attach）来执行实际的工作。
WPS这边的attach函数将生成一个IWallpaperEngineWrapper对象并给它发送一个DO_ATTACH，这个消息最终由IWallpaperEngineWrapper. executeMessage来处理：
public void executeMessage(Message message) {
switch (message.what) {
case DO_ATTACH: {
try {
mConnection.attachEngine(this);
} catch (RemoteException e) {
Log.w(TAG, "Wallpaper host disappeared", e);
return;
}
Engine engine = onCreateEngine();
mEngine = engine;
mActiveEngines.add(engine);
engine.attach(this);
return;
}
上述代码段通过onCreateEngine生成了一个壁纸引擎——这也是各壁纸应用间最核心的差异。所以系统要求每一个WallpaperService实例必须要重载onCreateEngine来实现自己的engine。在ImageWallpaper中，它将产生一个DrawableEngine——这个engine随后会被加入mActiveEngines的全局list中，然后调用它提供的attach接口。如下所示：
/*frameworks/base/core/java/android/service/wallpaper/WallpaperService.java*/
public class Engine {…
void attach(IWallpaperEngineWrapper wrapper) {…
mSession = WindowManagerGlobal.getWindowSession();
mWindow.setSession(mSession);
…
IntentFilter filter = new IntentFilter();
filter.addAction(Intent.ACTION_SCREEN_ON);
filter.addAction(Intent.ACTION_SCREEN_OFF);
registerReceiver(mReceiver, filter);
…
updateSurface(false, false, false);//更新Surface
}…
Engine内部首先需要进行各重要变量的初始化，然后注册监听屏幕的开/关事件，最后调用updateSurface。
