Android Window Z轴顺序计算与窗口组织笔记

窗口的Z轴顺序，简单来说就是决定"谁盖住谁"的规则。它是WMS窗口管理的核心之一，直接影响用户界面的视觉层次和交互行为。理解Z轴顺序的计算，就能明白为什么对话框总是浮在Activity之上、为什么状态栏永远在最上层、为什么输入法窗口能覆盖部分应用界面。

为了讲清楚这个机制，我们需要先了解窗口在WMS中的组织方式，然后再深入Z轴的计算逻辑。

🧱 窗口组织模型：从屏幕到单个窗口

WMS并不是扁平地管理所有窗口，而是构建了一个清晰的层次结构，这个结构直接服务于Z轴顺序的计算。

DisplayContent（屏幕） ：最顶层的容器，代表一个逻辑显示屏（可能是物理屏幕、虚拟屏幕或投屏）。每个DisplayContent管理着属于该屏幕的所有窗口。在多屏环境下，不同屏幕的窗口是独立分层的。
WindowToken（窗口令牌） ：位于DisplayContent之下，代表一组具有相同行为或归属的窗口。最常见的两种：
- AppWindowToken：对应一个Activity。一个Activity的所有窗口（主窗口、子窗口、启动窗口）都归属于同一个AppWindowToken。
- WindowToken：对应非Activity的窗口组，比如输入法窗口、壁纸窗口、系统级窗口（如状态栏、导航栏）等。
WindowState（窗口状态） ：最基础的单元，代表一个具体的窗口 。每个WindowState必定属于某个WindowToken，并最终归属于某个DisplayContent。

组织关系可以这样理解：

一个DisplayContent（展馆）里有多个WindowToken（展柜），每个WindowToken里摆放着多个WindowState（展品）。

这种组织方式使得WMS可以方便地控制一组窗口的整体行为（比如一起隐藏、一起移动），也为Z轴分层奠定了基础。

📐 Z轴顺序的计算：原则与过程

Z轴顺序的核心是为每个WindowState分配一个整型数值（layer），数值越大，窗口越靠上。这个值的计算遵循一套严格的规则，并不是简单的"后添加的在上"。

1. 基础原则：按窗口类型分层

Android定义了多种窗口类型（通过WindowManager.LayoutParams.type指定），它们在Z轴上天然处于不同的"层级带"。从低到高大致如下：

底层：壁纸窗口（TYPE_WALLPAPER）
应用窗口层：普通应用窗口（TYPE_APPLICATION）、应用子窗口（TYPE_APPLICATION_MEDIA、TYPE_APPLICATION_PANEL等）
系统应用层：如输入法窗口（TYPE_INPUT_METHOD）、输入法对话框（TYPE_INPUT_METHOD_DIALOG）
系统层：如状态栏（TYPE_STATUS_BAR）、导航栏（TYPE_NAVIGATION_BAR）、系统警告框（TYPE_SYSTEM_ALERT）、屏幕保护（TYPE_KEYGUARD）等

注意：这里的"类型"是静态的，决定了窗口所属的主层级 。例如，所有TYPE_APPLICATION窗口都在应用层，所有TYPE_STATUS_BAR窗口都在系统层。

2. 动态调整：同一层内的排序

同一类型的窗口（例如多个Activity）也需要决定谁在上谁在下。这主要由以下因素动态调整：

焦点状态：拥有焦点的窗口通常会提升到其所在层级的顶部。
动画状态：正在播放进入/退出动画的窗口，可能临时获得更高的Z值，以保证动画流畅（例如切换Activity时的过渡效果）。
启动窗口（StartingWindow）：在Activity启动过程中显示的预览窗口，会在适当时候被真正的窗口覆盖。
子窗口：依附于主窗口的子窗口（如菜单、对话框）必须在其父窗口之上，但又在其他应用窗口之下（除非特别指定）。
WindowManager.LayoutParams的参数 ：开发者可以通过flags（如FLAG_NOT_FOCUSABLE、FLAG_ALT_FOCUSABLE_IM）间接影响Z轴顺序（例如使窗口不接受焦点，从而影响其被选为焦点的可能性）。

3. 核心计算过程（简化版）

WMS中，负责计算Z轴顺序的核心函数是DisplayContent.assignWindowLayers()（在不同Android版本中函数名可能略有差异，但逻辑一致）。它会遍历该屏幕上的所有WindowToken，再遍历每个Token下的所有WindowState，按照以下步骤为每个窗口计算出最终的layer值：

确定基础层（Base Layer） ：根据窗口的类型（type），映射到一个预设的整型范围。例如：
- 壁纸：底层（如21000）
- 应用窗口：中间层（如22000）
- 系统窗口：高层（如23000）
- 关键guard：最高层（如24000）这个基础值确保了不同类型的窗口天然处于不同的"海拔"。
应用类型内偏移（Type Layer）：在同一基础层内，不同的子类型再细分子层。例如应用窗口本身可能包括主窗口（+0）、媒体窗口（+1）、子窗口（+2）等。这一步保证了子窗口一定在主窗口之上。
窗口内排序（Layer within token） ：对于同一个WindowToken内的多个WindowState，按照它们被添加的顺序（即Z序）分配递增值。通常后添加的窗口在上。
动态调整：将焦点窗口、正在播放动画的窗口、启动窗口等特殊窗口的Z值进行提升（增加一个较大的偏移量），确保它们暂时处于其所在类型层的顶部。
最终赋值 ：将计算出的整数赋值给WindowState.mLayer，并通过SurfaceControl.setLayer()告知SurfaceFlinger。SurfaceFlinger会根据这个值合成最终的画面。

🧠 关键影响因素深入解析

1. 窗口类型（Window Type）的主宰作用

窗口类型是Z轴分层的根本。系统通过WindowManagerPolicy（策略接口）定义了每种类型对应的基础层值。例如在PhoneWindowManager中，你可以看到类似这样的定义（伪代码）：

arduino 复制代码

// 壁纸层
case TYPE_WALLPAPER: layer = 21000; break;
// 应用窗口层
case TYPE_APPLICATION: layer = 22000; break;
// 输入法窗口层
case TYPE_INPUT_METHOD: layer = 23000; break;
// 状态栏
case TYPE_STATUS_BAR: layer = 24000; break;
// 关键guard（如锁屏）
case TYPE_KEYGUARD: layer = 25000; break;

不同基础层之间差距足够大，使得不同类型窗口不会交错。

2. 输入法窗口（IME）的特殊位置

输入法窗口（TYPE_INPUT_METHOD）通常位于应用窗口之上，但又位于状态栏等系统窗口之下。这是为了保证输入法能覆盖应用界面（用于打字），但又不会挡住状态栏（用于显示时间、电量）。

3. 壁纸窗口（Wallpaper）的特殊处理

壁纸窗口永远处于最底层。而且当一个应用窗口可见时，WMS会确保壁纸窗口位于该应用窗口之下，并可能调整大小以适配。

4. 子窗口（Sub Window）

子窗口（如TYPE_APPLICATION_PANEL、TYPE_APPLICATION_MEDIA）的Z轴计算依赖于其父窗口。计算时，先确定父窗口的Z值，然后在此基础上加一个较小的偏移量（如+1），保证子窗口浮在父窗口之上，但依然位于其他应用窗口之后。

5. 动画的影响

当窗口启动或退出动画时，WMS可能会临时增加其Z值。例如Activity切换时，新Activity的窗口可能通过动画从屏幕外移入，如果Z值不够高，可能被旧窗口挡住。因此WMS会在动画期间为其分配一个更高的临时Z值，动画结束后恢复。

⏱️ 重新计算Z轴顺序的时机

Z轴顺序不是一成不变的，以下情况会触发assignWindowLayers()重新计算：

添加或删除窗口时
窗口焦点改变时（如用户点击另一个应用）
窗口动画开始或结束时
输入法显示或隐藏时
窗口的可见性发生变化时（如一个Activity被暂停）
屏幕旋转或窗口大小改变时（可能影响窗口的相对位置）

每一次重新计算，WMS都会遍历所有相关窗口，重新分配layer值，并通过SurfaceControl更新到SurfaceFlinger。

📊 总结：窗口组织与Z轴计算的协同

为了帮助你直观理解，我们可以用一张图表示窗口的组织与Z轴关系：

scss 复制代码

DisplayContent (屏幕)
│
├── WindowToken (AppWindowToken for Activity A)
│   ├── WindowState (主窗口)            ->  Z = 22001 (基础层+偏移)
│   ├── WindowState (子菜单窗口)         ->  Z = 22002
│   └── WindowState (对话框窗口)         ->  Z = 22003
│
├── WindowToken (AppWindowToken for Activity B，但被A盖住)
│   └── WindowState (主窗口)            ->  Z = 22000 (基础层+0)
│
├── WindowToken (InputMethod)
│   └── WindowState (输入法窗口)         ->  Z = 23001 (基础层+偏移)
│
└── WindowToken (StatusBar)
    └── WindowState (状态栏)             ->  Z = 24000 (基础层)

在这个结构中，Activity B的主窗口（22000）低于Activity A的所有窗口（22001-22003），因为A是当前活动且可能拥有焦点。输入法窗口（23001）又高于应用层，但低于状态栏（24000）。整个体系层次分明，互不干扰。

💡 学习建议

要深入掌握Z轴顺序，你可以尝试：

阅读PhoneWindowManager ：查看windowTypeToLayerLw()方法，了解系统如何将窗口类型映射为基础层值。
跟踪assignWindowLayers()：在WMS/DisplayContent源码中查找此函数，观察其遍历和计算逻辑。
实验不同窗口类型：尝试创建不同类型（应用窗口、系统警告框）的窗口，观察它们的层叠行为。
关注动画场景 ：在Activity切换时，使用dumpsys window windows命令查看窗口的layer值变化，感受动态调整。

Z轴顺序是WMS协调所有窗口视觉关系的核心机制，它既保证了系统UI的稳定（状态栏永远可见），又为应用提供了灵活的展示空间（对话框、子窗口）。理解它，你就掌握了Android窗口管理的"透视眼"。

Android Window Z轴顺序计算与窗口组织 笔记