【Android】Android输入子系统

成鹏致远 | lcw.cnblogs.com | 2013-10-25

Linux输入子系统回顾

1：为什么要回顾linux输入子系统？这个问题后面自然就知道了

　　1.linux输入子系统设备是基于平台设备机制的，所以先回顾平台设备机制，主要回顾后面用得到的东西

1.申请主设备号
2.创建cdev->将cdev挂载到系统设备哈希链表中，同时生成inode节点
3.创建device->将device与刚生成的inode节点关联起来，为上层调用提供接口

　　2.注册输入子系统设备

1.创建一个设备类class
2.申请主设备号
3.创建cdev->将cdev挂载到系统设备哈希链表中，同时生成inode节点
4.创建input_device->将input_device与刚生成的inode节点关联起来，为事件驱动层提供接口

1.注册设备支持输入事件类型（type）->【这个后面会用到】
2.注册设备支持输入事件编码
3.生成/dev/input_device

　　　  　5.当input_device与input_hander匹配成功

1.生成/dev/input*
2.上层应用通过主设备号打开/dev/input，通过次设备号打开/dev/input_device

　　3.输入子系统部分函数

1.read函数->读【后面会用到】
2.write函数->写【后面会用到】
3.event函数->上报事件【后面会用到】

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【提前思考的问题】

1.Android事件处理系统是怎么捕捉到输入事件的？
2.Android上层应用是怎么捕捉到输入事件的？
3.Android上层应用捕捉到输入事件是怎么响应的？

2.从启动一个Android程序开始

　　1.Activity启动流程：onCreate()->onStart()->onResume()->Activity Running

【Q1】：为什么onStart()后不直接Running，要插入一个onResume()，在onResume()中系统作了什么事情？
<A1>：在onResume()中，系统会为该Activity创建一个ViewRoot！

　　【Q2】：这个ViewRoot有什么用？它做了哪些事情？这个后面解答

3.Android事件从输入到输出的整个流程

　　1.Activity运行时，用户点击触摸屏操作->｛事件产生｝
　　　　1.点击触摸屏，必然会调用触摸屏驱动->｛事件输入｝

【Q3】：事件传递过程？->｛事件传递｝
<A3>：以下所有步骤！
　1.Android上层应用调用Framework层的JNI本地方法->｛事件消息传递到JNI层｝

　1.实现JNI层方法，填充本地方法映射表，实现提供Android上层应用的接口
　2.生成so动态链接库文件，adb push到/system/lib目录下

　2.JNI本地方法调用HAL层（硬件抽象层：中间件）方法->｛事件消息传递到HAL层｝

　1.JNI层通过指定ID得到HAL模块实例，然后调用HAL层函数
　2.生成so动态链接库文件，adb push到/system/lib/hw目录下

　3.HAL通过系统调用write进入内核层->｛事件消息传递到内核｝

　1.copy_from_user()取得用户层数据
　2.调用input_device.write->｛（1.1.2）：事件消息传递到驱动层｝

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　4.输入设备驱动获取事件，调用event函数->｛（1.1.3）｝
　5.事件处理层根据事件类型进行上报->｛事件消息传递到内核事件处理层｝
　　　1.调用input_event(device，type，code，value)->{【type】后面会用到}
　6.到事件处理层时，内核会唤醒read函数->｛（1.1.1）：事件消息传递到内核层｝
　　　1.通过copy_to_user()将内核数据传递到用户空间->｛事件消息传递到用户空间｝
　 　 【Q4】：read函数被谁调用的？
　7.事件消息被Android的事件处理系统捕捉到->｛事件消息传递到Android事件处理系统｝

　1.Android事件处理系统将这个消息发送到Android应用层
 【Q5】：事件消息在Android事件处理系统中是怎么传递的？

　8.Android上层获取事件消息，根据事件类型（3.1.1.5.1：type）响应上层View相应回调函数
　9.Android界面UI更新->｛事件响应｝

4.至此为此，项目中用到的框架知识已经介绍完毕

　　1.Android事件处理系统作为一个黑盒子，暂时略过
　　2.切入到项目解读：电视棒远程遥控器

1.客户端APK

1.数据采集->{此数据必须与Linux输入子系统兼容，这样才能达到欺骗系统的目的}
2.数据传递

2.服务端APK->{实现二个虚拟设备（虚拟键盘设备与虚拟鼠标设备}

1.接收数据
2.将数据传送到虚拟设备
3.虚拟设备上报事件，欺骗系统输入事件发生

5.剖析Android事件处理系统

【Q5】：事件消息在Android事件处理系统中是怎么传递的？
<A5>：看看Android的事件处理系统
1.紧接着3.1.1.7，事件消息传递到Android事件处理系统
2.在Android开机时，系统服务（System Server）会初始化Android窗口管理服务（WindowManagerService）
3.WMS服务会初始化InputManager（InputManager是Framework层的一个C++类，负责管理所有的输入事件的捕获与转发）

1.在InputManager构造函数中，会初始化事件处理系统中最重要的三个类（InputReader/InputDispatcher/EventHub）
2.然后初始化InputManager（InputManager.initialize()），产生两个线程（InputReaderThread/InputDispatcherThread，分别负责事件捕获与事件转发）
3.InputReaderThread线程工作->{解决问题1：Android事件处理系统是怎么捕捉到输入事件的}

　　　　1.调用InputReader::loopOnce()，在InputReader类中，已经实现looper机制，循环操作
　　　　　　1.调用EventHub::getEvent()函数
　　　　　　　　1.调用Epoll_wait()函数
　　　　　　　　　　1.在Epoll_wait()函数中，会去循环读取所有的/dev/input设备，一旦有事件产生，就会被此函数捕捉到

【Q6】：Android事件处理系统与/dev/input设备是如何关联起来的
【A6】：EventHub::Device <---->/dev/input，一一对应关系

　2.当有事件发生时，Android事件处理系统会调用read函数->{系统调用，从内核层拿到事件消息}

【Q4】：read函数被谁调用的？
<A4>：read函数是InputReader调用的

　　　　　　2.将从内核层读取到的事件消息（input_event）保存到RawEvent中

2.根据事件类型（input_event.type）调用相应的消息转换器（InputMapper）
　　1.Android系统目前支持5种事件消息（翻滑盖/轨迹球/多点触摸/单点触摸/键盘）
3.InputReader::InputDevice::inputMapper将RawEvent事件转换成对应的Notifyargs
　　1.InputMapper将RawEvent事件转换成对应的Notifyargs类
　　2.将Notifyargs加入到InputRead::QueueListener::argsQueue队列中
4.调用InputReader::QueueListener::flush()函数，处理队列中的事件消息
5.调用Notifyargs::notify函数，将事件消息转换成对应的EventEntry再转交给InputDispatcher

1.对事件进行预处理
　　1.判断是否丢弃此事件消息
　　　　1.丢弃，则直接返回
　　　　2.不丢弃
　　2.获取当前Activity对应的Connection对象->（这个后面再讲）
2.将对应的EventEntry加入到InputDispatcher::OutBoundQueue队列中
　　【Q7】：在Notifyargs是怎么获取InputDispatcher实例的
　　<A7>：在初始化InputRead::QueueListener::argsQueue队列时，将InputDispatcher对象传递过来了

6.唤醒InputDispatcher::pollOnce()函数

4.InputDispatcherThread线程工作
　　1.调用InputDispatcher::loopOnce()，在InputDispatcher类中，同样实现looper机制，循环操作
　　　　1.调用pollOnce()函数，轮询InputDispatcher::OutBoundQueue队列
　　　　　　1.队列中的有事件消息
　　　　　　2.被Notifyargs::notify()函数唤醒
　　2.调用对应的InputDispatcher::dispach函数
　　　　1.从InputDispatcher::OutBoundQueue队列中取得EventEntry对象
　　　　2.将EventEntry对象转换成DispatchEntry对象
　　　　3.将DispatchEntry对象加入到InputChannel::Connection::outboundQueue队列中
　　　　　　【Q8】：这个InputChannel::Connection对象是从哪里来的？有什么用？
【Q9】：现在InputDispatcher得到了转换后的事件消息，即将要发出去，但是往哪里发？
<A9>：要解决这个问题，需要回到【Q2】

4.【Q2】：ViewRoot有什么用？它做了哪些事情？->｛解决问题2：Android上层应用是怎么捕捉到输入事件的？｝
　　<A2>：1.首先，ViewRoot是一个Hander，与当前Activity绑在一起的
　　　　　　2.ViewRoot有一个重要的作用：与WMS通信，完成整个GUI窗口系统的绘制
　　　　　　3.创建ViewRoot的时候做了哪些事情？现在来解决问题2：Android上层应用是怎么捕捉到输入事件的？

1.由前面分析知道，Android的事件输入来自InputManager，所以ViewRoot需要与InputManager通信
　　【Q10】：ViewRoot怎么与InputManager通信并取得事件消息？
　　<A10>：ViewRoot与InputManager之间有一个共享内存（ShareMemory）
　　　　1.InputManager::InputDispatcher将最后的事件消息发送到共享内存（ShareMemory）中
　　　　2.ViewRoot在知道有事件消息到来时，就去共享内存（ShareMemory）中取此事件消息
　　【Q11】1.ViewRoot怎么知道有事件消息到来？
　　<A11>：1.ViewRoot与InputManager是通过管道通信的机制来传递消息的
　　　　1.在创建ViewRoot后，会创建两个InputChannel类对象
　　　　　　1.其中一个InputChannel对象注册到NativeInputQueue中，与ViewRoot绑在一起
　　　　　　　　【Q12】这个NativeInputQueue是用来干什么的？
　　　　　　　　<A12>：这个NativeInputQueue是Android系统用来维护事件接收的，因为同一时刻，会有很多Activity在等待事件输入
　　　　　　2.另一个InputChannel对象注册到InputManager类对象中
　　　　2.同时会申请上面用到的的共享内存
　　　　3.InputChannel类主要封装管道描述符和共享内存的描述符等信息
　　　　　　1.在ViewRoot与InputManager中各注册了一个InputChannel类对象，其中各有两个管道描述符
　　　　　　　　1.两个InputChannel对象中都包含一个读和一个写描述符
　　　　　　　　2.所以在ViewRoot与InputManager之前完成了全双工的通信【后面会用到】
　　【Q13】：在Android中，每创建一个Activity，就会创建一个ViewRoot，所以也会创建一个InputChannel对象，那Android系统怎么来区分这些Activity？
　　<A13>：还记得【Q8】吗，两个问题一起解决：InputChannel::Connection对象是从哪里来的？有什么用？
　　　　1.为了区分不同的Activity，NativeInputQueue类中定义了一个子类Connection
　　　　2.在注册InputChannel对象时，每个InputChannel对象中都创建了一个Connection对象
　　　　　　1.所以ViewRoot中的每个InputChannel与InputManager中的InputChannel都包含一个Connection对象
　　　　　　2.这个Connection对象标识了不同的Activity

　　　　　　　　4.到现在我们就可以回到【Q9】了

5.【Q9】：现在InputDispatcher得到了转换后的事件消息，即将要发出去，但是往哪里发？
　<A9>：1.由上面的分析，我们知道现在需要将事件消息发送给ViewRoot
　　　　1.调用InputChannel::Connection::inputPublisher.publishMotionEvent函数将事件消息发送到共享内存（ShareMemory）
　　　　2.InputChannel对象向写管道发送一个dispatch信息

6.现在工作就该转移到ViewRoot这边了
　　【Q14】：在NativeInputQueue中有很多InputChannel对象，究竟哪个InputChannel的管道会收到信息？
　　<A14>：还记得【Q13】吗，InputManager的InputChannel对象是由ViewRoot创建后注册过去的
　　　　1.在每个注册的InputChannel对象中，都包含了一个Connection对象
　　　　2.InputManager的InputChannel对象的Connection对象<--->NativeInputQueue中的InputChannel对象的Connection对象，是一一对应的关系
　　　　3.所以与InputDispatcher中Connection对象相对应的那个Connection对象将收到管道信息
　　1.相应的InputChannel对象的Connection对象收到管道信息
　　2.调用InputChannel::Connection::inputConsumer到共享内存（ShareMemory）中取得事件消息
　　3.InputChannel再向写管道中发一个信息，表示此事件已经取得
　　4.然后InputManager中的InputChannel将会收到管道消息，再继续进行下一轮事件处理

7.到此为止，事件消息已经传递到NativeInputQueue中的InputChannel对象中
　　1.由前面分析，NativeInputQueue中的每个InputChannel对象都对应一个Activity
　　2.NativeInputQueue中InputChannel对象是在ViewRoot创建之后创建的，也就是我们的Activity启动之前
　　　　【Q15】：现在Activity关联的InputChannel对象拿到的这个事件消息，但是怎么处理呢？现在我们就来回答问题3：Android上层应用捕捉到输入事件是怎么响应的？
　　　　<A15>：这个需要回到ViewRoot端InputChannel对象注册的时候，也就是【Q11】的位置
　　　　　　1.ViewRoot端InputChannel对象在向NativeInputQueue注册时，需要注册3个参数
　　　　　　　　1.其中有一个参数就是ViewRoot的成员变量InputHandler
　　　　　　　　　　1.InputHandler就是事件的处理函数，也就是所谓的回调函数
　　　　　　　　　　2.传递它的作用主要是明确当前ViewRoot的事件处理函数
　　　　　　　　　　3.当InputChannel对象取得事件后，就会去调用ViewRoot的InputHandler函数-{到此为止，事件消息就传递回了Android应用层}
　　　　　　　　　　　　【Q16】：这个回调函数到底是什么？
　　　　　　　　　　　　<A17>：这个回调函数大多被Android系统实现成抽象函数
　　　　　　　　　　　　　　1.在我们的电视棒远程遥控器的客户端，就重写了对应的方法，用来获取我们需要的数据，比如onScroll/onLongPress等

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思维导图