【view绘制流程】理解

摘要:
这个抽象类是Android系统中窗口的抽象。它是屏幕上的一个矩形区域,用于绘制各种UI元素并响应用户输入事件。窗口是独占曲面实例的显示区域。抽象类android.view.Window可以看作是对android中窗口的宏概念的一致,而PhoneWindow是框架提供的android窗口概念的具体实现。
一、概述

【view绘制流程】理解第1张

View的绘制是从上往下一层层迭代下来的。DecorView-->ViewGroup(--->ViewGroup)-->View ,按照这个流程从上往下,依次measure(测量),layout(布局),draw(绘制)。

【view绘制流程】理解第2张

【view绘制流程】理解第3张

我们来对上图做出简单解释:DecorView是一个应用窗口的根容器,它本质上是一个FrameLayout。DecorView有唯一一个子View,它是一个垂直LinearLayout,包含两个子元素,一个是TitleView(ActionBar的容器),另一个是ContentView(窗口内容的容器)。关于ContentView,它是一个FrameLayout(android.R.id.content),我们平常用的setContentView就是设置它的子View。上图还表达了每个Activity都与一个Window(具体来说是PhoneWindow)相关联,用户界面则由Window所承载。
 
 二、View组成架构

1.Window

Window即窗口,这个概念在Android Framework中的实现为android.view.Window这个抽象类,这个抽象类是对Android系统中的窗口的抽象。在介绍这个类之前,我们先来看看究竟什么是窗口呢?

实际上,窗口是一个宏观的思想,它是屏幕上用于绘制各种UI元素及响应用户输入事件的一个矩形区域。通常具备以下两个特点:

  • 独立绘制,不与其它界面相互影响;
  • 不会触发其它界面的输入事件;

在Android系统中,窗口是独占一个Surface实例的显示区域,每个窗口的Surface由WindowManagerService分配。我们可以把Surface看作一块画布,应用可以通过Canvas或OpenGL在其上面作画。画好之后,通过SurfaceFlinger将多块Surface按照特定的顺序(即Z-order)进行混合,而后输出到FrameBuffer中,这样用户界面就得以显示。

android.view.Window这个抽象类可以看做Android中对窗口这一宏观概念所做的约定,而PhoneWindow这个类是Framework为我们提供的Android窗口概念的具体实现。接下来我们先来介绍一下android.view.Window这个抽象类。

这个抽象类包含了三个核心组件:

  • WindowManager.LayoutParams: 窗口的布局参数;
  • Callback: 窗口的回调接口,通常由Activity实现;
  • ViewTree: 窗口所承载的控件树。

下面我们来看一下Android中Window的具体实现(也是唯一实现)——PhoneWindow。

2.PhoneWindow

前面我们提到了,PhoneWindow这个类是Framework为我们提供的Android窗口的具体实现。我们平时调用setContentView()方法设置Activity的用户界面时,实际上就完成了对所关联的PhoneWindow的ViewTree的设置。我们还可以通过Activity类的requestWindowFeature()方法来定制Activity关联PhoneWindow的外观,这个方法实际上做的是把我们所请求的窗口外观特性存储到了PhoneWindow的mFeatures成员中,在窗口绘制阶段生成外观模板时,会根据mFeatures的值绘制特定外观。

3.setContentView()

在分析setContentView()方法前,我们需要明确:这个方法只是完成了Activity的ContentView的创建,而并没有执行View的绘制流程。
当我们自定义Activity继承自android.app.Activity时候,调用的setContentView()方法是Activity类的,源码如下:

public void setContentView(@LayoutRes int layoutResID) {    
  getWindow().setContentView(layoutResID);    
  . . .
}

getWindow()方法会返回Activity所关联的PhoneWindow,也就是说,实际上调用到了PhoneWindow的setContentView()方法,源码如下:

 public void setContentView(int layoutResID) {
        if (mContentParent == null) {
// mContentParent即为上面提到的ContentView的父容器,若为空则调用installDecor()生成 installDecor(); }
else if (!hasFeature(FEATURE_CONTENT_TRANSITIONS)) {
     // 具有FEATURE_CONTENT_TRANSITIONS特性表示开启了Transition
// mContentParent不为null,则移除decorView的所有子View mContentParent.removeAllViews(); }
if (hasFeature(FEATURE_CONTENT_TRANSITIONS)) {
     // 开启了Transition,做相应的处理,我们不讨论这种情况
// 感兴趣的同学可以参考源码 ........
} else {
      // 一般情况会来到这里,调用mLayoutInflater.inflate()方法来填充布局 
// 填充布局也就是把我们设置的ContentView加入到mContentParent中
            mLayoutInflater.inflate(layoutResID, mContentParent);
        }
        mContentParent.requestApplyInsets();
     // cb即为该Window所关联的Activity
final Callback cb = getCallback();
        if (cb != null && !isDestroyed()) {
    // 调用onContentChanged()回调方法通知Activity窗口内容发生了改变 cb.onContentChanged(); } mContentParentExplicitlySet
= true; }

4.LayoutInflater.inflate()

在上面我们看到了,PhoneWindow的setContentView()方法中调用了LayoutInflater的inflate()方法来填充布局,这个方法的源码如下:

public View inflate(@LayoutRes int resource, @Nullable ViewGroup root) {
  return inflate(resource, root, root != null);
}

public View inflate(@LayoutRes int resource, @Nullable ViewGroup root, boolean attachToRoot) {
  final Resources res = getContext().getResources();
  . . .
  final XmlResourceParser parser = res.getLayout(resource);
  try {
    return inflate(parser, root, attachToRoot);
  } finally {
    parser.close();
  }
}
在PhoneWindow的setContentView()方法中传入了decorView作为LayoutInflater.inflate()的root参数,我们可以看到,通过层层调用,最终调用的是inflate(XmlPullParser, ViewGroup, boolean)方法来填充布局。这个方法的源码如下:
public View inflate(XmlPullParser parser, @Nullable ViewGroup root, boolean attachToRoot) {
  synchronized (mConstructorArgs) {
    . . .
    final Context inflaterContext = mContext;
    final AttributeSet attrs = Xml.asAttributeSet(parser);
    Context lastContext = (Context) mConstructorArgs[0];
    mConstructorArgs[0] = inflaterContext;

    View result = root;

    try {
      // Look for the root node.
      int type;
      // 一直读取xml文件,直到遇到开始标记
      while ((type = parser.next()) != XmlPullParser.START_TAG &&
          type != XmlPullParser.END_DOCUMENT) {
        // Empty
       }
      // 最先遇到的不是开始标记,报错
      if (type != XmlPullParser.START_TAG) {
        throw new InflateException(parser.getPositionDescription()
+ ": No start tag found!");
      }

      final String name = parser.getName();
      . . .
      // 单独处理<merge>标签,不熟悉的同学请参考官方文档的说明
      if (TAG_MERGE.equals(name)) {
        // 若包含<merge>标签,父容器(即root参数)不可为空且attachRoot须为true,否则报错
        if (root == null || !attachToRoot) {
          throw new InflateException("<merge /> can be used only with a valid "
+ "ViewGroup root and attachToRoot=true");
        }
        
        // 递归地填充布局
        rInflate(parser, root, inflaterContext, attrs, false);
     } else {
        // temp为xml布局文件的根View
        final View temp = createViewFromTag(root, name, inflaterContext, attrs); 
        ViewGroup.LayoutParams params = null;
        if (root != null) {
          . . .
          // 获取父容器的布局参数(LayoutParams)
          params = root.generateLayoutParams(attrs);
          if (!attachToRoot) {
            // 若attachToRoot参数为false,则我们只会将父容器的布局参数设置给根View
            temp.setLayoutParams(params);
          }

        }

        // 递归加载根View的所有子View
        rInflateChildren(parser, temp, attrs, true);
        . . .

        if (root != null && attachToRoot) {
          // 若父容器不为空且attachToRoot为true,则将父容器作为根View的父View包裹上来
          root.addView(temp, params);
        }
      
        // 若root为空或是attachToRoot为false,则以根View作为返回值
        if (root == null || !attachToRoot) {
           result = temp;
        }
      }

    } catch (XmlPullParserException e) {
      . . . 
    } catch (Exception e) {
      . . . 
    } finally {

      . . .
    }
    return result;
  }
}

在上面的源码中,首先对于布局文件中的<merge>标签进行单独处理,调用rInflate()方法来递归填充布局。这个方法的源码如下:

void rInflate(XmlPullParser parser, View parent, Context context,
    AttributeSet attrs, boolean finishInflate) throws XmlPullParserException, IOException {
    // 获取当前标记的深度,根标记的深度为0
    final int depth = parser.getDepth();
    int type;
    while (((type = parser.next()) != XmlPullParser.END_TAG ||
        parser.getDepth() > depth) && type != XmlPullParser.END_DOCUMENT) {
      // 不是开始标记则继续下一次迭代
      if (type != XmlPullParser.START_TAG) {
        continue;
      }
      final String name = parser.getName();
      // 对一些特殊标记做单独处理
      if (TAG_REQUEST_FOCUS.equals(name)) {
        parseRequestFocus(parser, parent);
      } else if (TAG_TAG.equals(name)) {
        parseViewTag(parser, parent, attrs);
      } else if (TAG_INCLUDE.equals(name)) {
        if (parser.getDepth() == 0) {
          throw new InflateException("<include /> cannot be the root element");
        }
        // 对<include>做处理
        parseInclude(parser, context, parent, attrs);
      } else if (TAG_MERGE.equals(name)) {
        throw new InflateException("<merge /> must be the root element");
      } else {
        // 对一般标记的处理
        final View view = createViewFromTag(parent, name, context, attrs);
        final ViewGroup viewGroup = (ViewGroup) parent;
        final ViewGroup.LayoutParams params=viewGroup.generateLayoutParams(attrs);
        // 递归地加载子View
        rInflateChildren(parser, view, attrs, true);
        viewGroup.addView(view, params);
      }
    }

    if (finishInflate) {
        parent.onFinishInflate();
    }
}

我们可以看到,上面的inflate()和rInflate()方法中都调用了rInflateChildren()方法,这个方法的源码如下:

final void rInflateChildren(XmlPullParser parser, View parent, AttributeSet attrs, boolean finishInflate) throws XmlPullParserException, IOException {
    rInflate(parser, parent, parent.getContext(), attrs, finishInflate);
}

从源码中我们可以知道,rInflateChildren()方法实际上调用了rInflate()方法。

到这里,setContentView()的整体执行流程我们就分析完了,至此我们已经完成了Activity的ContentView的创建与设置工作。接下来,我们开始进入正题,分析View的绘制流程。

5.ViewRoot

在介绍View的绘制前,首先我们需要知道是谁负责执行View绘制的整个流程。实际上,View的绘制是由ViewRoot来负责的。每个应用程序窗口的decorView都有一个与之关联的ViewRoot对象,这种关联关系是由WindowManager来维护的。那么decorView与ViewRoot的关联关系是在什么时候建立的呢?答案是Activity启动时,ActivityThread.handleResumeActivity()方法中建立了它们两者的关联关系。这里我们不具体分析它们建立关联的时机与方式,感兴趣的同学可以参考相关源码。下面我们直入主题,分析一下ViewRoot是如何完成View的绘制的。

6.View绘制的起点

当建立好了decorView与ViewRoot的关联后,ViewRoot类的requestLayout()方法会被调用,以完成应用程序用户界面的初次布局。实际被调用的是ViewRootImpl类的requestLayout()方法,这个方法的源码如下:

@Override
public void requestLayout() {
  if (!mHandlingLayoutInLayoutRequest) {
    // 检查发起布局请求的线程是否为主线程  
    checkThread();
    mLayoutRequested = true;
    scheduleTraversals();
  }
}
上面的方法中调用了scheduleTraversals()方法来调度一次完成的绘制流程,该方法会向主线程发送一个“遍历”消息,最终会导致ViewRootImpl的performTraversals()方法被调用。下面,我们以performTraversals()为起点,来分析View的整个绘制流程。

三、三个阶段

View的整个绘制流程可以分为以下三个阶段:

  • measure: 判断是否需要重新计算View的大小,需要的话则计算;
  • layout: 判断是否需要重新计算View的位置,需要的话则计算;
  • draw: 判断是否需要重新绘制View,需要的话则重绘制。
    这三个子阶段可以用下图来描述:

1.Measure流程

顾名思义,就是测量每个控件的大小。

调用measure()方法,进行一些逻辑处理,然后调用onMeasure()方法,在其中调用setMeasuredDimension()设定View的宽高信息,完成View的测量操作。

public final void measure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec) {
}

measure()方法中,传入了两个参数 widthMeasureSpec, heightMeasureSpec 表示View的宽高的一些信息。

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

由上述流程来看Measure流程很简单,关键点是在于widthMeasureSpec, heightMeasureSpec这两个参数信息怎么获得?

如果有了widthMeasureSpec, heightMeasureSpec,通过一定的处理(可以重写,自定义处理步骤),从中获取View的宽/高,调用setMeasuredDimension()方法,指定View的宽高,完成测量工作。

MeasureSpec的确定

先介绍下什么是MeasureSpec?

img

MeasureSpec由两部分组成,一部分是测量模式,另一部分是测量的尺寸大小。

其中,Mode模式共分为三类

UNSPECIFIED :不对View进行任何限制,要多大给多大,一般用于系统内部

EXACTLY:对应LayoutParams中的match_parent和具体数值这两种模式。检测到View所需要的精确大小,这时候View的最终大小就是SpecSize所指定的值,

AT_MOST :对应LayoutParams中的wrap_content。View的大小不能大于父容器的大小。

那么MeasureSpec又是如何确定的?

对于DecorView,其确定是通过屏幕的大小,和自身的布局参数LayoutParams。

这部分很简单,根据LayoutParams的布局格式(match_parent,wrap_content或指定大小),将自身大小,和屏幕大小相比,设置一个不超过屏幕大小的宽高,以及对应模式。

对于其他View(包括ViewGroup),其确定是通过父布局的MeasureSpec和自身的布局参数LayoutParams。

这部分比较复杂。以下列图表表示不同的情况:

【view绘制流程】理解第5张

当子View的LayoutParams的布局格式是wrap_content,可以看到子View的大小是父View的剩余尺寸,和设置成match_parent时,子View的大小没有区别。为了显示区别,一般在自定义View时,需要重写onMeasure方法,处理wrap_content时的情况,进行特别指定。

从这里看出MeasureSpec的指定也是从顶层布局开始一层层往下去,父布局影响子布局。

可能关于MeasureSpec如何确定View大小还有些模糊,篇幅有限,没详细具体展开介绍,可以看这篇文章

View的测量流程:

 【view绘制流程】理解第6张

2.Layout流程

测量完View大小后,就需要将View布局在Window中,View的布局主要通过确定上下左右四个点来确定的。

其中布局也是自上而下,不同的是ViewGroup先在layout()中确定自己的布局,然后在onLayout()方法中再调用子View的layout()方法,让子View布局。在Measure过程中,ViewGroup一般是先测量子View的大小,然后再确定自身的大小。

public void layout(int l, int t, int r, int b) {  

    // 当前视图的四个顶点
    int oldL = mLeft;  
    int oldT = mTop;  
    int oldB = mBottom;  
    int oldR = mRight;  

    // setFrame() / setOpticalFrame():确定View自身的位置
    // 即初始化四个顶点的值,然后判断当前View大小和位置是否发生了变化并返回  
 boolean changed = isLayoutModeOptical(mParent) ?
            setOpticalFrame(l, t, r, b) : setFrame(l, t, r, b);

    //如果视图的大小和位置发生变化,会调用onLayout()
    if (changed || (mPrivateFlags & PFLAG_LAYOUT_REQUIRED) == PFLAG_LAYOUT_REQUIRED) {  

        // onLayout():确定该View所有的子View在父容器的位置     
        onLayout(changed, l, t, r, b);      
  ...

}

上面看出通过 setFrame() / setOpticalFrame():确定View自身的位置,通过onLayout()确定子View的布局。 setOpticalFrame()内部也是调用了setFrame(),所以具体看setFrame()怎么确定自身的位置布局。

protected boolean setFrame(int left, int top, int right, int bottom) {
    ...
// 通过以下赋值语句记录下了视图的位置信息,即确定View的四个顶点
// 即确定了视图的位置
    mLeft = left;
    mTop = top;
    mRight = right;
    mBottom = bottom;

    mRenderNode.setLeftTopRightBottom(mLeft, mTop, mRight, mBottom);
}

确定了自身的位置后,就要通过onLayout()确定子View的布局。onLayout()是一个可继承的空方法。

protected void onLayout(boolean changed, int left, int top, int right, int bottom) {
    }

如果当前View就是一个单一的View,那么没有子View,就不需要实现该方法。

如果当前View是一个ViewGroup,就需要实现onLayout方法,该方法的实现个自定义ViewGroup时其特性有关,必须自己实现。

由此便完成了一层层的的布局工作。

View的布局流程:

img

 

3.Draw过程

View的绘制过程遵循如下几步:

①绘制背景 background.draw(canvas)

②绘制自己(onDraw)

③绘制Children(dispatchDraw)

④绘制装饰(onDrawScrollBars)

从源码中可以清楚地看出绘制的顺序。

public void draw(Canvas canvas) {
// 所有的视图最终都是调用 View 的 draw ()绘制视图( ViewGroup 没有复写此方法)
// 在自定义View时,不应该复写该方法,而是复写 onDraw(Canvas) 方法进行绘制。
// 如果自定义的视图确实要复写该方法,那么需要先调用 super.draw(canvas)完成系统的绘制,然后再进行自定义的绘制。
    ...
    int saveCount;
    if (!dirtyOpaque) {
          // 步骤1: 绘制本身View背景
        drawBackground(canvas);
    }

        // 如果有必要,就保存图层(还有一个复原图层)
        // 优化技巧:
        // 当不需要绘制 Layer 时,“保存图层“和“复原图层“这两步会跳过
        // 因此在绘制的时候,节省 layer 可以提高绘制效率
        final int viewFlags = mViewFlags;
        if (!verticalEdges && !horizontalEdges) {

        if (!dirtyOpaque) 
             // 步骤2:绘制本身View内容  默认为空实现,  自定义View时需要进行复写
            onDraw(canvas);

        ......
        // 步骤3:绘制子View   默认为空实现 单一View中不需要实现,ViewGroup中已经实现该方法
        dispatchDraw(canvas);

        ........

        // 步骤4:绘制滑动条和前景色等等
        onDrawScrollBars(canvas);

       ..........
        return;
    }
    ...    
}

无论是ViewGroup还是单一的View,都需要实现这套流程,不同的是,在ViewGroup中,实现了 dispatchDraw()方法,而在单一子View中不需要实现该方法。自定义View一般要重写onDraw()方法,在其中绘制不同的样式。

View绘制流程:

img

五、总结

从View的测量、布局和绘制原理来看,要实现自定义View,根据自定义View的种类不同,可能分别要自定义实现不同的方法。但是这些方法不外乎:onMeasure()方法,onLayout()方法,onDraw()方法。

onMeasure()方法:单一View,一般重写此方法,针对wrap_content情况,规定View默认的大小值,避免于match_parent情况一致。ViewGroup,若不重写,就会执行和单子View中相同逻辑,不会测量子View。一般会重写onMeasure()方法,循环测量子View。

**onLayout()方法:**单一View,不需要实现该方法。ViewGroup必须实现,该方法是个抽象方法,实现该方法,来对子View进行布局。

**onDraw()方法:**无论单一View,或者ViewGroup都需要实现该方法,因其是个空方法

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