Linux系统框架(三)Android显示体系链路解析:从View到Display的流转

本篇是Android系统的第三篇，在上一篇介绍system service框架的时候，我们拿activity做例子介绍了UI是如何从最初用户的app到最终合成到显示的frame buffer，但我们并没有从原理角度串联起对几个framework组件的介绍：ams、wms、dms和surface flinger。比如显示与图层的关系、图层与窗口的关系、窗口与activity的关系、以及activity如何组织相关的UI组件来实现跟用户的交互，以及在这些关系之间这几个framework组件各起什么作用。

本文就从上面的问题出发，基于「什么是view？应用程序是如何通过ViewGroup实现应用页面的布局和交互--->view与activity之间的关系？activity实现页面的生命周期管理并参与系统的资源竞争，view通过ViewRootImpl完成activity ui组件的整体布局 ---> ams基于activity这一颗粒度管理app生命周期管理、进程调度、资源分配和权限管控 ---> activity和Windows之间的关系？Windows参与整个系统的布局和可见性，而应用一个或多个activity则参与充实Windows的内容。---> wms基于windows来实现应用程序窗口创建、布局、绘制、层级管理、事件分发，并最终完成对整个系统窗口的布局管理，从而将不同的应用渲染至一个surface上。---> Android系统一般有哪些surface 图层？view内容是如何通过ViewRootImpl最终渲染到surface上的？一些特殊的view，如视频和3D渲染，如何通过SurfaceView/TextureView直接实现在相应的surface上绘制 --->系统的不同 surface如何在surface flinger管理下最终渲染到一个显示器上的？vsync信号是如何同步管理起整个显示框架」这一纲领，串联起view--activity--windows--surface--display的整体联系，最终完成“应用UI设计→系统服务调度→硬件显示输出”。

一、什么是View？应用如何通过ViewGroup实现页面布局与交互

1. View的本质：UI的最小渲染与交互单元

View是Android中所有可视化元素的基类，是屏幕上能被用户看到并交互的“最小原子”，核心职责分为两部分：

• • 渲染职责：通过measure()（测量自身尺寸）、layout()（确定在父容器中的位置）、draw()（将像素绘制到缓冲区）三个核心流程，完成自身视觉呈现（如TextView绘制文字、ImageView绘制图片）；
• • 交互职责：通过dispatchTouchEvent()（事件分发）、onTouchEvent()（事件处理）接收并响应用户的触摸、点击、滑动等输入事件，是用户与APP交互的“直接触点”。

2. ViewGroup：View的“布局管理者”

ViewGroup是View的子类，作为“容器型View”，核心作用是管理子View的排列规则和层级，实现复杂页面的布局：

• • 布局规则封装：不同ViewGroup对应不同布局逻辑（如LinearLayout线性排列、RelativeLayout相对定位、ConstraintLayout约束布局），本质是通过重写onMeasure()/onLayout()，递归完成所有子View的尺寸测量和位置确定；
• • View树构建：一个Android页面的UI本质是一棵“View树”——根节点是DecorView（ViewGroup），下层包含标题栏、内容区（ContentView）等子ViewGroup，最终叶子节点是Button、TextView等普通View；
• • 事件分发中转：用户触摸事件会先传递到ViewGroup，再由ViewGroup根据子View的位置、可见性等规则，分发到目标子View，实现精准的交互响应。

核心总结

• • View是“UI原子”，负责自身渲染和交互；ViewGroup是“布局容器”，负责组织View树、制定布局规则；
• • 应用通过嵌套ViewGroup和View，构建出任意复杂度的页面布局，通过View的事件回调实现用户交互。

二、View与Activity的关系：Activity管生命周期，ViewRootImpl管UI布局

1. Activity的核心定位：View的“生命周期总管”+“资源竞争参与者”

Activity是Android四大组件之一，并非直接参与UI绘制，而是承担两大核心角色：

• • View的生命周期绑定者：Activity通过setContentView()加载布局文件（或动态创建View），将View树与自身生命周期绑定——Activity的onResume()触发View的首次绘制，onPause()暂停View的交互和绘制，onDestroy()递归销毁整个View树；
• • 系统资源竞争参与者：Activity作为AMS管理的“最小资源单元”，会代表应用向系统申请CPU、内存等资源，AMS通过Activity的状态（前台/后台）决定应用进程的优先级，进而仲裁资源分配（如前台Activity的进程优先获取CPU资源）。

2. ViewRootImpl：连接View与系统服务的“桥梁”

View自身无法直接与系统服务通信，必须通过ViewRootImpl完成UI布局的最终落地：

• • ViewRootImpl的创建时机：Activity的onResume()执行后，系统会为Activity的View树创建ViewRootImpl，它是View树的“隐形根节点”（不在View树结构中，但持有DecorView的引用）；
• • 核心作用：

① 触发View树的measure()→layout()→draw()全流程，是UI绘制的“总开关”；

② 作为View与WMS的通信中介（通过Binder），向WMS上报View的尺寸、位置，接收WMS的布局指令；

③ 处理系统输入事件（如触摸、按键），将事件分发到View树的目标View。

核心总结

• • Activity是View的“老板”：决定View的生死、为View争取系统资源；
• • ViewRootImpl是View的“执行者”：承接Activity的指令，触发View布局绘制，对接系统服务；
• • View是“干活的”：完成具体的渲染和交互，不关心生命周期和系统通信。

三、AMS：基于Activity管控App生命周期、进程调度与资源分配

AMS（ActivityManagerService）是System Server中最核心的服务，以Activity为基本颗粒度，实现对应用的全生命周期管控：

1. 核心职责

• • Activity生命周期管控：通过ActivityStack/ATMS（Android 10+拆分）管理Activity任务栈，触发Activity的onCreate()/onResume()等生命周期回调，处理页面跳转、回退、多任务切换；
• • 进程调度：根据Activity的启动需求，通过Zygote孵化应用进程；维护进程优先级（前台进程>可见进程>后台进程），触发低内存回收（LMK）杀死低优先级进程；
• • 资源分配与权限管控：仲裁不同应用的资源竞争（如CPU/内存分配），校验Activity启动的权限（如后台启动Activity的限制），是应用与系统资源之间的“仲裁者”。

2. AMS与View/Activity的关联

AMS不直接接触View，仅通过管控Activity间接影响View：

• • AMS通知Activity启动→Activity创建View树→ViewRootImpl触发View绘制；
• • AMS将Activity标记为“后台状态”→系统降低应用进程优先级→View的绘制帧率降低（节省资源）；
• • AMS销毁Activity→Activity递归销毁View树→View释放资源。

核心总结

• • AMS是“应用大管家”：只认Activity，不管View，通过管控Activity实现对应用的整体调度；
• • AMS的决策（如进程优先级、Activity状态）会间接决定View的渲染资源和生命周期。

四、Activity与Window的关系：Window是UI载体，Activity填充内容

1. Window的本质：系统级的“UI展示容器”

Window是Android中承载所有可视化内容的抽象载体，是WMS管理的最小单元，核心特征：

• • 每个Activity默认对应一个PhoneWindow（Window的子类），Activity的View树最终挂载在PhoneWindow的DecorView上；
• • Window是“无实体的画布”：本身不可见，但定义了UI的显示区域、交互规则，是连接Activity与WMS的核心媒介；
• • 一个应用可拥有多个Window：除了Activity的主Window，Dialog、Toast、悬浮窗等都会创建独立的Window。

2. Activity与Window的绑定逻辑

• • DecorView是Window的“根View”：封装了标题栏、导航栏、内容区等系统级UI结构，Activity的View树仅占DecorView的“内容区”；
• • Activity的核心作用是“填充Window内容”：Window由系统创建，Activity负责将View树挂载到Window上，让Window有“可显示的内容”。

核心总结

• • Window是“系统级UI容器”，是WMS的管理对象；Activity是“内容填充者”，负责为Window提供View树；
• • 关系类比：Window是“空房间”，Activity是“装修师傅”，View是“家具”——师傅把家具放进房间，房间的大小、位置由系统（WMS）决定。

五、WMS：基于Window实现系统窗口的全生命周期管理

WMS（WindowManagerService）是System Server中负责窗口管理的核心服务，以Window为基本颗粒度，实现对所有系统窗口的统一管控：

1. 核心职责

• • Window生命周期管理：为每个Window创建WindowState对象，管理Window的创建、显示、隐藏、销毁，响应AMS的Window创建/销毁指令；
• • 窗口层级管理：定义严格的窗口层级规则（从下到上）：

  壁纸层 → 应用窗口层（Activity） → 子窗口层（Dialog） → 系统窗口层（状态栏/导航栏） → 悬浮窗层

• • 布局计算：结合DMS提供的显示设备参数（屏幕分辨率、可用区域），计算每个Window的位置、大小，处理分屏、多窗口、悬浮窗的布局适配；
• • 事件分发：接收InputManagerService（IMS）的触摸/按键事件，根据Window的位置、焦点状态，将事件精准分发给目标Window的ViewRootImpl；
• • Surface申请：为每个Window向SurfaceFlinger申请Surface（绘图缓冲区），维护Window与Surface的绑定关系。

2. WMS与其他组件的关联

• • 与AMS：接收AMS的Window创建指令，向AMS反馈Window的焦点/可见状态（如Window隐藏→AMS触发Activity.onPause）；
• • 与DMS：获取显示设备的配置（分辨率、刷新率），适配多屏显示的Window布局；
• • 与SurfaceFlinger：传递Window的层级、位置信息，让SurfaceFlinger完成最终的图层合成。

核心总结

• • WMS是“窗口总管理员”：管所有Window的位置、层级、交互，是Window与SurfaceFlinger之间的“中介”；
• • WMS不关心Window内的View内容，只关心Window的整体属性（位置、大小、层级）。

六、Android的Surface图层体系：View如何渲染到Surface，特殊View的处理

1. Surface的本质：“绘图缓冲区”（生产者-消费者模型）

Surface是Android中用于绘制图像的内存缓冲区，核心特征：

• • 采用“生产者-消费者”模型：应用（View）是“生产者”，向Surface写入绘制数据；SurfaceFlinger是“消费者”，从Surface读取数据进行合成；
• • 每个Surface对应一块GraphicBuffer（基于Gralloc分配的显存），避免CPU与GPU之间的频繁数据拷贝，保证渲染性能。

2. 系统常见的Surface图层（按层级从下到上）

3. 普通View渲染到Surface的流程

• • 关键细节：View的绘制数据不会直接到屏幕，而是先写入Surface的显存缓冲区，SurfaceFlinger按需读取；
• • ViewRootImpl是View与Surface的“写入中介”，负责将View树的绘制结果批量写入Surface。

4. 特殊View（SurfaceView/TextureView）的独立Surface处理

对于视频播放、3D渲染等高性能场景，普通View的共享Surface会成为性能瓶颈，因此Android设计了专用View：

• • SurfaceView：申请独立的Surface（脱离Activity主Window的Surface），由WMS单独管理，视频数据直接写入该Surface，与GUI层Surface并行；
• • TextureView：基于SurfaceTexture封装，将视频数据转为OpenGL纹理，融入普通View树（无独立Surface），支持对视频的裁剪、旋转等操作；
• • 核心差异：SurfaceView有独立Layer，性能更高；TextureView无独立Layer，灵活性更强。

核心总结

• • Surface是“绘图显存缓冲区”，是View绘制数据与SurfaceFlinger之间的“数据载体”；
• • 普通View共享Activity主Window的Surface，特殊View拥有独立Surface，满足高性能渲染需求。

七、SurfaceFlinger管理Surface合成到Display，VSync同步整个显示框架

1. DMS：Display的“硬件管家”

DMS（DisplayManagerService）是显示设备的基础管理服务，核心作用：

• • 管理物理/虚拟显示设备（主屏、外接显示器、投屏），维护显示参数（分辨率、刷新率、色域）；
• • 向WMS/SurfaceFlinger提供显示设备的硬件信息，是“显示硬件与系统服务的中介”。

2. SurfaceFlinger：图层合成的“最终执行者”

SurfaceFlinger是运行在独立进程的核心服务，负责将所有Surface合成为最终的屏幕图像：

核心流程

• • 合成方式：优先使用HWC（硬件合成），由显示芯片直接合成图层，性能高、功耗低；复杂场景用GPU合成。

3. VSync信号：整个显示框架的“同步时钟”

VSync（垂直同步）信号由Display硬件生成（如60Hz屏幕每16.6ms一次），核心作用：

• • 同步View绘制：Choreographer接收VSync信号后，触发ViewRootImpl的performTraversals()（measure/layout/draw），保证View绘制节奏与屏幕刷新率一致；
• • 同步SurfaceFlinger合成：SurfaceFlinger在VSync信号到来时，统一合成所有Layer，避免“屏幕撕裂”；
• • 核心价值：消除绘制与合成的异步性，保证画面流畅。

核心总结

• • DMS管“显示硬件参数”，SurfaceFlinger管“图层合成”；
• • VSync是“全局同步时钟”，让View绘制、SurfaceFlinger合成、屏幕显示保持节奏一致；
• • FrameBuffer是“最终帧缓冲区”，合成后的图像写入此处，由Display硬件直接读取显示。

八、完整链路总结（View→Display）

用户操作→View接收交互事件→Activity处理业务逻辑→AMS管控Activity生命周期→Activity填充Window内容→WMS管理Window布局/层级→WMS为Window申请Surface→View绘制数据写入Surface→SurfaceFlinger合成所有Surface的Layer→SurfaceFlinger将合成图像写入FrameBuffer→Display硬件显示图像

各核心组件的关键角色

1. 1. AMS：管控Activity生命周期、进程调度，是“应用资源的仲裁者”；
2. 2. WMS：管控Window布局、层级、事件分发，是“窗口的管理者”；

1. 3. DMS：管控显示设备参数，是“显示硬件的中介”；
2. 4. SurfaceFlinger：管控图层合成、VSync同步，是“图像合成的最终执行者”；

1. 5. Activity：View的生命周期总管，Window的内容填充者；
2. 6. View：UI渲染与交互的最小单元，Surface的数据生产者；

1. 7. Window：WMS的管理单元，Surface的载体；
2. 8. Surface：View绘制数据的显存缓冲区，Layer的数据来源。

核心关键点回顾

1. 1. 整个显示体系的核心逻辑是“分层解耦”：View管绘制、Activity管生命周期、Window管系统交互、Surface管数据载体、SurfaceFlinger管合成、Display管硬件输出；
2. 2. AMS/WMS/DMS/SurfaceFlinger各司其职：AMS管应用、WMS管窗口、DMS管显示硬件、SurfaceFlinger管图像合成；

1. 3. VSync信号是全局同步核心，保证绘制、合成、显示的节奏一致，是画面流畅的关键。