[Android] Input事件分发流程之IMS初始化(1)

IMS初始化

一、简介

当用户触摸屏幕或者按键操作，首次触发的是硬件驱动，驱动收到事件后，将该相应事件写入到输入设备节点， 这便产生了最原生态的内核事件。接着，输入系统取出原生态的事件，经过层层封装后成为KeyEvent或者MotionEvent ；最后，交付给相应的目标窗口(Window)来消费该输入事件

二、对象介绍

  1. frameworks/native/services/inputflinger/reader/InputReader.cpp
  2. frameworks/native/services/inputflinger/reader/EventHub.cpp
  3. frameworks/base/services/core/java/com/android/server/input/InputManagerService.java
  4. frameworks/native/services/inputflinger/dispatcher/InputDispatcher.cpp
  5. frameworks/base/services/core/jni/com_android_server_input_InputManagerService.cpp
  6. frameworks/native/services/inputflinger/InputManager.cpp

三**、IMS初始化分析**

InputManagerService位于SystemServer.java#startOtherServices方法中被启动，源码如下

private void startOtherServices(@NonNull TimingsTraceAndSlog t) {...InputManagerService inputManager = null;...t.traceBegin("StartInputManagerService");inputManager = new InputManagerService(context);t.traceEnd();...// WMS与：InputManagerService/ActivityTaskManager/PhoneWindowManager相互绑定// WMS创建时会基于DisplayThread，也就是WMS是运行在android.display线程中wm = WindowManagerService.main(context, **inputManager**, !mFirstBoot, mOnlyCore,new PhoneWindowManager(), mActivityManagerService.mActivityTaskManager);// 将IMS加入ServiceManager中统一管理ServiceManager.addService(Context.INPUT_SERVICE, inputManager);...inputManager.start();

所以IMS的执行顺序为：new InputManagerService(context);、inputManager.start();并且属于systemServer线程，继续看构造方法

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/input/InputManagerService.java

public InputManagerService(Context context) {this.mContext = context;// 运行在android.display线程,这个handler很重要this.mHandler = new InputManagerHandler(DisplayThread.get().getLooper());...//初始化native对象mPtr = nativeInit(this, mContext, mHandler.getLooper().getQueue());...LocalServices.addService(InputManagerInternal.class, new LocalService());}

this.mHandler是非常重要的，运行在android.display线程上，跟WMS所处的线程一样，主要用于以下几个方面：

  1. 接收和处理输入事件：mHandler会接收来自底层硬件（如触摸屏、按键等）的原始输入事件，并将其封装成消息发送给mHandler处理。这样可以将输入事件的处理从主线程转移到后台线程（android.display）
  2. **分发输入事件：**mHandler会将接收到的输入事件分发给相应的窗口或应用程序进行处理。通过消息的处理和分发机制，确保输入事件能够顺利传递给正确的目标，实现用户输入的精确响应。
  3. **处理输入事件队列：**mHandler会维护一个输入事件队列，将接收到的输入事件按照一定的顺序存储在队列中，并逐个处理。这样可以保证输入事件的有序性，避免输入事件的丢失或混乱。

总而言之，mHandler在InputManagerService中的作用是接收、处理和分发输入事件，实现用户输入的响应和传递。通过将输入事件的处理从主线程转移到android.display线程，systemServer线程会等待display线程处理完成后才会继续执行

继续看看nativeInit方法，位于：frameworks/base/services/core/jni/com_android_server_input_InputManagerService.cpp

类名叫：NativeInputManager

static jlong nativeInit(JNIEnv* env, jclass /* clazz */,jobject serviceObj/*IMS*/, jobject contextObj/*context*/, jobject messageQueueObj/*MessageQueue*/) {// messageQueueObj就是上层调用的：mHandler.getLooper().getQueue()// 该handler属于android.display线程// 这段代码定义了一个名为sp的变量，它的类型是一个智能指针，指向一个MessageQueue对象。智能指针是一种封装了指针的对象，// 它具有自动管理内存的能力，即在不需要使用该指针时会自动释放它所指向的内存空间，// 避免了内存泄漏的问题。这里使用的是Android系统提供的sp智能指针，它是一个引用计数智能指针，可以在多个线程间安全地传递和共享// 这里获取了Message队列sp<MessageQueue> messageQueue = android_os_MessageQueue_getMessageQueue(env, messageQueueObj);if (messageQueue == nullptr) {jniThrowRuntimeException(env, "MessageQueue is not initialized.");return 0;}//NativeInputManager中创建了InputManagerNativeInputManager* im = new NativeInputManager(contextObj, serviceObj,messageQueue->getLooper());im->incStrong(0);return reinterpret_cast<jlong>(im);
}

先介绍一下方法里的形参：

  • JNIEnv* env：JNI对象，native方法必须也有的，该参数无需开发者去关心（只有JNI开发时会用到里面的参数和方法，此处不做关心）
  • serviceObj：InputManagerService.java的实例对象
  • contextObj：IMS中的context上下文
  • messageQueueObj：mHandler中Looper里管理的队列

以上代码只关注：获取了messageQueue和创建了NativeInputManager对象

NativeInputManager::NativeInputManager(jobject contextObj,jobject serviceObj, const sp<Looper>& looper/*messageQueue的looper*/) :mLooper(looper), mInteractive(true) {JNIEnv* env = jniEnv();// mServiceObj就是InputManagerServicemServiceObj = env->NewGlobalRef(serviceObj);{AutoMutex _l(mLock);mLocked.systemUiLightsOut = false;mLocked.pointerSpeed = 0;mLocked.pointerGesturesEnabled = true;mLocked.showTouches = false;mLocked.pointerDisplayId = ADISPLAY_ID_DEFAULT;}mInteractive = true;// 初始化InputManager，创建InputManager对象InputManager* im = new InputManager(this, this);mInputManager = im;defaultServiceManager()->addService(String16("inputflinger"), im);
}

然后继续创建了InputManager对象，并将im加入服务队列中，继续看看IM对象的构造方法

frameworks/native/services/inputflinger/InputManager.cpp

InputManager::InputManager(const sp<InputReaderPolicyInterface>& readerPolicy,const sp<InputDispatcherPolicyInterface>& dispatcherPolicy) {// 创建InputDispatcher// 创建InputReader// InputReader读取/dev/input节点，然后将数据传递给InputDispatcher// 由InputDispatcher来分发事件到window// readerPolicy和dispatcherPolicy都是NativeInputManager对象，NativeInputManager实现了这两个接口// 就饿可以通过Policy来回调数据给NativeInputManager了mDispatcher = createInputDispatcher(dispatcherPolicy);mClassifier = new InputClassifier(mDispatcher);// 包含了EventHub和InputListenerInterface及readerPolicymReader = createInputReader(readerPolicy, mClassifier);
}// 创建InputReader，并创建了EventHub
sp<InputReaderInterface> createInputReader(const sp<InputReaderPolicyInterface>& policy,const sp<InputListenerInterface>& listener) {return new InputReader(std::make_unique<EventHub>(), policy, listener);
}// 创建InputDispatcher
sp<InputDispatcherInterface> createInputDispatcher(const sp<InputDispatcherPolicyInterface>& policy) {return new android::inputdispatcher::InputDispatcher(policy);
}

1.记住两个重要的接口InputReaderPolicyInterface、InputDispatcherPolicyInterface，他们的具体实现在NativeInputManager中，也就是com_android_server_input_InputManagerService.cpp中。

2.然后创建了InputDispatcher和InputReader，并在InputReader创建过程中同步创建了EventHub

3.InputReader：读取/dev/input节点，然后将数据传递给InputDispatcher

4.InputDispatcher：接收来自InputReader的事件，然后由InputDispatcher来分发事件到window

继续看看EventHub的构造方法，看看有什么作用

frameworks/native/services/inputflinger/reader/EventHub.cpp

EventHub::EventHub(void): mBuiltInKeyboardId(NO_BUILT_IN_KEYBOARD),mNextDeviceId(1),mControllerNumbers(),mNeedToSendFinishedDeviceScan(false),mNeedToReopenDevices(false),mNeedToScanDevices(true),mPendingEventCount(0),mPendingEventIndex(0),mPendingINotify(false) {ensureProcessCanBlockSuspend();mEpollFd = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC);LOG_ALWAYS_FATAL_IF(mEpollFd < 0, "Could not create epoll instance: %s", strerror(errno));// inotify是Linux内核提供的一种文件系统监控机制，它可以监测文件或目录的变化，并通过特定的事件通知机制通知进程mINotifyFd = inotify_init();// 此处DEVICE_PATH为"/dev/input"，监听该设备节点创建与删除操作// 屏幕的所有事件都会经过处理存放进/dev/input，内核态mInputWd = inotify_add_watch(mINotifyFd, DEVICE_PATH, IN_DELETE | IN_CREATE);LOG_ALWAYS_FATAL_IF(mInputWd < 0, "Could not register INotify for %s: %s", DEVICE_PATH,strerror(errno));if (isV4lScanningEnabled()) {mVideoWd = inotify_add_watch(mINotifyFd, VIDEO_DEVICE_PATH, IN_DELETE | IN_CREATE);LOG_ALWAYS_FATAL_IF(mVideoWd < 0, "Could not register INotify for %s: %s",VIDEO_DEVICE_PATH, strerror(errno));} else {mVideoWd = -1;ALOGI("Video device scanning disabled");}struct epoll_event eventItem = {};eventItem.events = EPOLLIN | EPOLLWAKEUP;eventItem.data.fd = mINotifyFd;// 将mINotifyFd添加到fd池中int result = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, mINotifyFd, &eventItem);LOG_ALWAYS_FATAL_IF(result != 0, "Could not add INotify to epoll instance.  errno=%d", errno);int wakeFds[2];// 调用了 pipe() 函数来创建一个无名管道，并将管道的读取端口和写入端口的文件描述符分别存储在 wakeFds[0] 和 wakeFds[1] 中。// 这个管道可以用于进程间通信，其中一个进程将数据写入管道，而另一个进程则可以从管道中读取这些数据。result = pipe(wakeFds);LOG_ALWAYS_FATAL_IF(result != 0, "Could not create wake pipe.  errno=%d", errno);mWakeReadPipeFd = wakeFds[0];mWakeWritePipeFd = wakeFds[1];// 将pipe的读设置为非阻塞方式result = fcntl(mWakeReadPipeFd, F_SETFL, O_NONBLOCK);LOG_ALWAYS_FATAL_IF(result != 0, "Could not make wake read pipe non-blocking.  errno=%d",errno);// 将pipe的写设置为非阻塞方式result = fcntl(mWakeWritePipeFd, F_SETFL, O_NONBLOCK);LOG_ALWAYS_FATAL_IF(result != 0, "Could not make wake write pipe non-blocking.  errno=%d",errno);eventItem.data.fd = mWakeReadPipeFd;// 添加管道的读端到epoll实例result = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, mWakeReadPipeFd, &eventItem);LOG_ALWAYS_FATAL_IF(result != 0, "Could not add wake read pipe to epoll instance.  errno=%d",errno);
}

作用总结：创建文件系统监控机制，它可以监测/dev/input的变化（因为从屏幕触碰的事件都会存入这个驱动节点中），创建管道用于进程间通信（文件描述符存放到wakeFds[0] 和 wakeFds[1]中），其中一个进程将数据写入管道，而另一个进程则可以从管道中读取这些数据， 再将pipe的读/写设置为非阻塞方式。

创建监控驱动节点变化的文件描述符，通过监听驱动节点的内容，将内容放入管道，进行两端通信

frameworks/native/services/inputflinger/reader/InputReader.cpp

InputReader::InputReader(std::shared_ptr<EventHubInterface> eventHub/*eventHub*/,const sp<InputReaderPolicyInterface>& policy/*NativeInputManager*/,const sp<InputListenerInterface>& listener): mContext(this),mEventHub(eventHub),mPolicy(policy)...{// 创建了QueuedInputListener--->创建输入监听对象// 此处mQueuedListener的成员变量mInnerListener便是InputDispatcher对象。mQueuedListener = new QueuedInputListener(listener);...
}QueuedInputListener::QueuedInputListener(const sp<InputListenerInterface>& innerListener) :mInnerListener(innerListener) {
}

创建了QueuedInputListener，里面有个成员变量mInnerListener（InputListenerInterface），指向的回调就是InputDispatcher对象，InputListenerInterface接口很重要，用于将输入事件封装成NotifyKeyArgs对象回调给InputDispatcher

再来看看rameworks/native/services/inputflinger/dispatcher/InputDispatcher.cpp

InputDispatcher::InputDispatcher(const sp<InputDispatcherPolicyInterface>& policy): mPolicy(policy),mPendingEvent(nullptr),mLastDropReason(DropReason::NOT_DROPPED),mIdGenerator(IdGenerator::Source::INPUT_DISPATCHER),mAppSwitchSawKeyDown(false),mAppSwitchDueTime(LONG_LONG_MAX),mNextUnblockedEvent(nullptr),mDispatchEnabled(false),mDispatchFrozen(false),mInputFilterEnabled(false),// mInTouchMode will be initialized by the WindowManager to the default device config.// To avoid leaking stack in case that call never comes, and for tests,// initialize it here anyways.mInTouchMode(true),mMaximumObscuringOpacityForTouch(1.0f),mFocusedDisplayId(ADISPLAY_ID_DEFAULT),mWindowTokenWithPointerCapture(nullptr),mLatencyAggregator(),mLatencyTracker(&mLatencyAggregator),mCompatService(getCompatService()) {// 创建一个loopermLooper = new Looper(false);mReporter = createInputReporter();mKeyRepeatState.lastKeyEntry = nullptr;// 获取分发超时参数policy->getDispatcherConfiguration(&mConfig);
}
  1. 创建属于自己线程的Looper对象；
  2. 配置超时机制，超时参数来自于IMS，参数默认值keyRepeatTimeout= 500，keyRepeatDelay = 50。
  3. keyRepeatTimeout的值为500 * 1000000LL，即500毫秒。这个值表示当用户按住一个键不放时，系统会在这个键按下后的500毫秒之后开始重复这个键的事件
  4. keyRepeatDelay的值为50 * 1000000LL，即50毫秒。这个值表示当用户按住一个键不放时，系统会在这个键按下后的50毫秒之后开始发送第一个重复事件

初始化就算完成了，再来总结一下：首先通过上层的IMS进入native层，创建NativeInputManager—>InputManager，然后创建了EventHub，InputReader，InputDispatcher，EventHub用于创建文件描述符来监听/dev/input驱动节点的内容，再通过管道形式进行数据传递，InputReader创建了事件输入的监听器（QueuedInputListener），InputDispatcher创建了属于自己的looper和配置了超时机制。以上的输入事件均运行在android.display线程，因为looper是由IMS传递下来的在这里插入代码片

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