图解Android：View的绘制机制与源码解析

前言

Android的视图是如何绘制的？深入了解一下UI的绘制原理无论对我们APP的性能优化还是对我们的自定义view都有很大的帮助。下文将和大家一道探究一下Android的viewTree的绘制原理，希望对大家的开发和学习有所帮助。

本篇是图解Android系列第二篇，更多文章敬请关注后续文章。如果这篇文章对大家学习Android有帮助，还望大家多多转载。学习小组QQ群: 193765960。

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Activity的视图结构

先看一下activity的视图结构图

Activity的视图结构

每个activity都有一个Window(实际是phonewindow)
Phonewindow含有一个DecorView，这是我们window的topview
DecorView是继承自Framelayout，换言之其为整个ViewTree的根节点viewGroup

再看一下Phonewindow的类图

Activity的视图结构

接下来我们来看一下单个Activity的viewTree的结构，我选择了两版sdk来查看

1）Android4.4系统的activity：

Activity的视图结构

2）Android6.0系统的activity：

Activity的视图结构

ViewTree的绘制

id为“content”的ContentFrameLayout是我们的布局文件加载显示的区域，更确切地说是我们activity的setcontentView()方法设置的视图显示的区域。下面我么就看看ContentFrameLayout中整个viewTree是如何绘制出来的。

Activity的视图结构

在《图解Android：事件传递机制》中我们说过Android中的任何一个布局、任何一个控件包括我们自定义的控件其实都是直接或间接继承自View实现的，所以说这些View应该都具有相同的绘制流程与机制才能显示到屏幕上（可能每个控件的具体绘制逻辑有差异，但是主流程都是一样的）。每一个View的绘制过程都必须经历三个最主要的过程，也就是measure()、layout()和draw()。
先看一下类图：

Activity的视图结构

那么，整个Android的UI绘制机制是从哪里开始的即入口在哪里呢？答案就是ViewRootImpl类的performTraversals()方法。ViewRootImpl这个类是一个隐藏类，所以如果你是使用Eclipse开发的话可能看不到这个文件（AndroidStudio可以），没关系，根据路径（androidSDK\android-sdk-windows\sources\android-23\android\view\）去找到ViewRootImpl.Java文件，然后用文本阅读工具直接打开就好。
看一下官方对ViewRootImpl的介绍：

/*** The top of a view hierarchy, implementing the needed protocol between View* and the WindowManager.  This is for the most part an internal implementation* detail of {@link WindowManagerGlobal}.** {@hide}*/

上面这段注释啥意思呢？说白了就是ViewRootImpl是一个window中的viewTree的入口，实现了window对viewTree管理的必需逻辑。

ViewRootImpl类performTraversals()代码，源代码长的恐怖，这里给大家过滤一下

    private void performTraversals() {        ......        //lp.width和lp.height在创建ViewGroup实例时值为MATCH_PARENT        int childWidthMeasureSpec = getRootMeasureSpec(mWidth, lp.width);        int childHeightMeasureSpec = getRootMeasureSpec(mHeight, lp.height);        ......        performMeasure(childWidthMeasureSpec, childHeightMeasureSpec);        ......        performLayout(lp, desiredWindowWidth, desiredWindowHeight);        ......        performDraw();        ......    }         //执行rootView的测量    private void performMeasure(int childWidthMeasureSpec, int childHeightMeasureSpec) {        Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_VIEW, "measure");        try {            //ViewGroup的measure()方法            mView.measure(childWidthMeasureSpec, childHeightMeasureSpec);        } finally {            Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_VIEW);        }    }          //执行layout操作    private void performLayout(WindowManager.LayoutParams lp, int desiredWindowWidth,            int desiredWindowHeight) {        mLayoutRequested = false;        mScrollMayChange = true;        mInLayout = true;        final View host = mView;        ......        try {            //viewRoot先进行layout            host.layout(0, 0, host.getMeasuredWidth(), host.getMeasuredHeight());            mInLayout = false;            //需要layout的子view的数量            int numViewsRequestingLayout = mLayoutRequesters.size();            if (numViewsRequestingLayout > 0) {                //需要layout的子view                ArrayList validLayoutRequesters = getValidLayoutRequesters(mLayoutRequesters,                        false);                if (validLayoutRequesters != null) {                    //如果view中有调用requestLayout()方法，则说明界面需要刷新                    mHandlingLayoutInLayoutRequest = true;                    int numValidRequests = validLayoutRequesters.size();                    for (int i = 0; i < numValidRequests; ++i) {                        final View view = validLayoutRequesters.get(i);                        view.requestLayout();                    }                    //整个viewTree重新measure                    measureHierarchy(host, lp, mView.getContext().getResources(),                            desiredWindowWidth, desiredWindowHeight);                    mInLayout = true;                    //整个viewTree重新layout                    host.layout(0, 0, host.getMeasuredWidth(), host.getMeasuredHeight());                    mHandlingLayoutInLayoutRequest = false;                    // 再次检查是否有view需要刷新                    validLayoutRequesters = getValidLayoutRequesters(mLayoutRequesters, true);                    if (validLayoutRequesters != null) {                        final ArrayList finalRequesters = validLayoutRequesters;                        // Post请求，在下一帧的显示的时候去执行刷新                        getRunQueue().post(new Runnable() {                            @Override                            public void run() {                                int numValidRequests = finalRequesters.size();                                for (int i = 0; i < numValidRequests; ++i) {                                    final View view = finalRequesters.get(i);                                    view.requestLayout();                                }                            }                        });                    }                }            }        } finally {            Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_VIEW);        }        mInLayout = false;    }          private void performDraw() {        ......        try {            draw(fullRedrawNeeded);        } finally {            mIsDrawing = false;            Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_VIEW);        }        ......    }         private void draw(boolean fullRedrawNeeded) {        ......        if (mAttachInfo.mHardwareRenderer != null && mAttachInfo.mHardwareRenderer.isEnabled()) {            //使用硬件渲染，比如GPU            mAttachInfo.mHardwareRenderer.draw(mView, mAttachInfo, this);        } else {            //使用软件渲染            if (!drawSoftware(surface, mAttachInfo, xOffset, yOffset, scalingRequired, dirty)) {                return;            }        }        ......    }         /**     * @return true if drawing was successful, false if an error occurred     */    private boolean drawSoftware(Surface surface, AttachInfo attachInfo, int xoff, int yoff,            boolean scalingRequired, Rect dirty) {        // Draw with software renderer.        final Canvas canvas;        ......        try {            canvas.translate(-xoff, -yoff);            if (mTranslator != null) {            mTranslator.translateCanvas(canvas);            }            canvas.setScreenDensity(scalingRequired ? mNoncompatDensity : 0);            attachInfo.mSetIgnoreDirtyState = false;             mView.draw(canvas);                         drawAccessibilityFocusedDrawableIfNeeded(canvas);        } finally {            if (!attachInfo.mSetIgnoreDirtyState) {            attachInfo.mIgnoreDirtyState = false;            }        }        ......        return true;    }

measure相关

View类的UI绘制相关函数

    //final说明该函数不允许被子类override,不需要关注细节    public final void measure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec) {        ......        //widthMeasureSpec，heightMeasureSpec是由parent决定的        onMeasure(widthMeasureSpec, heightMeasureSpec);        ......    }         /**     *     * @param widthMeasureSpec horizontal space requirements as imposed by the parent.     *      * @param heightMeasureSpec vertical space requirements as imposed by the parent.     *      * @see #getMeasuredWidth()     * @see #getMeasuredHeight()     * @see #setMeasuredDimension(int, int)     * @see #getSuggestedMinimumHeight()     * @see #getSuggestedMinimumWidth()     * @see android.view.View.MeasureSpec#getMode(int)     * @see android.view.View.MeasureSpec#getSize(int)     */    protected void onMeasure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec) {        //View类的默认实现，如果自定义view的话，需要我们自己override        //child的宽高有来自parent的widthMeasureSpec、heightMeasureSpec和子的MeasureSpecMode共同决定        setMeasuredDimension(getDefaultSize(getSuggestedMinimumWidth(), widthMeasureSpec),                getDefaultSize(getSuggestedMinimumHeight(), heightMeasureSpec));    }

注意onMeasure（int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec）入参的含义：
1. widthMeasureSpec和heightMeasureSpec是parent暴露给child的尺寸
2. widthMeasureSpec和heightMeasureSpec是32位的数值，其中高16位为MeasureSpecMode，低16位为MeasureSpecSize
3. MeasureSpecMode有三种取值：
  - MeasureSpec.EXACTLY：child为精准尺寸（layout_with=mach_parent、24dp的情况）
  - MeasureSpec.AT_MOST：child为最大尺寸（layout_with=wrap_content的情况）
  - MeasureSpec.UNSPECIFIED：child未指定尺寸
child的尺寸有parent穿过来的widthMeasureSpec、heightMeasureSpec和子的MeasureSpecMode共同决定

layout相关

View的layout相关代码

//非final类型，子类可以重载public void layout(int l, int t, int r, int b) {        ......        int oldL = mLeft;        int oldT = mTop;        int oldB = mBottom;        int oldR = mRight;        boolean changed = isLayoutModeOptical(mParent) ?                setOpticalFrame(l, t, r, b) : setFrame(l, t, r, b);        if (changed || (mPrivateFlags & PFLAG_LAYOUT_REQUIRED) == PFLAG_LAYOUT_REQUIRED) {            onLayout(changed, l, t, r, b);            ......        }        ......    }         //View的onlayout函数默认为空（如果自定义view中需要，可重载）      protected void onLayout(boolean changed, int left, int top, int right, int bottom) {      }

ViewGroup的layout相关代码

    /**     * {@inheritDoc}     */    @Override    public final void layout(int l, int t, int r, int b) {        if (!mSuppressLayout && (mTransition == null || !mTransition.isChangingLayout())) {            if (mTransition != null) {                mTransition.layoutChange(this);            }            //view的layout方法            super.layout(l, t, r, b);        } else {            mLayoutCalledWhileSuppressed = true;        }    }    /**     * 抽象方法，子类必须实现（因为内部必然存在多个view控件，需要layout）     */    @Override    protected abstract void onLayout(boolean changed,            int l, int t, int r, int b);

   /**    * ViewGroup的onLayout()方法都需要子类去实现    * 所以我们来看一下LinearLayout的实现    */    @Override         protected void onLayout(boolean changed, int l, int t, int r, int b) {          if (mOrientation == VERTICAL) {              layoutVertical();          } else {              layoutHorizontal();          }      }       //以垂直方向的布局为例   void layoutVertical() {          ......          final int count = getVirtualChildCount();          ......        //遍历child        for (int i = 0; i < count; i++) {              final View child = getVirtualChildAt(i);              if (child == null) {                  childTop += measureNullChild(i);              } else if (child.getVisibility() != GONE) {                  final int childWidth = child.getMeasuredWidth();                  final int childHeight = child.getMeasuredHeight();                  ......                //递归child调用layout                setChildFrame(child, childLeft, childTop + getLocationOffset(child),                          childWidth, childHeight);                  ......              }          }      }         private void setChildFrame(View child, int left, int top, int width, int height) {                  child.layout(left, top, left + width, top + height);  }

注意：

View.layout方法可被重载，ViewGroup.layout为final的不可重载，ViewGroup.onLayout为abstract的，子类必须重载实现自己的位置逻辑。
measure操作完成后得到的是对每个View经测量过的measuredWidth和measuredHeight，layout操作完成之后得到的是对每个View进行位置分配后的mLeft、mTop、mRight、mBottom，这些值都是相对于父View来说的。
凡是layout_XXX的布局属性基本都针对的是包含子View的ViewGroup的，当对一个没有父容器的View设置相关layout_XXX属性是没有任何意义的。
使用View的getWidth()和getHeight()方法来获取View测量的宽高，必须保证这两个方法在onLayout流程之后被调用才能返回有效值。

draw相关

View的draw相关代码

public void draw(Canvas canvas) {        ......        /*         * Draw traversal performs several drawing steps which must be executed         * in the appropriate order:         *         *      1. Draw the background         *      2. If necessary, save the canvas' layers to prepare for fading         *      3. Draw view's content         *      4. Draw children         *      5. If necessary, draw the fading edges and restore layers         *      6. Draw decorations (scrollbars for instance)         */         // Step 1, draw the background, if needed        ......        if (!dirtyOpaque) {            drawBackground(canvas);        }         // skip step 2 & 5 if possible (common case)        ......         // Step 2, save the canvas' layers        ......            if (drawTop) {                canvas.saveLayer(left, top, right, top + length, null, flags);            }        ......         // Step 3, draw the content        if (!dirtyOpaque) onDraw(canvas);         // Step 4, draw the children        dispatchDraw(canvas);         // Step 5, draw the fade effect and restore layers        ......        if (drawTop) {            matrix.setScale(1, fadeHeight * topFadeStrength);            matrix.postTranslate(left, top);            fade.setLocalMatrix(matrix);            p.setShader(fade);            canvas.drawRect(left, top, right, top + length, p);        }        ......         // Step 6, draw decorations (scrollbars)        onDrawScrollBars(canvas);        ......    }

注意：

View的onDraw()方法为空，需要用户自己实现
关于draw，官方的注释已经很清楚，我们需要注意的是第四步：递归调用完成viewTree的绘制
dispatchdraw()为空，需要在子类去实现

ViewGroup的draw相关代码

    /**     * 遍历各种类型的情况的child，并draw     */    @Override    protected void dispatchDraw(Canvas canvas) {        boolean usingRenderNodeProperties = canvas.isRecordingFor(mRenderNode);        final int childrenCount = mChildrenCount;        final View[] children = mChildren;                ......        for (int i = 0; i < childrenCount; i++) {            ......            if ((child.mViewFlags & VISIBILITY_MASK) == VISIBLE || child.getAnimation() != null) {                more |= drawChild(canvas, child, drawingTime);            }        }        while (transientIndex >= 0) {            ......            if ((transientChild.mViewFlags & VISIBILITY_MASK) == VISIBLE ||                    transientChild.getAnimation() != null) {                more |= drawChild(canvas, transientChild, drawingTime);            }            ......        }                 if (mDisappearingChildren != null) {            ......            for (int i = disappearingCount; i >= 0; i--) {                final View child = disappearingChildren.get(i);                more |= drawChild(canvas, child, drawingTime);            }        }       ......    }          protected boolean drawChild(Canvas canvas, View child, long drawingTime) {        return child.draw(canvas, this, drawingTime);    }

关于invalidate方法

invalidate系列方法请求重绘View树（也就是draw方法），如果View大小没有发生变化就不会调用layout过程，并且只绘制那些“需要重绘的”View，也就是哪个View(View只绘制该View，ViewGroup绘制整个ViewGroup)请求invalidate系列方法，就绘制该View。

有以下几种触发invalidate方法的情况：

直接调用invalidate方法：会绘制调用者本身。
触发setSelection方法：会绘制调用者本身。
触发setVisibility方法：当View可视状态在INVISIBLE转换VISIBLE时会间接调用invalidate方法，继而绘制该View。当View的可视状态在 INVISIBLE\VISIBLE 转换为GONE状态时会间接调用requestLayout和invalidate方法，同时由于View树大小发生了变化，所以会请求measure过程以及draw过程，同样只绘制需要“重新绘制”的视图。
触发setEnabled方法：不会重新绘制任何View包括该调用者本身。
触发requestFocus方法：只绘制“需要重绘”的View。

Activity的视图结构

ViewTree的绘制

measure相关

layout相关

draw相关

关于invalidate方法

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