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壁紙基礎
android中的壁紙分爲動態壁紙和靜態壁紙兩種，兩種類型的壁紙都以Service的類型運行在系統後臺。
- 靜態壁紙：僅以圖片的形式進行展示
對於靜態壁紙，可以使用WallpaperManager中的getDrawable()等接口獲取到當前的bitmap圖像。 - 動態壁紙：顯示的內容爲動態的內容，同時可以對用戶的操作做出響應
對於動態壁紙的實時圖像，是沒辦法通過android中原生的接口獲取到，需要獲取到動態壁紙的圖像得自己修改源碼。
壁紙實現時涉及的幾個主要的類：
- WallpaperService及其內部類Engine：壁紙在WallpaperService這個服務中運行，當需要實現自己的壁紙時，繼承和實現這個類，是首先需要做的。Engine是WallpaperService中的一個內部類，實現了壁紙服務窗口的創建以及Surface的維護，同時Engine內部類還提供了onVisibilityChanged()，onCommand()等回調方法，用於可見狀態變化和用戶觸摸事件等。Engine類因此也是壁紙實現的核心類，實現和重寫其接口在開發中也相當重要。
- WallpaperManagerService和WallpaperManager：WallpaperManagerService用於管理壁紙的運行與切換，並通過WallpaperManager對外界提供操作壁紙的接口。
- WindowMangerService：該類用於計算壁紙窗口的Z序，可見性以及爲壁紙窗口應用動畫。
壁紙服務的兩種啓動場景
非首次重啓壁紙服務啓動流程
SystemService進程啓動時，會啓動各種系統服務。在該類的startOtherServices(）方法中會首先拉起
WallpaperManagerService，通過該類，WallpaperService後面才得以啓動。
if (context.getResources().getBoolean(R.bool.config_enableWallpaperService)) {
t.traceBegin("StartWallpaperManagerService");
mSystemServiceManager.startService(WALLPAPER_SERVICE_CLASS);
t.traceEnd();
} else {
Slog.i(TAG, "Wallpaper service disabled by config");
}
WallpaperManagerService啓動之後systemReady()方法中會通過loadSettingsLocked()方法加載用戶設置過的壁紙信息，然後監聽用戶切換用戶switchUser()，切換用戶時，switchWallpaper()會調用bindWallpaperComponentLocked()方法拉起對應的壁紙服務。
手動切換時壁紙服務的啓動流程
手動切換壁紙服務時需要通過WallpaperManager.getIWallpaperManager().setWallpaperComponent()方法完成，我們在這個接口中傳入壁紙服務對應的ComponentName，getIWallpaperManager返回的是WallpaperManagerService的Bp(binder proxy binder代理)端，在WallpaperManagerService端，我們可以查看到setWallpaperComponent的具體實現，
private void setWallpaperComponent(ComponentName name, int userId) {
...
/* 首先調用該方法的時候回去校驗權限，該權限定義在frameworks/base/core/res/AndroidManifest.xml，
<permission android:name="android.permission.SET_WALLPAPER_COMPONENT"
android:protectionLevel="signature|privileged" />
查看protectionLevel，只有是特權應用或者系統簽名的應用才能獲取到這個系統權限，所以普通的應用是沒有辦法進行壁紙設置的
*/
checkPermission(android.Manifest.permission.SET_WALLPAPER_COMPONENT);
int which = FLAG_SYSTEM;
boolean shouldNotifyColors = false;
WallpaperData wallpaper;
synchronized (mLock) {
Slog.v(TAG, "setWallpaperComponent name=" + name);
/*
此處會先通過當前的用戶ID獲取到與該用戶相關的壁紙信息，WallpaperManagerService支持多用戶機制，用戶的信息在mWallpaperMap中存儲，每一個用戶對應一個WallpaperData，WallpaperData存儲壁紙相關信息
*/
wallpaper = mWallpaperMap.get(userId);
if (wallpaper == null) {
throw new IllegalStateException("Wallpaper not yet initialized for user " + userId);
}
...
// 在這裏真正會去拉起對應的WallPaperService
if (bindWallpaperComponentLocked(name, false, true, wallpaper, null)) {
...
}
setWallpaperComponent最終也是通過bindWallpaperComponentLocked拉起壁紙服務
壁紙服務啓動過程
1.校驗是否是壁紙服務
bindWallpaperComponentLocked()方法將會啓動該ComponentName所指定的WallpaperService，在啓動的時候首先會進行校驗，以確定待拉起的服務是一個壁紙服務，
private boolean bindWallpaperComponentLocked(ComponentName componentName, boolean force,
boolean fromUser, WallpaperData wallpaper, IRemoteCallback reply) {
...
int serviceUserId = wallpaper.userId;
ServiceInfo si = mIPackageManager.getServiceInfo(componentName,
PackageManager.GET_META_DATA | PackageManager.GET_PERMISSIONS, serviceUserId);
if (si == null) {
// The wallpaper component we're trying to use doesn't exist
Slog.w(TAG, "Attempted wallpaper " + componentName + " is unavailable");
return false;
}
/*
第一個校驗：
啓動的時候首先會校驗這個壁紙服務是否聲明權限爲BIND_WALLPAPER權限，
該權限的定義同樣也在fwk/base/core/res/manifest.xml
<permission android:name="android.permission.BIND_WALLPAPER"
android:protectionLevel="signature|privileged" />
該權限也是系統級別的，防止三方應用切換壁紙，
*/
if (!android.Manifest.permission.BIND_WALLPAPER.equals(si.permission)) {
String msg = "Selected service does not have "
+ android.Manifest.permission.BIND_WALLPAPER
+ ": " + componentName;
if (fromUser) {
throw new SecurityException(msg);
}
Slog.w(TAG, msg);
return false;
}
WallpaperInfo wi = null;
Intent intent = new Intent(WallpaperService.SERVICE_INTERFACE);
if (componentName != null && !componentName.equals(mImageWallpaper)) {
// Make sure the selected service is actually a wallpaper service.
/*
第二個校驗：
這個檢查來校驗服務是否聲明瞭android.service.wallpaper.WallpaperService這個action。如果這個服務沒有聲明這個action的話那麼，ris中就不會含有這個component信息，
*/
List<ResolveInfo> ris =
mIPackageManager.queryIntentServices(intent,
intent.resolveTypeIfNeeded(mContext.getContentResolver()),
PackageManager.GET_META_DATA, serviceUserId).getList();
for (int i=0; i<ris.size(); i++) {
ServiceInfo rsi = ris.get(i).serviceInfo;
if (rsi.name.equals(si.name) &&
rsi.packageName.equals(si.packageName)) {
try {
/*
第三個檢查：
獲取名爲android.service.wallpaper中的meta-data信息，該meta-data信息中提供了縮略圖，開發者，簡單的描述等。會將這些信息轉換成WallpaperInfo
*/
wi = new WallpaperInfo(mContext, ris.get(i));
} catch (XmlPullParserException e) {
if (fromUser) {
throw new IllegalArgumentException(e);
}
Slog.w(TAG, e);
return false;
} catch (IOException e) {
if (fromUser) {
throw new IllegalArgumentException(e);
}
Slog.w(TAG, e);
return false;
}
break;
}
}
if (wi == null) {
String msg = "Selected service is not a wallpaper: "
+ componentName;
if (fromUser) {
throw new SecurityException(msg);
}
Slog.w(TAG, msg);
return false;
}
}
// 當壁紙服務支持在ambient模式下進行繪製的時候，需要檢查是否有AMBIENT_WALLPAPER權限，
if (wi != null && wi.supportsAmbientMode()) {
final int hasPrivilege = mIPackageManager.checkPermission(
android.Manifest.permission.AMBIENT_WALLPAPER, wi.getPackageName(),
serviceUserId);
if (hasPrivilege != PackageManager.PERMISSION_GRANTED) {
String msg = "Selected service does not have "
+ android.Manifest.permission.AMBIENT_WALLPAPER
+ ": " + componentName;
if (fromUser) {
throw new SecurityException(msg);
}
Slog.w(TAG, msg);
return false;
}
}
// 檢驗完畢，這裏纔會開始bind 壁紙服務，如果校驗失敗的話，會返回false
...
}
上面的校驗可以看出一共校驗了三個條件：
- 啓動的時候首先會校驗這個壁紙服務是否聲明權限爲BIND_WALLPAPER權限， 該權限的定義在fwk/base/core/res/manifest.xml
< permission android:name=“android.permission.BIND_WALLPAPER”
android:protectionLevel=“signature|privileged” />
該權限也是系統級別的，防止三方應用切換壁紙。 - 這個檢查來校驗服務是否聲明瞭android.service.wallpaper.WallpaperService這個action。如果這個服務沒有聲明這個action的話那麼，ris中就不會含有這個component信息。
- 獲取名爲android.service.wallpaper中的meta-data信息，該meta-data信息中提供了縮略圖，開發者，簡單的描述等。會將這些信息轉換成WallpaperInfo。
2.綁定壁紙服務
壁紙服務的校驗滿足後，開始啓動和綁定目標服務：
private boolean bindWallpaperComponentLocked(ComponentName componentName, boolean force,
boolean fromUser, WallpaperData wallpaper, IRemoteCallback reply) {
// 校驗服務是否符合要求結束後，開始着手啓動服務
...
//1. 創建一個WallpaperConnection，該對象可以監聽和WallpaperService之間的連接狀態，同時歸對象繼承了IWallpaperConnection.Stub，這樣該對象有擁有了跨進程通信的能力，當服務綁定成功後，onServiceConnected()方法調用中，WallpaperConnection實力會被髮送到WallpaperService,該實例可以用於WallpaperService想WallpaperManagerService進行通信的橋樑。
intent.setComponent(componentName);
intent.putExtra(Intent.EXTRA_CLIENT_LABEL,
com.android.internal.R.string.wallpaper_binding_label);
...
/* 2. 這裏啓動指定的壁紙服務，服務啓動後，壁紙還沒有辦法進行顯示，還需要WallpaperConnection.onServiceConnected中進行相應的處理*/
if (!mContext.bindServiceAsUser(intent, newConn,Context.BIND_AUTO_CREATE | Context.BIND_SHOWING_UI| Context.BIND_FOREGROUND_SERVICE_WHILE_AWAKE |
Context.BIND_INCLUDE_CAPABILITIES,new UserHandle(serviceUserId))) {
}
/*3. 新的壁紙服務啓動之後，就開始銷燬舊服務*/
if (wallpaper.userId == mCurrentUserId && mLastWallpaper != null && !wallpaper.equals(mFallbackWallpaper)) {
detachWallpaperLocked(mLastWallpaper);
}
/* 4.將新的壁紙服務信息進行保存*/
wallpaper.wallpaperComponent = componentName;
wallpaper.connection = newConn;
...
bindWallpaperComponentLocked函數在拉起壁紙服務的時候主要做了下面幾件事情：
- 創建了WallpaperConnection對象，由於實現了ServiceConnection接口，所以WallpaperConnection可以用來監聽和壁紙服務的連接狀態，另外由於繼承了IWallpoaperConnection.Stub接口，所以WallpaperConnection具有了跨進程通信的能力。
- 啓動壁紙服務：這裏僅僅是拉起服務，和拉起普通服務的方式基本一致，拉起方式上則使用了bindServiceAsUser，查看官方註解，該接口增加了校驗該用戶是否能拉起該服務，其餘的行爲和bindService相同。
- 保存當前WallpaperConnection實例，ConponentName，到WallpaperData中
bindWallpaperComponentLocked()函數將壁紙服務拉了起來，但是僅僅將壁紙服務拉起來是沒有辦法顯示圖像的，因爲啓動的服務並沒有窗口令牌，這樣就沒辦法添加窗口。剩下的這部分顯示的工作在WallpaperConnection的onServiceConnected()方法中進行，在該回調中同樣也能拿到壁紙服務端服務端提供的Binder對象。
WallpaperService在被bind的時候返回了一個IWallpaperServiceWrapper對象，從代碼中可以看到，該對象中保存了WallpaperService實例，看了代碼後再去理解這個對象的命名（包裝WallpaperService），果然名副其實。
class IWallpaperServiceWrapper extends IWallpaperService.Stub {
private final WallpaperService mTarget;
private IWallpaperEngineWrapper mEngineWrapper;
public IWallpaperServiceWrapper(WallpaperService context) {
mTarget = context;
}
@Override
public void attach(IWallpaperConnection conn, IBinder windowToken,
int windowType, boolean isPreview, int reqWidth, int reqHeight, Rect padding,int displayId) {
...
}
@Override
public void detach() {
...
}
}
該接口中一共有兩個接口，attach和detach，attach接口在創建的時候可以將相關信息傳遞到壁紙服務中，對應的，detach接口在服務銷燬的時候調用。
3.引擎的創建和初始化
引擎的創建準備工作開始於onServiceConnected()回調處，該回調會傳遞壁紙服務需要的窗口令牌和ServiceConnection對象等。
WallpaperManagerService.java
@Override
public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {
synchronized (mLock) {
if (mWallpaper.connection == this) {
mService = IWallpaperService.Stub.asInterface(service);
attachServiceLocked(this, mWallpaper);
// XXX should probably do saveSettingsLocked() later
// when we have an engine, but I'm not sure about
// locking there and anyway we always need to be able to
// recover if there is something wrong.
if (!mWallpaper.equals(mFallbackWallpaper)) {
// 保存當前的壁紙信息到文件系統中，這樣重啓的時候就可以加載之前用戶設置過的壁紙
saveSettingsLocked(mWallpaper.userId);
}
FgThread.getHandler().removeCallbacks(mResetRunnable);
mContext.getMainThreadHandler().removeCallbacks(mTryToRebindRunnable);
}
}
}
onServiceConnected()函數中，首先將返回的binder對象進行了保存，然後在attachServiceLocked()方法中會調用connectLocked()方法，connectLocked()接口中調用了attach方法傳遞了壁紙服務所需要的信息。
void connectLocked(WallpaperConnection connection, WallpaperData wallpaper) {
...
mWindowManagerInternal.addWindowToken(mToken, TYPE_WALLPAPER, mDisplayId);
final DisplayData wpdData = getDisplayDataOrCreate(mDisplayId);
try {
connection.mService.attach(connection, mToken, TYPE_WALLPAPER, false,
wpdData.mWidth, wpdData.mHeight,
wpdData.mPadding, mDisplayId);
}
...
}
attach接口回傳了許多信息，其中
- connection爲WallpaperConnection的實例。WallpaperConnection之所以具有跨進程通信的能力是因爲繼承了IWallpaperConnection.Stub類，該Stub對象中比較重要的一個接口就是attachEngine()，因爲Engine實現纔是動態壁紙的核心，WallpaperService會將創建好的Engine引用通過attachEngine()回傳給WallpaperManagerService進行管理。
- mToken是向WMS註冊過的窗口令牌，只有擁有了這個令牌，WallpaperService纔有權添加壁紙窗口。
傳遞了WallpaperService需要的信息之後，WallPaperService開始進行引擎的創建。查看WallpaperService中attach()方法的實現，
class IWallpaperServiceWrapper extends IWallpaperService.Stub {
...
@Override
public void attach(IWallpaperConnection conn, IBinder windowToken,
int windowType, boolean isPreview, int reqWidth, int reqHeight, Rect padding,
int displayId) {
mEngineWrapper = new IWallpaperEngineWrapper(mTarget, conn, windowToken,
windowType, isPreview, reqWidth, reqHeight, padding, displayId);
}
...
}
attach方法創建了一個IWallpaperEngineWrapper，顧名思義，該對象有壁紙服務創建的引擎的引用，在創建IWallpaperEngineWrapper對象的時候，會發送DO_ATTACH消息，該消息用於壁紙服務引擎的創建，
IWallpaperEngineWrapper.java
IWallpaperEngineWrapper(WallpaperService context,
IWallpaperConnection conn, IBinder windowToken,
int windowType, boolean isPreview, int reqWidth, int reqHeight, Rect padding,
int displayId) {
mCaller = new HandlerCaller(context, context.getMainLooper(), this, true);
...
Message msg = mCaller.obtainMessage(DO_ATTACH);
mCaller.sendMessage(msg);
}
...
@Override
public void executeMessage(Message message) {
switch (message.what) {
case DO_ATTACH: {
try {
// 將IWallpaperEngineWapper對象傳遞給WallpaperConnection進行保存，通過這個引用，WallpaperManagerService也可以通過它與engine進行通信
mConnection.attachEngine(this, mDisplayId);
} catch (RemoteException e) {
Log.w(TAG, "Wallpaper host disappeared", e);
return;
}
// 創建一個引擎，該方法爲抽象方法，需要子類根據自身實現具體的引擎
Engine engine = onCreateEngine();
mEngine = engine;
mActiveEngines.add(engine);
// 該方法中會完成窗口的創建，surface創建等工作。
engine.attach(this);
return;
}
由於mConnection.attachEngine()方法將IWallpaperEngineWrapper傳遞給了WallpaperManagerService，因此WallpaperManagerService可以轉發相關的請求和設置到Engine對象中，實現WallpaperManagerService到壁紙的通信。
onCreateEngine方法執行後，引擎創建完成，之後通過engine.attach()方法進行引擎相關的初始化：
void attach(IWallpaperEngineWrapper wrapper) {
...
mIWallpaperEngine = wrapper;
mCaller = wrapper.mCaller;
mConnection = wrapper.mConnection;
mWindowToken = wrapper.mWindowToken;
mSurfaceHolder.setSizeFromLayout();
mInitializing = true;
// 這個session用於和WMS進行通信
mSession = WindowManagerGlobal.getWindowSession();
// mWindow是一個IWindow對象，用於接收從WMS發送過來的消息
mWindow.setSession(mSession);
mLayout.packageName = getPackageName();
mIWallpaperEngine.mDisplayManager.registerDisplayListener(mDisplayListener,
mCaller.getHandler());
mDisplay = mIWallpaperEngine.mDisplay;
mDisplayContext = createDisplayContext(mDisplay);
mDisplayState = mDisplay.getState();
if (DEBUG) Log.v(TAG, "onCreate(): " + this);
// 子類可以重寫該接口，在該接口中可以修改mSurfaceHolder相關的屬性，這個時候
// 窗口尚未創建。設置的相關屬性將在updateSurface中創建窗口時使用
onCreate(mSurfaceHolder);
mInitializing = false;
mReportedVisible = false;
// updateSurface會進行窗口以及Surface的創建。
updateSurface(false, false, false);
}
attach方法執行的完成，標誌着壁紙啓動的完成，之後可以調用壁紙的surface顯示圖像。
壁紙服務的啓動流程總結
壁紙服務的啓動相比於普通服務的啓動較爲複雜，接下來用下面的示意圖對整體的流程進行梳理：
壁紙服務在啓動的時候，大體可以分爲兩個階段，首先就要是拉起對應的服務，拉起服務後然後將WindowToken等參數傳遞給引擎進行窗口的創建，surface的創建。在WallpaperManagerService和WallpaperService交互的過程中，主要有下面三個跨進程通信的Binder對象：
- WallpaperConnection：實現在WallpaperManagerService中，並通過IWallpaperService.attach回調傳遞給了IWallpaperEngineWrapper，通過WallpaperConnection.attachEngine()方法，WallpaperService將IWallpaperEngineWrapper回傳給了WallpaperManagerService，實現了雙向的通信。
- IWallpaperService：實現在WallpaperService中，該對象提供了attach方法，用於從WallpaperManagerService獲取引擎創建時需要的WindowToken等信息。
- IWallpaperEngineWrapper：實現在壁紙服務進程中，同時引用交給了WallpaperManagerService，該對象封裝了Engine類，WallpaperManagerService對引擎相關的控制需要通過該對象提供的接口實現。
自己最近因爲需要定位一個開機壁紙服務啓動慢的問題，所以熟悉了下壁紙服務的啓動過程，在此記錄啓動流程。定位該問題梳理從bind到onServiceConnected和引擎相關初始化，對比每一個階段的時間，最終確定問題的原因。
參考：《深入理解Android卷3》第八章：深入理解android壁紙服務