Android探究之View的繪制流程

Android中Activity是作為應用程序的載體存在，代表着一個完整的用戶界面，提供了一個窗口來繪制各種視圖，當Activity啟動時，我們會通過setContentView方法來設置一個內容視圖，這個內容視圖就是用戶看到的界面。
PhoneWindow是Android系統中最基本的窗口系統，每個Activity會創建一個。PhoneWindow是Activity和View系統交互的接口。一個PhoneWindow對應一個DecorView跟一個ViewRootImpl，DecorView是ViewTree里面的頂層布局，是繼承於FrameLayout，是Activity中所有View的祖先。ViewRootImpl建立DecorView和Window之間的聯系。

下面介紹一些相關的概念：

• Window
  Window表示的是一個窗口，它是站在WindowManagerService角度上的一個抽象的概念，Android中所有的視圖都是通過Window來呈現的，不管是Activity、Dialog還是Toast，只要有View的地方就一定有Window。
  這里需要注意的是，這個抽象的Window概念和PhoneWindow這個類並不是同一個東西，PhoneWindow表示的是手機屏幕的抽象，它充當Activity和DecorView之間的媒介，就算沒有PhoneWindow也是可以展示View的。
  拋開一切，僅站在WindowManagerService的角度上，Android的界面就是由一個個Window層疊展現的，而Window又是一個抽象的概念，它並不是實際存在的，它是以View的形式存在，這個View就是DecorView。
• DecorView
  DecorView是整個Window界面的最頂層View，View的測量、布局、繪制、事件分發都是由DecorView往下遍歷這個View樹。DecorView作為頂級View，一般情況下它內部會包含一個豎直方向的LinearLayout，在這個LinearLayout里面有上下兩個部分(具體情況和Android的版本及主題有關)，上面是標題欄，下面是內容欄。在Activity中我們通過setContentView所設置的布局文件其實就是被加載到內容欄中的，而內容欄的id是content，因此指定布局的方法叫setContent()。
• ViewRoot
  ViewRoot對應於ViewRootImpl類，它是連接WindowManager和DecorView的紐帶，View的三大流程均是通過ViewRoot來完成的。在ActivityThread中，當Activity對象被創建完之后，會將DecorView添加到Window中，同時會創建對應的ViewRootImpl，並將ViewRootImpl和DecorView建立關聯，並保存到WindowManagerGlobal對象中。

繪制的流程

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當一個應用啟動時，會啟動一個主Activity，Android系統會根據Activity的布局來對它進行繪制。繪制會從根視圖ViewRootImpl的performTraversals()方法開始，從上到下遍歷整個視圖樹，每個View控制負責繪制自己，而ViewGroup還需要負責通知自己的子View進行繪制操作。View的繪制流程主要是指measure、layout、draw這三大流程，即測量、布局和繪制，其中measure確定View的測量寬高，layout根據測量的寬高確定View在其父View中的四個頂點的位置，而draw則將View繪制到屏幕上。通過ViewGroup的遞歸遍歷，一個View樹就展現在屏幕上了。

performTraversals()方法在類ViewRootImpl內，其核心代碼如下：

  int childWidthMeasureSpec = getRootMeasureSpec(mWidth, lp.width);
  int childHeightMeasureSpec = getRootMeasureSpec(mHeight, lp.height);
  ...
  // 測量
  performMeasure(childWidthMeasureSpec, childHeightMeasureSpec);
  ...
  // 布局
  performLayout(lp, mWidth, mHeight);
  ...
  // 繪制
  performDraw();

• measure：根據父View傳遞的MeasureSpec進行計算大小，確定View的測量寬高。
• layout：根據measure子View所得到的布局大小和布局參數，確定子View在其父View中的四個頂點的位置。
• draw：把View繪制到屏幕上。

MeasureSpec

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為了更好地理解View的測量過程，我們需要理解MeasureSpec，它是View的一個內部類，它表示對View的測量規格。
在Google官方文檔中是這么定義MeasureSpec的：

A MeasureSpec encapsulates the layout requirements passed from parent to child. Each MeasureSpec represents a requirement for either the width or the height. A MeasureSpec is comprised of a size and a mode.

MeasureSpec是一個32位二進制的整數，由SpecMode和SpecSize兩部分組成。其中，高2位為SpecMode(測量模式)，低30位為SpecSize(測量大小)。
SpecMode的取值可為以下三種：

• UNSPECIFIED：不指定測量模式，父視圖沒有限制子視圖的大小，子視圖可以是想要的任何尺寸，通常用於系統內部，應用開發中很少使用到。
• EXACTLY：精確測量模式，表示父視圖已經決定了子視圖的精確大小，這種模式下View的測量值就是SpecSize的值。對應View的LayoutParams的match_parent或者精確數值。
• AT_MOST：最大值模式，父視圖已經限制子視圖的大小，此時子視圖的尺寸可以是不超過父視圖運行的最大尺寸的任何尺寸。對應View的LayoutParams的wrap_content。

Measure

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ViewGroup的measure

ViewGroup在它的measureChild方法中傳遞給子View。ViewGroup通過遍歷自身所有的子View，並逐個調用子View的measure方法實現測量操作。ViewGroup在遍歷完子View后，需要根據子元素的測量結果來決定自己最終的測量大小，並調用setMeasuredDimension方法保存測量寬高值。

// 遍歷測量 ViewGroup 中所有的 View
protected void measureChildren(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec) {
      final int size = mChildrenCount;
      final View[] children = mChildren;
      for (int i = 0; i < size; ++i) {
          final View child = children[i];
          if ((child.mViewFlags & VISIBILITY_MASK) != GONE) {
              measureChild(child, widthMeasureSpec, heightMeasureSpec);
          }
      }
  }

//測量某個指定的View
protected void measureChild(View child, int parentWidthMeasureSpec,
         int parentHeightMeasureSpec) {
     final LayoutParams lp = child.getLayoutParams();

     final int childWidthMeasureSpec = getChildMeasureSpec(parentWidthMeasureSpec,
             mPaddingLeft + mPaddingRight, lp.width);
     final int childHeightMeasureSpec = getChildMeasureSpec(parentHeightMeasureSpec,
             mPaddingTop + mPaddingBottom, lp.height);

     child.measure(childWidthMeasureSpec, childHeightMeasureSpec);
 }

View的MeasureSpec是由父容器的MeasureSpec和自己的LayoutParams決定的，但是對於DecorView來說有點不同，因為它沒有父類。在ViewRootImpl中的measureHierarchy方法中有如下一段代碼展示了DecorView的MeasureSpec的創建過程，其中desiredWindowWidth和desireWindowHeight是屏幕的尺寸大小。

private boolean measureHierarchy(final View host, final WindowManager.LayoutParams lp,
            final Resources res, final int desiredWindowWidth, final int desiredWindowHeight) {
              ...
              childWidthMeasureSpec = getRootMeasureSpec(desiredWindowWidth, lp.width);
                          childHeightMeasureSpec = getRootMeasureSpec(desiredWindowHeight, lp.height);
              performMeasure(childWidthMeasureSpec, childHeightMeasureSpec);
              ...
            }

private static int getRootMeasureSpec(int windowSize, int rootDimension) {
     int measureSpec;
     switch (rootDimension) {

     case ViewGroup.LayoutParams.MATCH_PARENT:
         // Window can't resize. Force root view to be windowSize.
         measureSpec = MeasureSpec.makeMeasureSpec(windowSize, MeasureSpec.EXACTLY);
         break;
     case ViewGroup.LayoutParams.WRAP_CONTENT:
         // Window can resize. Set max size for root view.
         measureSpec = MeasureSpec.makeMeasureSpec(windowSize, MeasureSpec.AT_MOST);
         break;
     default:
         // Window wants to be an exact size. Force root view to be that size.
         measureSpec = MeasureSpec.makeMeasureSpec(rootDimension, MeasureSpec.EXACTLY);
         break;
     }
     return measureSpec;
 }

DecorView是FrameLyaout的子類，屬於ViewGroup，對於ViewGroup來說，除了完成自己的measure過程外，還會遍歷去調用所有子元素的measure方法，各個子元素再遞歸去執行這個過程。和View不同的是，ViewGroup是一個抽象類，他沒有重寫View的onMeasure方法，這里很好理解，因為每個具體的ViewGroup實現類的功能是不同的，如何測量應該讓它自己決定，比如LinearLayout和RelativeLayout。
因此在具體的ViewGroup中需要遍歷去測量子View，這里我們看看ViewGroup中提供的測量子View的measureChildWithMargins方法：

protected void measureChildWithMargins(View child,
         int parentWidthMeasureSpec, int widthUsed,
         int parentHeightMeasureSpec, int heightUsed) {
     final MarginLayoutParams lp = (MarginLayoutParams) child.getLayoutParams();

     final int childWidthMeasureSpec = getChildMeasureSpec(parentWidthMeasureSpec,
             mPaddingLeft + mPaddingRight + lp.leftMargin + lp.rightMargin
                     + widthUsed, lp.width);
     final int childHeightMeasureSpec = getChildMeasureSpec(parentHeightMeasureSpec,
             mPaddingTop + mPaddingBottom + lp.topMargin + lp.bottomMargin
                     + heightUsed, lp.height);

     child.measure(childWidthMeasureSpec, childHeightMeasureSpec);
 }

上述方法會對子元素進行measure，在調用子元素的measure方法之前會先通過getChildMeasureSpec方法來得到子元素的MeasureSpec。從代碼上看，子元素的MeasureSpec的創建與父容器的MeasureSpec和本身的LayoutParams有關，此外和View的margin和父類的padding有關，現在看看getChildMeasureSpec的具體實現：

 public static int getChildMeasureSpec(int spec, int padding, int childDimension) {
 int specMode = MeasureSpec.getMode(spec);
 int specSize = MeasureSpec.getSize(spec);

 int size = Math.max(0, specSize - padding);

 int resultSize = 0;
 int resultMode = 0;

 switch (specMode) {
 // Parent has imposed an exact size on us
 case MeasureSpec.EXACTLY:
     if (childDimension >= 0) {
         resultSize = childDimension;
         resultMode = MeasureSpec.EXACTLY;
     } else if (childDimension == LayoutParams.MATCH_PARENT) {
         // Child wants to be our size. So be it.
         resultSize = size;
         resultMode = MeasureSpec.EXACTLY;
     } else if (childDimension == LayoutParams.WRAP_CONTENT) {
         // Child wants to determine its own size. It can't be
         // bigger than us.
         resultSize = size;
         resultMode = MeasureSpec.AT_MOST;
     }
     break;

 // Parent has imposed a maximum size on us
 case MeasureSpec.AT_MOST:
     if (childDimension >= 0) {
         // Child wants a specific size... so be it
         resultSize = childDimension;
         resultMode = MeasureSpec.EXACTLY;
     } else if (childDimension == LayoutParams.MATCH_PARENT) {
         // Child wants to be our size, but our size is not fixed.
         // Constrain child to not be bigger than us.
         resultSize = size;
         resultMode = MeasureSpec.AT_MOST;
     } else if (childDimension == LayoutParams.WRAP_CONTENT) {
         // Child wants to determine its own size. It can't be
         // bigger than us.
         resultSize = size;
         resultMode = MeasureSpec.AT_MOST;
     }
     break;

 // Parent asked to see how big we want to be
 case MeasureSpec.UNSPECIFIED:
     if (childDimension >= 0) {
         // Child wants a specific size... let him have it
         resultSize = childDimension;
         resultMode = MeasureSpec.EXACTLY;
     } else if (childDimension == LayoutParams.MATCH_PARENT) {
         // Child wants to be our size... find out how big it should
         // be
         resultSize = View.sUseZeroUnspecifiedMeasureSpec ? 0 : size;
         resultMode = MeasureSpec.UNSPECIFIED;
     } else if (childDimension == LayoutParams.WRAP_CONTENT) {
         // Child wants to determine its own size.... find out how
         // big it should be
         resultSize = View.sUseZeroUnspecifiedMeasureSpec ? 0 : size;
         resultMode = MeasureSpec.UNSPECIFIED;
     }
     break;
 }
 //noinspection ResourceType
 return MeasureSpec.makeMeasureSpec(resultSize, resultMode);
}

• 當父View的mode是EXACTLY的時候：說明父View的size是確定的。
  子View的寬或高是具體數值：子view的size已經固定了，子View的size就是固定這個數值，mode=EXACTLY。
  子View的寬或高是MATCH_PARENT：子View的size=父View的size，mode=EXACTLY。
  子View的寬或高是WRAP_CONTENT：子View是包裹布局，說明子View的size還不確定，所以子View的size最大不能超過父View的size，mode=AT_MOST。

• 當父View的mode是AT_MOST的時候：說明父View的size是不確定的。
  子View的寬或高是具體數值：子view的size已經固定了，子View的size就是固定這個數值，mode=EXACTLY。
  子View的寬或高是MATCH_PARENT：父View的size是不確定的，子View是填充布局情況，也不能確定size，所以子View的size不能超過父View的size，mode=AT_MOST。
  子View的寬或高是WRAP_CONTENT：子View是包裹布局，size不能超過父View的size，mode=AT_MOST。

• 當父View的mode是UNSPECIFIED的時候：說明父View不指定測量模式，父View沒有限制子視圖的大小，子View可以是想要的任何尺寸。
  子View的寬或高是具體數值：子view的size已經固定了，子View的size就是固定這個數值，mode=EXACTLY。
  子View的寬或高是MATCH_PARENT：子視圖可以是想要的任何尺寸，mode=UNSPECIFIED。
  子View的寬或高是WRAP_CONTENT：子視圖可以是想要的任何尺寸，mode=UNSPECIFIED。
  
  需要注意一點就是，此時的MeasureSpec並不是View真正的大小，只有setMeasuredDimension之后才能真正確定View的大小。
  關於具體ViewGroup的onMeasure過程這里不做分析，由於每種布局的測量方式不一樣，不可能逐個分析，但在它們的onMeasure里面的步驟是有一定規律的：
  1.根據各自的測量規則遍歷Children元素，調用getChildMeasureSpec方法得到Child的measureSpec;
  2.調用Child的measure方法;
  3.調用setMeasuredDimension確定最終的大小。

View的measure

View的measure過程由其measure方法來完成，measure方法是一個final類型的方法，這意味着子類不能重寫此方法，在View的measure方法里面會去調用onMeasure方法，我們可以通過復寫onMeasure()方法去測量設置View的大小。如下：

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

//如果需要自定義測量，子類需重寫這個方法
protected void onMeasure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec) {
  setMeasuredDimension(getDefaultSize(getSuggestedMinimumWidth(), widthMeasureSpec),
  getDefaultSize(getSuggestedMinimumHeight(), heightMeasureSpec));
}

//將測量好的寬跟高進行存儲
protected final void setMeasuredDimension(int measuredWidth, int measuredHeight) {
    boolean optical = isLayoutModeOptical(this);
    if (optical != isLayoutModeOptical(mParent)) {
        Insets insets = getOpticalInsets();
        int opticalWidth  = insets.left + insets.right;
        int opticalHeight = insets.top  + insets.bottom;

        measuredWidth  += optical ? opticalWidth  : -opticalWidth;
        measuredHeight += optical ? opticalHeight : -opticalHeight;
    }
    setMeasuredDimensionRaw(measuredWidth, measuredHeight);
}

//如果View沒有重寫onMeasure方法，默認會直接調用getDefaultSize
 public static int getDefaultSize(int size, int measureSpec) {
   int result = size;
   //獲取父View傳遞過來的模式
   int specMode = MeasureSpec.getMode(measureSpec);
   //獲取父View傳遞過來的大小
   int specSize = MeasureSpec.getSize(measureSpec);

   switch (specMode) {
     case MeasureSpec.UNSPECIFIED:
     //View的大小父View未定，設置為建議最小值
        result = size;
        break;
     case MeasureSpec.AT_MOST:
     case MeasureSpec.EXACTLY:
        result = specSize;
        break;
    }
    return result;
 }

從上述代碼可以得出，View的寬/高由specSize決定，直接繼承View的自定義控件需要重寫onMeasure方法並設置wrap_content時的自身大小，否則在布局中使用wrap_content就相當於使用match_parent。
上述就是View的measure大致過程，在measure完成之后，通過getMeasuredWidth/Height方法就可以獲得測量后的寬高，這個寬高一般情況下就等於View的最終寬高，因為View的layout布局的時候就是根據measureWidth/Height來設置寬高的，除非在layout中修改了measure值。

Layout

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measure()方法中我們已經測量出View的大小，根據這些大小，我們接下來就要確定View在父View的布局位置。Layout的作用是ViewGroup用來確定子元素的位置，當ViewGroup的位置被確定后，它在onLayout中會遍歷所有的子元素並調用其layout方法。簡單的來說就是，layout方法確定View本身的位置，而onLayout方法則會確定所有子元素的位置。

• View的layout方法代碼：

  public void layout(int l, int t, int r, int b) {
    ...
    onLayout(changed, l, t, r, b);
    ...
  }
  
  //空方法，子類如果是ViewGroup類型，則重寫這個方法，實現ViewGroup中所有View控件布局
  protected void onLayout(boolean changed, int left, int top, int right, int bottom) {
  }
  

可以看到這是一個空實現，和onMeasure方法類似，onLayout的實現和具體的布局有關，具體ViewGroup的子類需要重寫onLayout方法，並根據具體布局規則遍歷調用Children的layout方法。
通過上面的分析，可以得到兩個結論：
View通過layout方法來確認自己在父容器中的位置。
ViewGroup通過onLayout方法來確定View在容器中的位置。

• FrameLayout的onLayout方法代碼：

  @Override
  protected void onLayout(boolean changed, int left, int top, int right, int bottom) {
      layoutChildren(left, top, right, bottom, false);
  }
  
  void layoutChildren(int left, int top, int right, int bottom, boolean forceLeftGravity) {
      final int count = getChildCount();
  
      final int parentLeft = getPaddingLeftWithForeground();
      final int parentRight = right - left - getPaddingRightWithForeground();
  
      final int parentTop = getPaddingTopWithForeground();
      final int parentBottom = bottom - top - getPaddingBottomWithForeground();
  
      for (int i = 0; i < count; i++) {
          final View child = getChildAt(i);
          if (child.getVisibility() != GONE) {
              final LayoutParams lp = (LayoutParams) child.getLayoutParams();
  
              final int width = child.getMeasuredWidth();
              final int height = child.getMeasuredHeight();
  
              int childLeft;
              int childTop;
  
              int gravity = lp.gravity;
              if (gravity == -1) {
                  gravity = DEFAULT_CHILD_GRAVITY;
              }
  
              final int layoutDirection = getLayoutDirection();
              final int absoluteGravity = Gravity.getAbsoluteGravity(gravity, layoutDirection);
              final int verticalGravity = gravity & Gravity.VERTICAL_GRAVITY_MASK;
  
              switch (absoluteGravity & Gravity.HORIZONTAL_GRAVITY_MASK) {
                  case Gravity.CENTER_HORIZONTAL:
                      childLeft = parentLeft + (parentRight - parentLeft - width) / 2 +
                      lp.leftMargin - lp.rightMargin;
                      break;
                  case Gravity.RIGHT:
                      if (!forceLeftGravity) {
                          childLeft = parentRight - width - lp.rightMargin;
                          break;
                      }
                  case Gravity.LEFT:
                  default:
                      childLeft = parentLeft + lp.leftMargin;
              }
  
              switch (verticalGravity) {
                  case Gravity.TOP:
                      childTop = parentTop + lp.topMargin;
                      break;
                  case Gravity.CENTER_VERTICAL:
                      childTop = parentTop + (parentBottom - parentTop - height) / 2 +
                      lp.topMargin - lp.bottomMargin;
                      break;
                  case Gravity.BOTTOM:
                      childTop = parentBottom - height - lp.bottomMargin;
                      break;
                  default:
                      childTop = parentTop + lp.topMargin;
              }
  
              child.layout(childLeft, childTop, childLeft + width, childTop + height);
          }
      }
  }
  

1、獲取父View的內邊距padding的值。
2、遍歷子View，處理子View的layout_gravity屬性、根據View測量后的寬和高、父View的padding值、來確定子View的布局參數。
3、調用child.layout方法，對子View進行布局。

Draw

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經過前面的測量和布局之后，接下來就是繪制了，也就是真正把View繪制在屏幕可見視圖上。Draw操作用來將控件繪制出來，繪制的流程從performDraw()方法開始。performDraw()方法在類ViewRootImpl內，其核心代碼如下：

private void performDraw() {
  ...
  boolean canUseAsync = draw(fullRedrawNeeded);
  ...
}

private boolean draw(boolean fullRedrawNeeded) {
  ...
  if (!drawSoftware(surface, mAttachInfo, xOffset, yOffset,
                      scalingRequired, dirty, surfaceInsets)) {
    return false;
  }
  ...
}

private boolean drawSoftware(Surface surface, AttachInfo attachInfo, int xoff, int yoff,
          boolean scalingRequired, Rect dirty, Rect surfaceInsets) {
   ...
   mView.draw(canvas);
   ...
}

最終調用到View的draw方法繪制每個具體的View，繪制基本上可以分為七個步驟。

public void draw(Canvas canvas) {
    ...
    // Step 1, draw the background, if needed
    int saveCount;
    if (!dirtyOpaque) {
        drawBackground(canvas);
    }
    ...
    // Step 2, If necessary, save the canvas' layers to prepare for fading
    saveCount = canvas.getSaveCount();
    canvas.saveUnclippedLayer(left, top, right, top + length);
    ...
    // Step 3, draw the content
    if (!dirtyOpaque) onDraw(canvas);
    ...
    // Step 4, draw the children
    dispatchDraw(canvas);
    ...
    // Step 5, If necessary, draw the fading edges and restore layers
    canvas.drawRect(left, top, right, top + length, p);
    ...
    canvas.restoreToCount(saveCount);
    ...
    // Step 6, draw decorations (foreground, scrollbars)
    onDrawForeground(canvas);
    ...
    // Step 7, draw the default focus highlight
    drawDefaultFocusHighlight(canvas);
    ...
  }

第一步：drawBackground(canvas)：作用就是繪制View的背景。
第二步：saveUnclippedLayer：保存畫布的圖層。
第三步：onDraw(canvas)：繪制View的內容。View的內容是根據自己需求自己繪制的，所以方法是一個空方法，View的繼承類自己復寫實現繪制內容。
第四步：dispatchDraw（canvas）：遍歷子View進行繪制內容。在View里面是一個空實現，ViewGroup里面才會有實現。View的繪制過程的傳遞通過dispatchDraw來實現的，dispatchDraw會遍歷調用所有子元素的draw方法，如此draw事件就一層層地傳遞了下去。在自定義ViewGroup一般不用復寫這個方法，因為它在里面的實現幫我們實現了子View的繪制過程，基本滿足需求。
第五步：drawRect：繪制邊緣和恢復畫布的圖層。
第六步：onDrawForeground(canvas)：對前景色跟滾動條進行繪制。
第七步：drawDefaultFocusHighlight(canvas)：繪制默認焦點高亮。

總結

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如果是自定義ViewGroup的話，需要重寫onMeasure方法，在onMeasure方法里面遍歷測量子元素，同理onLayout方法也是一樣，最后實現onDraw方法繪制自己；
如果自定義View的話，則需要從寫onMeasure方法，處理wrap_content的情況，不需要處理onLayout，最后實現onDraw方法繪制自己。