Android探究之View的绘制流程

Android中Activity是作为应用程序的载体存在，代表着一个完整的用户界面，提供了一个窗口来绘制各种视图，当Activity启动时，我们会通过setContentView方法来设置一个内容视图，这个内容视图就是用户看到的界面。
PhoneWindow是Android系统中最基本的窗口系统，每个Activity会创建一个。PhoneWindow是Activity和View系统交互的接口。一个PhoneWindow对应一个DecorView跟一个ViewRootImpl，DecorView是ViewTree里面的顶层布局，是继承于FrameLayout，是Activity中所有View的祖先。ViewRootImpl建立DecorView和Window之间的联系。

下面介绍一些相关的概念：

• Window
  Window表示的是一个窗口，它是站在WindowManagerService角度上的一个抽象的概念，Android中所有的视图都是通过Window来呈现的，不管是Activity、Dialog还是Toast，只要有View的地方就一定有Window。
  这里需要注意的是，这个抽象的Window概念和PhoneWindow这个类并不是同一个东西，PhoneWindow表示的是手机屏幕的抽象，它充当Activity和DecorView之间的媒介，就算没有PhoneWindow也是可以展示View的。
  抛开一切，仅站在WindowManagerService的角度上，Android的界面就是由一个个Window层叠展现的，而Window又是一个抽象的概念，它并不是实际存在的，它是以View的形式存在，这个View就是DecorView。
• DecorView
  DecorView是整个Window界面的最顶层View，View的测量、布局、绘制、事件分发都是由DecorView往下遍历这个View树。DecorView作为顶级View，一般情况下它内部会包含一个竖直方向的LinearLayout，在这个LinearLayout里面有上下两个部分(具体情况和Android的版本及主题有关)，上面是标题栏，下面是内容栏。在Activity中我们通过setContentView所设置的布局文件其实就是被加载到内容栏中的，而内容栏的id是content，因此指定布局的方法叫setContent()。
• ViewRoot
  ViewRoot对应于ViewRootImpl类，它是连接WindowManager和DecorView的纽带，View的三大流程均是通过ViewRoot来完成的。在ActivityThread中，当Activity对象被创建完之后，会将DecorView添加到Window中，同时会创建对应的ViewRootImpl，并将ViewRootImpl和DecorView建立关联，并保存到WindowManagerGlobal对象中。

绘制的流程

---

当一个应用启动时，会启动一个主Activity，Android系统会根据Activity的布局来对它进行绘制。绘制会从根视图ViewRootImpl的performTraversals()方法开始，从上到下遍历整个视图树，每个View控制负责绘制自己，而ViewGroup还需要负责通知自己的子View进行绘制操作。View的绘制流程主要是指measure、layout、draw这三大流程，即测量、布局和绘制，其中measure确定View的测量宽高，layout根据测量的宽高确定View在其父View中的四个顶点的位置，而draw则将View绘制到屏幕上。通过ViewGroup的递归遍历，一个View树就展现在屏幕上了。

performTraversals()方法在类ViewRootImpl内，其核心代码如下：

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

• measure：根据父View传递的MeasureSpec进行计算大小，确定View的测量宽高。
• layout：根据measure子View所得到的布局大小和布局参数，确定子View在其父View中的四个顶点的位置。
• draw：把View绘制到屏幕上。

MeasureSpec

---

为了更好地理解View的测量过程，我们需要理解MeasureSpec，它是View的一个内部类，它表示对View的测量规格。
在Google官方文档中是这么定义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是一个32位二进制的整数，由SpecMode和SpecSize两部分组成。其中，高2位为SpecMode(测量模式)，低30位为SpecSize(测量大小)。
SpecMode的取值可为以下三种：

• UNSPECIFIED：不指定测量模式，父视图没有限制子视图的大小，子视图可以是想要的任何尺寸，通常用于系统内部，应用开发中很少使用到。
• EXACTLY：精确测量模式，表示父视图已经决定了子视图的精确大小，这种模式下View的测量值就是SpecSize的值。对应View的LayoutParams的match_parent或者精确数值。
• AT_MOST：最大值模式，父视图已经限制子视图的大小，此时子视图的尺寸可以是不超过父视图运行的最大尺寸的任何尺寸。对应View的LayoutParams的wrap_content。

Measure

---

ViewGroup的measure

ViewGroup在它的measureChild方法中传递给子View。ViewGroup通过遍历自身所有的子View，并逐个调用子View的measure方法实现测量操作。ViewGroup在遍历完子View后，需要根据子元素的测量结果来决定自己最终的测量大小，并调用setMeasuredDimension方法保存测量宽高值。

// 遍历测量 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);
          }
      }
  }

//测量某个指定的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决定的，但是对于DecorView来说有点不同，因为它没有父类。在ViewRootImpl中的measureHierarchy方法中有如下一段代码展示了DecorView的MeasureSpec的创建过程，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的子类，属于ViewGroup，对于ViewGroup来说，除了完成自己的measure过程外，还会遍历去调用所有子元素的measure方法，各个子元素再递归去执行这个过程。和View不同的是，ViewGroup是一个抽象类，他没有重写View的onMeasure方法，这里很好理解，因为每个具体的ViewGroup实现类的功能是不同的，如何测量应该让它自己决定，比如LinearLayout和RelativeLayout。
因此在具体的ViewGroup中需要遍历去测量子View，这里我们看看ViewGroup中提供的测量子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);
 }

上述方法会对子元素进行measure，在调用子元素的measure方法之前会先通过getChildMeasureSpec方法来得到子元素的MeasureSpec。从代码上看，子元素的MeasureSpec的创建与父容器的MeasureSpec和本身的LayoutParams有关，此外和View的margin和父类的padding有关，现在看看getChildMeasureSpec的具体实现：

 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);
}

• 当父View的mode是EXACTLY的时候：说明父View的size是确定的。
  子View的宽或高是具体数值：子view的size已经固定了，子View的size就是固定这个数值，mode=EXACTLY。
  子View的宽或高是MATCH_PARENT：子View的size=父View的size，mode=EXACTLY。
  子View的宽或高是WRAP_CONTENT：子View是包裹布局，说明子View的size还不确定，所以子View的size最大不能超过父View的size，mode=AT_MOST。

• 当父View的mode是AT_MOST的时候：说明父View的size是不确定的。
  子View的宽或高是具体数值：子view的size已经固定了，子View的size就是固定这个数值，mode=EXACTLY。
  子View的宽或高是MATCH_PARENT：父View的size是不确定的，子View是填充布局情况，也不能确定size，所以子View的size不能超过父View的size，mode=AT_MOST。
  子View的宽或高是WRAP_CONTENT：子View是包裹布局，size不能超过父View的size，mode=AT_MOST。

• 当父View的mode是UNSPECIFIED的时候：说明父View不指定测量模式，父View没有限制子视图的大小，子View可以是想要的任何尺寸。
  子View的宽或高是具体数值：子view的size已经固定了，子View的size就是固定这个数值，mode=EXACTLY。
  子View的宽或高是MATCH_PARENT：子视图可以是想要的任何尺寸，mode=UNSPECIFIED。
  子View的宽或高是WRAP_CONTENT：子视图可以是想要的任何尺寸，mode=UNSPECIFIED。
  
  需要注意一点就是，此时的MeasureSpec并不是View真正的大小，只有setMeasuredDimension之后才能真正确定View的大小。
  关于具体ViewGroup的onMeasure过程这里不做分析，由于每种布局的测量方式不一样，不可能逐个分析，但在它们的onMeasure里面的步骤是有一定规律的：
  1.根据各自的测量规则遍历Children元素，调用getChildMeasureSpec方法得到Child的measureSpec;
  2.调用Child的measure方法;
  3.调用setMeasuredDimension确定最终的大小。

View的measure

View的measure过程由其measure方法来完成，measure方法是一个final类型的方法，这意味着子类不能重写此方法，在View的measure方法里面会去调用onMeasure方法，我们可以通过复写onMeasure()方法去测量设置View的大小。如下：

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

//如果需要自定义测量，子类需重写这个方法
protected void onMeasure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec) {
  setMeasuredDimension(getDefaultSize(getSuggestedMinimumWidth(), widthMeasureSpec),
  getDefaultSize(getSuggestedMinimumHeight(), heightMeasureSpec));
}

//将测量好的宽跟高进行存储
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没有重写onMeasure方法，默认会直接调用getDefaultSize
 public static int getDefaultSize(int size, int measureSpec) {
   int result = size;
   //获取父View传递过来的模式
   int specMode = MeasureSpec.getMode(measureSpec);
   //获取父View传递过来的大小
   int specSize = MeasureSpec.getSize(measureSpec);

   switch (specMode) {
     case MeasureSpec.UNSPECIFIED:
     //View的大小父View未定，设置为建议最小值
        result = size;
        break;
     case MeasureSpec.AT_MOST:
     case MeasureSpec.EXACTLY:
        result = specSize;
        break;
    }
    return result;
 }

从上述代码可以得出，View的宽/高由specSize决定，直接继承View的自定义控件需要重写onMeasure方法并设置wrap_content时的自身大小，否则在布局中使用wrap_content就相当于使用match_parent。
上述就是View的measure大致过程，在measure完成之后，通过getMeasuredWidth/Height方法就可以获得测量后的宽高，这个宽高一般情况下就等于View的最终宽高，因为View的layout布局的时候就是根据measureWidth/Height来设置宽高的，除非在layout中修改了measure值。

Layout

---

measure()方法中我们已经测量出View的大小，根据这些大小，我们接下来就要确定View在父View的布局位置。Layout的作用是ViewGroup用来确定子元素的位置，当ViewGroup的位置被确定后，它在onLayout中会遍历所有的子元素并调用其layout方法。简单的来说就是，layout方法确定View本身的位置，而onLayout方法则会确定所有子元素的位置。

• View的layout方法代码：

  public void layout(int l, int t, int r, int b) {
    ...
    onLayout(changed, l, t, r, b);
    ...
  }
  
  //空方法，子类如果是ViewGroup类型，则重写这个方法，实现ViewGroup中所有View控件布局
  protected void onLayout(boolean changed, int left, int top, int right, int bottom) {
  }
  

可以看到这是一个空实现，和onMeasure方法类似，onLayout的实现和具体的布局有关，具体ViewGroup的子类需要重写onLayout方法，并根据具体布局规则遍历调用Children的layout方法。
通过上面的分析，可以得到两个结论：
View通过layout方法来确认自己在父容器中的位置。
ViewGroup通过onLayout方法来确定View在容器中的位置。

• FrameLayout的onLayout方法代码：

  @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、获取父View的内边距padding的值。
2、遍历子View，处理子View的layout_gravity属性、根据View测量后的宽和高、父View的padding值、来确定子View的布局参数。
3、调用child.layout方法，对子View进行布局。

Draw

---

经过前面的测量和布局之后，接下来就是绘制了，也就是真正把View绘制在屏幕可见视图上。Draw操作用来将控件绘制出来，绘制的流程从performDraw()方法开始。performDraw()方法在类ViewRootImpl内，其核心代码如下：

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);
   ...
}

最终调用到View的draw方法绘制每个具体的View，绘制基本上可以分为七个步骤。

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)：作用就是绘制View的背景。
第二步：saveUnclippedLayer：保存画布的图层。
第三步：onDraw(canvas)：绘制View的内容。View的内容是根据自己需求自己绘制的，所以方法是一个空方法，View的继承类自己复写实现绘制内容。
第四步：dispatchDraw（canvas）：遍历子View进行绘制内容。在View里面是一个空实现，ViewGroup里面才会有实现。View的绘制过程的传递通过dispatchDraw来实现的，dispatchDraw会遍历调用所有子元素的draw方法，如此draw事件就一层层地传递了下去。在自定义ViewGroup一般不用复写这个方法，因为它在里面的实现帮我们实现了子View的绘制过程，基本满足需求。
第五步：drawRect：绘制边缘和恢复画布的图层。
第六步：onDrawForeground(canvas)：对前景色跟滚动条进行绘制。
第七步：drawDefaultFocusHighlight(canvas)：绘制默认焦点高亮。

总结

---

如果是自定义ViewGroup的话，需要重写onMeasure方法，在onMeasure方法里面遍历测量子元素，同理onLayout方法也是一样，最后实现onDraw方法绘制自己；
如果自定义View的话，则需要从写onMeasure方法，处理wrap_content的情况，不需要处理onLayout，最后实现onDraw方法绘制自己。