1 Input Framework概述

1 Input Framework概述

Android输入系统在整个图形系统框架中扮演了很重要的角色，主要负责用户消息的管理，具体职责包括以下几个方面：

1、 从底层驱动中获取各种原始的用户消息，包括按键、触摸屏、鼠标、滚迹球等用户事件消息。

2、 最原始消息进行预处理，包括两个方面：一方面，将消息转化成系统可以处理的消息事件；另一方面，处理一些特殊的事件，比如HOME、MENU、POWER键等处理。

3、 将处理后的消息事件分发到各个应用进程，这个需要使用IPC机制，Android系统使用管道来进行消息的传递。

Android系统使用InputManager类来管理消息，而具体的功能则是通过InputReaderThread和InputDispatcherThread两个线程来实现。其中InputReaderThread线程负责消息的读取，而

InputDispatcherThread则负责消息的预处理和分发到各个应用进程中。输入系统的整体框架如下图所示：





从框图中可以看出，Android输入系统通过EventHub收集输入设备的原始数据，InputReader调用接口读取EventHub中获取的数据，然后通知InputDispatcher数据已经准备好，InputDispatcher获得数据回调InputManager的接口间接回调WMS 中的InputMonitor对输入消息进行处理，如果WMS没有消耗掉该消息，则InputDispatcher会将该消息通过管道的方式，直接发送到应用进程中，当前焦点应用的ViewrootImpl会收到该消息，并对消息进行分发处理，最终将其发送到对应的View对象中进行界面响应。

1 Native InputManager初始化

在WindowManagerService构造函数中，经过JNI调用完成了Native层InputManager的初始化，初始化工作有如下几点。

1.1 调用时序图

1.2 类图对象关系

1.3在Native层注册java层的CallBacks回调接口

在InputManagerService类中定义了一个Callback接口：

public interface Callbacks { public void notifyConfigurationChanged(); public void notifyLidSwitchChanged(long whenNanos, boolean lidOpen); public void notifyInputChannelBroken(InputWindowHandle inputWindowHandle); public long notifyANR(InputApplicationHandle inputApplicationHandle, InputWindowHandle inputWindowHandle); public int interceptKeyBeforeQueueing(KeyEvent event, int policyFlags, boolean isScreenOn); public int interceptMotionBeforeQueueingWhenScreenOff(int policyFlags); public long interceptKeyBeforeDispatching(InputWindowHandle focus, KeyEvent event, int policyFlags); public KeyEvent dispatchUnhandledKey(InputWindowHandle focus, KeyEvent event, int policyFlags); public int getPointerLayer(); }

InputMonitor实现了InputManagerService.Callbacks接口，在WindowManagerService的构造函数中创建了InputMonitor对象，并以mInputMonitor作为参数创建InputManagerService的对象，在InputManagerService构造函数中，将mInputMonitor作为参数调用了JNI函数nativeInit(),将回调接口传到JNI层，在需要的时候，JNI在回调mInputMonitor中的函数，实现数据才传递。

class InputMonitor implements InputManagerService.Callbacks{ …… } private WindowManagerService(Context context, PowerManagerService pm, boolean haveInputMethods, boolean showBootMsgs, boolean onlyCore) { final InputMonitor mInputMonitor = new InputMonitor(this); mInputManager = new InputManagerService(context, mInputMonitor); }

1.4 创建InputDispatcher和InputReader线程

在InputManagerService的构造函数中，调用了

Frameworks/base/services/jni/com_android_server_input_InputManagerService.cpp中的nativeInit()方法。

首先在JNI方法中创建了一个NativeInputManager对象，该对象内部构造函数中又创建了一个InputManager对象。注意这里的InputManager是native的。关键在于InputManager的构造函数中，创建了两个非常重要的对象，InputDispatcher和InputReader，前者是作为消息派发者，后者是input消息的读取者。然后在initialize()方法中，将前面创建的两对象作为参数，创建了对应的两个线程，分别是InputReaderThead和InputDispatchThread。

2 消息传送

2.1 创建InputChannel

前面也简单说过，InputDispatch和客户端之间是通过Pipe传递消息的，Pipe是linux系统调用的一部分，我们需要关注的是Pipe所包含的读写描述符，而为了程序设计的便利，Android增加了一个InputChannel类，有两个作用，一个是保存消息端口对应的Pipe的读写描述符，另一个是通过使用InputChannel所提供的函数创建底层的Pipe对象，。Pipe为管道的意思。

2.1.1 时序图(创建和在wms中注册)

2.1.2 创建InputChannel流程

在上面时序图看出，创建InputChannel是从添加窗口开始的，当客户需要添加窗口的时候，会创建ViewRootImpl对象，并调用它的setView()方法，通过IPC通信调用Session的addWindow()方法，其中就包含了一个InputChannel对象，里面没有数据的空壳，然后调用到WMS的addWindow()方法，希望Wms创建真正的InputChannel。

Wms的addWindow()：

public int addWindow(Session session, IWindow client, int seq, WindowManager.LayoutParams attrs, int viewVisibility, Rect outContentInsets, InputChannel outInputChannel) { …… if (outInputChannel != null && (attrs.inputFeatures & WindowManager.LayoutParams.INPUT_FEATURE_NO_INPUT_CHANNEL) == 0) { String name = win.makeInputChannelName(); InputChannel[] inputChannels = InputChannel.openInputChannelPair(name); win.setInputChannel(inputChannels[0]); inputChannels[1].transferTo(outInputChannel); mInputManager.registerInputChannel(win.mInputChannel,win.mInputWindowHandle); } …… }

addWindow()内调用了InputChannel.openInputChannelPaire()方法开始创建InputChannel，过程如下图：





1) 在InputChannel.java的静态方法openInputChannelPai()中，调用了JNI

frameworks/base/coar/jni/android_Inputview_Channel.cpp的

android_view_InputChannel_nativeOpenInputChannelPair()方法

static jobjectArray android_view_InputChannel_nativeOpenInputChannelPair(JNIEnv* env, jclass clazz, jstring nameObj) { …… sp<InputChannel> serverChannel; sp<InputChannel> clientChannel; status_t result = InputChannel::openInputChannelPair(name, serverChannel, clientChannel); …… jobjectArray channelPair = env->NewObjectArray(2, gInputChannelClassInfo.clazz, NULL); if (env->ExceptionCheck()) { return NULL; } jobject serverChannelObj = android_view_InputChannel_createInputChannel(env, new NativeInputChannel(serverChannel)); if (env->ExceptionCheck()) { return NULL; } jobject clientChannelObj = android_view_InputChannel_createInputChannel(env, new NativeInputChannel(clientChannel)); if (env->ExceptionCheck()) { return NULL; } env->SetObjectArrayElement(channelPair, 0, serverChannelObj); env->SetObjectArrayElement(channelPair, 1, clientChannelObj); return channelPair; }

在上面代码中，新建了Native层两个通道变量，分别是serverChannel和clientChannel，然后将两个空壳传入InputChannel::openInputChannelPair()中。

2) Native的InputChannel类是定义在InputTrasport.cpp文件中，openInputChannelPair()方法才是真正的创建管道，然后赋值给两个空壳。

status_t InputChannel::openInputChannelPair(const String8& name, sp<InputChannel>& outServerChannel, sp<InputChannel>& outClientChannel) { int sockets[2]; if (socketpair(AF_UNIX, SOCK_SEQPACKET, 0, sockets)) { status_t result = -errno; ALOGE("channel '%s' ~ Could not create socket pair. errno=%d", name.string(), errno); outServerChannel.clear(); outClientChannel.clear(); return result; } int bufferSize = SOCKET_BUFFER_SIZE; setsockopt(sockets[0], SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &bufferSize, sizeof(bufferSize)); setsockopt(sockets[0], SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &bufferSize, sizeof(bufferSize)); setsockopt(sockets[1], SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &bufferSize, sizeof(bufferSize)); setsockopt(sockets[1], SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &bufferSize, sizeof(bufferSize)); String8 serverChannelName = name; serverChannelName.append(" (server)"); outServerChannel = new InputChannel(serverChannelName, sockets[0]); String8 clientChannelName = name; clientChannelName.append(" (client)"); outClientChannel = new InputChannel(clientChannelName, sockets[1]); return OK; }

调用Linux的socketpair()方法建立一对匿名的已经连接的套接字，然后调用setsockopt()方法为其分配内存，然后用其做为参数，创建native环境中的InputChannel对象，分别赋值给outServerChannel、和outClientChannel指针，

3) 创建好两个native层的InputChannel对象后，存在channelPair数组中，然后通过JNI返回到JAVA环境中。

JNI：

env->SetObjectArrayElement(channelPair, 0, serverChannelObj); env->SetObjectArrayElement(channelPair, 1, clientChannelObj); return channelPair;

JAVA：

InputChannel[] inputChannels = InputChannel.openInputChannelPair(name);

2.2 WMS中注册InputChannel

在上面一节介绍了创建InputChannel的过程，其实的创建了两个InputChannel对象，一个作为服务端，需要Wms对其进行注册，另一个作为客户端，需要客户进程对其进行注册。这一节我们看Wms中注册InputChannel。在2.1.1的时序图中我们可以看到，在Wms的addWindow()方法中，调用InputChannel.openInputChannelPair(name);返回一对InputChannel对象，里面包含了管道的描述符等信息，然后调用InputManagerService.registerInputChannel进行注册，即时序图中第八步开始，。流程图如下：





通过上面可以看到，经过InputManagerService的调用，最终到达JNInativeRegisterInputChannel方法中，首先通过参数获取到Native层的InputChannel对象，还记得在Native
InputManager初始化中，在JNI创建了一个NativeInputManager对象。这里就获取到该对象，然后调用NativeInputManager::
registerInputChannel()开始注册：

status_t NativeInputManager::registerInputChannel(JNIEnv* env, const sp<InputChannel>& inputChannel, const sp<InputWindowHandle>& inputWindowHandle, bool monitor) { return mInputManager->getDispatcher()->registerInputChannel( inputChannel, inputWindowHandle, monitor); }

NativeInputManager对象中有一个InputManager对象引用，InputManager对象中又有一个InputDispatcher对象的引用，所以将调用到InputDispatcher::registerInputChannel()进行注册：

status_t InputDispatcher::registerInputChannel(const sp<InputChannel>& inputChannel, const sp<InputWindowHandle>& inputWindowHandle, bool monitor) { …… sp<Connection> connection = new Connection(inputChannel, inputWindowHandle, monitor); int fd = inputChannel->getFd(); mConnectionsByFd.add(fd, connection); if (monitor) { mMonitoringChannels.push(inputChannel); } …… mLooper->addFd(fd, 0, ALOOPER_EVENT_INPUT, handleReceiveCallback, this); } // release lock return OK; }

首先需要创建一个Connection对象，即客户端与服务端连接的接口，然后将该对象加入到InputDispatcher的mConnectionsByFd列表中，当需要通过管道发送消息的时候，从该列表中取出Connection对象，该对象与客户端是向对应的，之后调用mLooper->addFd()方法，把InputChannel对应的描述符添加到mLooper内部的描述符列表中。这里完成了wms的InputChannel的注册，即serverChannel。

2.3客户进程注册InputChannel

Wms中创建了一对InputChannel，其中serverChannel被注册到了InputDispatcher线程中，另一个clientChannel则需要注册到客户进程中，从而使得客户进程可以直接接收到InputDispatcher发送的用户消息。

客户端注册InputChannel和在InputManager中注册InputChannel的本质是相同的，即告诉所在进程的native
looper对象，让它监控指定的文件描述符即可。客户端的InputChannel来源于调用Wms的addWindow()时，最后一个参数是一个InputChannel类型的输出参数。下面看调用的时序图

2.3.1 时序图

2.3.2 注册流程

在2.3.1时序图中，我们看到setView()方法，该方法是在客户创建新的窗口时候调用，前面我们也看到了，在这个方法中通过IPC通信调用了Wms.addWindow(),创建了一对管道InputChannel，并在Wms中注册了serverChannel，完成了这两步之后，那么就需要对客户进程注册clientChannel了。

1) 客户进程是创建的新的进程，那么为改进程创建一个用于接收消息的WindowInputEventReceiver对象，它继承于InputEventReceiver类。在InputEventReceive构造函数中，调用了JNI方法nativeInit()

static jint nativeInit(JNIEnv* env, jclass clazz, jobject receiverObj, jobject inputChannelObj, jobject messageQueueObj) { sp<InputChannel> inputChannel = android_view_InputChannel_getInputChannel(env, inputChannelObj); …… sp<NativeInputEventReceiver> receiver = new NativeInputEventReceiver(env, receiverObj, inputChannel, messageQueue); status_t status = receiver->initialize(); …… return reinterpret_cast<jint>(receiver.get()); }

2) 调用android_view_InputChannel_getInputChannel获取native层的InputChannel对象，参数创建一个NativeInputEventReceiver对象，把InputChannel作为该对象的内部参数。

3) 在initialize()方法中，把文件描述符添加到内部的接收描述符列表中，使得客户进程窗口可以接收到发往该文件描述符的消息

status_t NativeInputEventReceiver::initialize() { int receiveFd = mInputConsumer.getChannel()->getFd(); mMessageQueue->getLooper()->addFd(receiveFd, 0, ALOOPER_EVENT_INPUT, this, NULL); return OK; }

2.4 Wms中获取Input消息

用户消息可以分为两类，一个是Key消息，另一个是Motion消息。对于Motion消息，InputDispatcher是通过pipe直接把消息发往客户窗口的，Wms不能对这些消息进行任何的前置处理，而对于Key消息，则会先回调Wms中的Key消息处理函数，在Wms中不处理的消息，才会把消息发往客户端。一般情况下，wms中仅仅处理一些系统的Key消息，比如”Home”键、音量键等。

2.4.1 时序图(Wms获取Key消息)

2.4.2 流程分析

在InputDispatcher中，收到InputReader发送过来的Event消息，最终调用到InputDispatcher::dispatchKeyLocked()方法，开始派发按键消息，接着消息传到NativeInputManager中。在第一节 Native
InputManager初始化中，我们向JNI注册了java层的一些回调接口，这时候就用到了的。

nsecs_t NativeInputManager::interceptKeyBeforeDispatching( const sp<InputWindowHandle>& inputWindowHandle, const KeyEvent* keyEvent, uint32_t policyFlags) { …… if (keyEventObj) { jlong delayMillis = env->CallLongMethod(mServiceObj, gServiceClassInfo.interceptKeyBeforeDispatching, inputWindowHandleObj, keyEventObj, policyFlags); …… return result; }

调用JNI的env->CallLongMethod()方法，回调JAVA层方法，mServiceObj对应的是java层的InputManagerService类的实例，gServiceClassInfo.interceptKeyBeforeDispatching指的是InputManagerService的interceptKeyBeforeDispatching()函数，于是消息就从JNI传递到了JAVA层。最终消息就传到了PhoneWindowManager中。

2.5客户窗口获取Input消息

2.5.1时序图(以Key消息分析)

2.5.2 流程分析

无论是Key消息还是Motion消息，都是通过Pipe管道传递到客户进程窗口的。所有的客户进程都有一个主线程，即ActivityThread类，该类每次开始的时候就会进入一个Looper循环中，然后就不断的从MessageQueue中读取消息，如果没有消息，则进入wait状态，直到下一个消息。

在InputDispatcher中，获取了InputReader的Key消息,经过一步步处理，调用到startDispatchCycleLocked()方法：

void InputDispatcher::startDispatchCycleLocked(nsecs_t currentTime, const sp<Connection>& connection) { …… case EventEntry::TYPE_KEY: { KeyEntry* keyEntry = static_cast<KeyEntry*>(eventEntry); // Publish the key event. status = connection->inputPublisher.publishKeyEvent(……); break; } …… }

注意到这里的connection，这是Wms注册InputChannel的时候创建的Connection对象，然后将KeyEvent消息写入管道中。

status_t InputPublisher::publishKeyEvent( …. return mChannel->sendMessage(&msg); } status_t InputChannel::sendMessage(const InputMessage* msg) { size_t msgLength = msg->size(); ssize_t nWrite; do { nWrite = ::send(mFd, msg, msgLength, MSG_DONTWAIT | MSG_NOSIGNAL); } while (nWrite == -1 && errno == EINTR); ……. return OK; }

消息写入管道后，经过MessageQueue通知到客户进程，然后在ViewRootImpl中，调用doConsumeBatchedInput()开始读取keyEvent消息。看看receiveMessage():

status_t InputChannel::receiveMessage(InputMessage* msg) { ssize_t nRead; do { nRead = ::recv(mFd, msg, sizeof(InputMessage), MSG_DONTWAIT); } while (nRead == -1 && errno == EINTR); …… return OK; }