Android开发InputManagerService创建与启动流程

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2023-06-10
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  • 创建输入系统
  • 启动输入系统
  • 输入系统就绪
  • 结束

前言

之前写过几篇关于输入系统的文章，但是还没有写完，后来由于工作的变动，这个事情就一直耽搁了。而现在，在工作中，遇到输入系统相关的事情也越来越多，其中有一个非常有意思的需求，因此是时候继续分析 InputManagerService。

InputManagerService 系统文章，基于 Android 12 进行分析。
本文将以 IMS 简称 InputManagerService。

启动流程

InputManagerService 是一个系统服务，启动流程如下

// SystemServer.java
private void startOtherServices(@NonNull TimingsTraceAndSlog t) {
            // ..
    //. 创建
    inputManager = new InputManagerService(context);
    // 注册服务    
    ServiceManager.addService(Context.INPUT_SERVICE, inputManager,
                    /* allowIsolated= */ false, DUMP_FLAG_PRIORITY_CRITICAL);
    // 保存 wms 的回调
    inputManager.setWindowManagerCallbacks(wm.getInputManagerCallback());
    //. 启动
    inputManager.start();    
    try {
        //. 就绪
        if (inputManagerF != null) {
            inputManagerF.systemRunning();
        }
    } catch (Throwable e) {
        reportWtf("Notifying InputManagerService running", e);
    }
    // ...
}

IMS 的启动流程分为三步

  • 创建输入系统，建立上层与底层的映射关系。
  • 启动输入系统，其实就是启动底层输入系统的几个模块。
  • 输入系统就绪，上层会同步一些配置给底层输入系统。

下面分三个模块，分别讲解这三步。

创建输入系统

// InputManagerService.java
public InputManagerService(Context context) {
    this.mContext = context;
    this.mHandler = new InputManagerHandler(DisplayThread.get().getLooper());
    // 配置为空
    mStaticAssociations = loadStaticInputPortAssociations();
    // 默认 false
    mUseDevInputEventForAudioJack =
            context.getResources().getBoolean(R.bool.config_useDevInputEventForAudioJack);
    //. 底层进行初始化
    // mPtr 指向底层创建的 NativeInputManager 对象
    mPtr = nativeInit(this, mContext, mHandler.getLooper().getQueue());
    // 空
    String doubleTouchGestureEnablePath = context.getResources().getString(
            R.string.config_doubleTouchGestureEnableFile);
    // null
    mDoubleTouchGestureEnableFile = TextUtils.isEmpty(doubleTouchGestureEnablePath) ? null :
        new File(doubleTouchGestureEnablePath);
    LocalServices.addService(InputManagerInternal.class, new LocalService());
}

IMS 构造函数，主要就是调用 nativeInit() 来初始化底层输入系统。

// com_android_server_input_InputManagerService.cpp
static jlong nativeInit(JNIEnv* env, jclass /* clazz */,
        jobject serviceObj, jobject contextObj, jobject messageQueueObj) {
    // 从Java层的MessageQueue中获取底层映射的MessageQueue
    sp<MessageQueue> messageQueue = android_os_MessageQueue_getMessageQueue(env, messageQueueObj);
    if (messageQueue == nullptr) {
        jniThrowRuntimeException(env, "MessageQueue is not initialized.");
        return;
    }
    // 创建 NativeInputManager
    NativeInputManager* im = new NativeInputManager(contextObj, serviceObj,
            messageQueue->getLooper());
    im->incStrong();
    // 返回指向 NativeInputManager 对象的指针
    return reinterpret_cast<jlong>(im);
}

原来底层创建了 NativeInputManager 对象，然后返回给上层。

但是 NativeInputManager 并不是底层输入系统的服务，它只是一个连接上层输入系统和底层输入系统的桥梁而已。来看下它的创建过程

// com_android_server_input_InputManagerService.cpp
NativeInputManager::NativeInputManager(jobject contextObj,
        jobject serviceObj, const sp<Looper>& looper) :
        mLooper(looper), mInteractive(true) {
    JNIEnv* env = jniEnv();
    //.保存上层的InputManagerService对象
    mServiceObj = env->NewGlobalRef(serviceObj);
    //. 初始化一些参数
    {
        AutoMutex _l(mLock);
        // mLocked 的类型是 struct Locked，这里初始化了一些参数
        // 这些参数会被上层改变
        mLocked.systemUiVisibility = ASYSTEM_UI_VISIBILITY_STATUS_BAR_VISIBLE;
        mLocked.pointerSpeed =;
        mLocked.pointerGesturesEnabled = true;
        mLocked.showTouches = false;
        mLocked.pointerCapture = false;
        mLocked.pointerDisplayId = ADISPLAY_ID_DEFAULT;
    }
    mInteractive = true;
    //.创建并注册服务 InputManager
    mInputManager = new InputManager(this, this);
    defaultServiceManager()->addService(String("inputflinger"),
            mInputManager, false);
}

NativeInputManager 构造过程如下

  • 创建一个全局引用，并通过 mServiceObj 指向上层的 InputManagerService 对象。
  • 初始化参数。这里要注意一个结构体变量 mLocked，它的一些参数都是由上层控制的。例如，mLocked.showTouches 是由开发者选项中 "Show taps" 决定的，它的功能是在屏幕上显示一个触摸点。
  • 创建并注册服务 InputManager。

原来，InputManager 才是底层输入系统的服务，而 NativeInputManagerService 通过 mServiceObj 保存了上层 InputManagerService 引用，并且上层 InputManagerService 通过 mPtr 指向底层的 NativeInputManager。因此，我们可以判定 NativeInputManager 就是一个连接上层与底层的桥梁。

我们注意到创建 InputManager 使用了两个 this 参数，这里介绍下 NativeInputManager 和 InputManager 的结构图

InputManager 构造函数需要的两个接口正好是由 NativeInputManager 实现的，然而，具体使用这两个接口的不是 InputManager，而是它的子模块。这些子模块都是在 InputManager 的构造函数中创建的

// InputManager.cpp
InputManager::InputManager(
        const sp<InputReaderPolicyInterface>& readerPolicy,
        const sp<InputDispatcherPolicyInterface>& dispatcherPolicy) {
    //. 创建InputDispatcher对象，使用 InputDispatcherPolicyInterface 接口
    mDispatcher = createInputDispatcher(dispatcherPolicy);
    //. 创建InputClassifier对象，使用 InputListenerInterface
    mClassifier = new InputClassifier(mDispatcher);
    //. 创建InputReader对象，使用 InputReaderPolicyInterface 和 InputListenerInterface
    mReader = createInputReader(readerPolicy, mClassifier);
}
// InputDispatcherFactory.cpp
sp<InputDispatcherInterface> createInputDispatcher(
        const sp<InputDispatcherPolicyInterface>& policy) {
    return new android::inputdispatcher::InputDispatcher(policy);
}
// InputReaderFactory.cpp
sp<InputReaderInterface> createInputReader(const sp<InputReaderPolicyInterface>& policy,
                                           const sp<InputListenerInterface>& listener) {
    return new InputReader(std::make_unique<EventHub>(), policy, listener);
}

InputManager 构造函数所使用的两个接口，分别由 InputDispatcher 和 InputReader 所使用。因此 InputManager 向上通信的能力是由子模块 InputDispatcher 和 InputReader 实现的。

InputManager 创建了三个模块，InputReader、InputClassifier、InputDispatcher。 InputReader 负责从 EventHub 中获取事件，然后把事件加工后，发送给 InputClassfier。InputClassifer 会把事件发送给 InputDispatcher，但是它会对触摸事件进行一个分类工作。最后 InputDispatcher 对进行事件分发。

那么现在我们可以大致推算下输入系统的关系图，如下

这个关系图很好的体现了设计模式的单一职责原则。

EventHub 其实只属于 InputReader，因此要想解剖整个输入系统，我们得逐一解剖 InputReader、InputClassifier、InputDispatcher。后面的一系列的文章将逐个来剖析。

启动输入系统

// InputManagerService.java
    public void start() {
        Slog.i(TAG, "Starting input manager");
        //.启动native层
        nativeStart(mPtr);
        // Add ourself to the Watchdog monitors.
        Watchdog.getInstance().addMonitor(this);
        //.监听数据库，当值发生改变时，通过 native 层
        // 监听Settings.System.POINTER_SPEED，这个表示手指的速度
        registerPointerSpeedSettingObserver();
        // 监听Settings.System.SHOW_TOUCHES，这个表示是否在屏幕上显示触摸坐标
        registerShowTouchesSettingObserver();
        // 监听Settings.Secure.ACCESSIBILITY_LARGE_POINTER_ICON
        registerAccessibilityLargePointerSettingObserver();
        // 监听Settings.Secure.LONG_PRESS_TIMEOUT，这个多少毫秒触发长按事件
        registerLongPressTimeoutObserver();
        // 监听用户切换
        mContext.registerReceiver(new BroadcastReceiver() {
            @Override
            public void onReceive(Context context, Intent intent) {
                updatePointerSpeedFromSettings();
                updateShowTouchesFromSettings();
                updateAccessibilityLargePointerFromSettings();
                updateDeepPressStatusFromSettings("user switched");
            }
        }, new IntentFilter(Intent.ACTION_USER_SWITCHED), null, mHandler);
        //. 从数据库获取值，并传递给 native 层
        updatePointerSpeedFromSettings();
        updateShowTouchesFromSettings();
        updateAccessibilityLargePointerFromSettings();
        updateDeepPressStatusFromSettings("just booted");
    }

输入系统的启动过程如下

  • 启动底层输入系统。其实就是启动刚刚说到的 InputReader, InputDispatcher。
  • 监听一些广播。因为这些广播与输入系统的配置有关，当接收到这些广播，会更新配置到底层。
  • 直接读取配置，更新到底层输入系统。

第2步和第3步，本质上其实都是更新配置到底层，但是需要我们对 InputReader 的运行过程比较熟悉，因此这个配置更新过程，留到后面分析。

现在我们直接看下如何启动底层的输入系统

// com_android_server_input_InputManagerService.cpp
static void nativeStart(JNIEnv* env, jclass /* clazz */, jlong ptr) {
    NativeInputManager* im = reinterpret_cast<NativeInputManager*>(ptr);
    // 调用InputManager::start()
    status_t result = im->getInputManager()->start();
    if (result) {
        jniThrowRuntimeException(env, "Input manager could not be started.");
    }
}

通过 JNI 层的 NativeInputManager 这个桥梁来启动 InputManager。

前面用一幅图表明了 NativeInputManager 的桥梁作用，现在感受到了吗？

status_t InputManager::start() {
    // 启动 Dispatcher
    status_t result = mDispatcher->start();
    if (result) {
        ALOGE("Could not start InputDispatcher thread due to error %d.", result);
        return result;
    }
    // 启动 InputReader
    result = mReader->start();
    if (result) {
        ALOGE("Could not start InputReader due to error %d.", result);
        mDispatcher->stop();
        return result;
    }
    return OK;
}

InputManager 的启动过程很简单，就是直接启动它的子模块 InputDispatcher 和 InputReader。

InputDispatcher 和 InputReader 的启动，都是通过 InputThread 创建一个线程来执行任务。

//InputThread.cpp
InputThread::InputThread(std::string name, std::function<void()> loop, std::function<void()> wake)
     : mName(name), mThreadWake(wake) {
   mThread = new InputThreadImpl(loop);
   mThread->run(mName.c_str(), ANDROID_PRIORITY_URGENT_DISPLAY);
}

注意 InputThread 可不是一个线程，InputThreadImpl 才是一个线程，如下

//InputThread.cpp
class InputThreadImpl : public Thread {
public:
    explicit InputThreadImpl(std::function<void()> loop)
          : Thread(/* canCallJava */ true), mThreadLoop(loop) {}
    ~InputThreadImpl() {}
private:
    std::function<void()> mThreadLoop;
    bool threadLoop() override {
        mThreadLoop();
        return true;
    }
};

当线程启动后，会循环调用 threadLoop()，直到这个函数返回 false。从 InputThreadImpl 的定义可以看出，threadLoop() 会一直保持循环，并且每一次循环，会调用一次 mThreadLoop()，而函数 mThreadLoop 是由 InputReader 和 InputDispacher 在启动时传入

// InputReader.cpp
status_t InputReader::start() {
    if (mThread) {
        return ALREADY_EXISTS;
    }
    // 线程启动后，循环调用 loopOnce()
    mThread = std::make_unique<InputThread>(
            "InputReader", [this]() { loopOnce(); }, [this]() { mEventHub->wake(); });
    return OK;
}
// InputDispatcher.cpp
status_t InputDispatcher::start() {
    if (mThread) {
        return ALREADY_EXISTS;
    }
    // 线程启动后，循环调用 dispatchOnce()
    mThread = std::make_unique<InputThread>(
            "InputDispatcher", [this]() { dispatchOnce(); }, [this]() { mLooper->wake(); });
    return OK;
}

现在，我们可以明白，InputReader 启动时，会创建一个线程，然后循环调用 loopOnce() 函数，而 InputDispatcher 启动时，也会创建一个线程，然后循环调用 dispatchOnce()。

输入系统就绪

// InputManagerService.java
public void systemRunning() {
    mNotificationManager = (NotificationManager)mContext.getSystemService(
            Context.NOTIFICATION_SERVICE);
    synchronized (mLidSwitchLock) {
        mSystemReady = true;
        // Send the initial lid switch state to any callback registered before the system was
        // ready.
        int switchState = getSwitchState(- /* deviceId */, InputDevice.SOURCE_ANY, SW_LID);
        for (int i =; i < mLidSwitchCallbacks.size(); i++) {
            LidSwitchCallback callback = mLidSwitchCallbacks.get(i);
            callback.notifyLidSwitchChanged( /* whenNanos */, switchState == KEY_STATE_UP);
        }
    }
    // 监听广播，通知底层加载键盘布局
    IntentFilter filter = new IntentFilter(Intent.ACTION_PACKAGE_ADDED);
    filter.addAction(Intent.ACTION_PACKAGE_REMOVED);
    filter.addAction(Intent.ACTION_PACKAGE_CHANGED);
    filter.addAction(Intent.ACTION_PACKAGE_REPLACED);
    filter.addDataScheme("package");
    mContext.registerReceiver(new BroadcastReceiver() {
        @Override
        public void onReceive(Context context, Intent intent) {
            updateKeyboardLayouts();
        }
    }, filter, null, mHandler);
    // 监听广播，通知底层加载设备别名
    filter = new IntentFilter(BluetoothDevice.ACTION_ALIAS_CHANGED);
    mContext.registerReceiver(new BroadcastReceiver() {
        @Override
        public void onReceive(Context context, Intent intent) {
            reloadDeviceAliases();
        }
    }, filter, null, mHandler);
    // 直接通知一次底层加载键盘布局和加载设备别名
    mHandler.sendEmptyMessage(MSG_RELOAD_DEVICE_ALIASES);
    mHandler.sendEmptyMessage(MSG_UPDATE_KEYBOARD_LAYOUTS);
    if (mWiredAccessoryCallbacks != null) {
        mWiredAccessoryCallbacks.systemReady();
    }
}
private void reloadKeyboardLayouts() {
    nativeReloadKeyboardLayouts(mPtr);
}
private void reloadDeviceAliases() {
    nativeReloadDeviceAliases(mPtr);
}

无论是通知底层加载键盘布局，还是加载设备别名，其实都是让底层更新配置。与前面一样，更新配置的过程，留到后面分析。

结束

通过本文，我们能大致掌握输入系统的轮廓。后面，我们将逐步分析子模块 InputReader 和 InputDispatcher 的功能。

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