Android Input 子系统： Input 进程的创建，监听线程的启动

专栏地址： https://zhuanlan.zhihu.com/p/29152319

从我个人的理解来看，Android 的 Input 系统其实是系统级的事件处理、分发框架，它需要的功能模块大致有：事件读取、事件分类、事件分发。那么我们就从整个 Input 系统的输入源入手，了解事件是如何被输入到 Input 系统中的。

在看代码前我们先想一想，如果要我们设计一个事件分发框架的输入读取模块，要考虑到哪些子模块：

1. 事件生成模块（当用户对设备进行操作产生 InputEvent，硬件产生中断将事件交给驱动，驱动交给内核，内核交给 framework ）
2. 事件监听模块（这里就很像设计一个服务器，为了及时响应来自客户端的请求，则需要启动一个线程监听）
3. 事件读取模块
4. 事件分发模块

那么现在我们最起码可以知道整个学习的起点了，就是 Input 系统中，负责监听的线程是谁，监听的过程中它们做了什么。在开始之前，给大家分享一张我根据本文内容画的图：

InputManagerService 初始化概览

首先，有几点共识我们都可以达成：

1. Android Framework 层的 Service （ Java ）都是由 system_server 进程创建的（由于没有 fork，因此都运行在 system_server 进程中）
2. Service 创建后就会交给运行在 system_server 进程中的 ServiceManager 管理。

因此对于 InputManagerService 的创建，我们可以在 SystemServer 的 startOtherServices()方法中找到，该方法做了以下事情：

1. 创建 InputManagerService 对象
2. 将它交给 ServiceManager 管理
3. 将 WindowManagerService 的 InputMonitor 注册到 InputManagerService 中作为窗口响应事件后的回调
4. 完成以上工作后启动 InputManagerService。

SystemServer.java startOtherServices(){ …… inputManager = new InputManagerService(context); …… inputManager.setWindowManagerCallbacks(wm.getInputMonitor()); inputManager.start(); …… } 

接下来我们就逐部分学习相应的处理。

InputManagerService 对象的创建

创建 InputManagerService 对象时会完成以下工作：

1. 创建一个负责处理 DisplayThread 线程中的 Message 的 Handler
2. 调用 nativeInit 初始化 native 层的 InputManagerService，初始化的时候传入了 DisplayThread 的消息队列
3. 用 mPtr 保存 native 层的 InputManagerService
4. 初始化完成后将 Service 添加到 LocalServices，通过 Map 以键值对的形式存储

InputManagerService.java public InputManagerService(Context context) { this.mCOntext= context; this.mHandler = new InputManagerHandler(DisplayThread.get().getLooper()); mUseDevInputEventForAudioJack = context.getResources().getBoolean(R.bool.config_useDevInputEventForAudioJack); Slog.i(TAG, "Initializing input manager, mUseDevInputEventForAudioJack=" + mUseDevInputEventForAudioJack); mPtr = nativeInit(this, mContext, mHandler.getLooper().getQueue()); LocalServices.addService(InputManagerInternal.class, new LocalService()); } 

这里可能有人就会问了，为什么 InputManagerService 要和 DisplayThread 绑定在一起？大家不妨想想，InputEvent 无论如何被获取、归类、分发，最终还是要被处理，也就意味着最终它的处理结果都要在 UI 上体现，那么 InputManagerService 自然要选择和 UI 亲近一些的线程在一起了。

但是问题又来了，应用都是运行在自己的主线程里的，难道 InputManagerService 要一个个绑定么，还是一个个轮询？这些做法都太过低效，那换个办法，可不可以和某个管理或非常亲近所有应用 UI 的线程绑定在一起呢？

答案是什么，我在这里先不说，大家可以利用自己的知识想想。

初始化 native 层的 InputManagerService

在 nativeInit 函数中，将 Java 层的 MessageQueue 转换为 native 层的 MessageQueue，然后再取出 Looper 用于 NativeInputManager 的初始化。可见这里的重头戏就是 NativeInputManager 的创建，这个过程做了以下事情：

1. 将 Java 层的 Context 和 InputManagerService 转换为 native 层的 Context 和 InputManagerService 存储在 mContextObj 和 mServiceObj 中
2. 初始化变量
3. 创建 EventHub
4. 创建 InputManager

com_android_server_input_InputManagerService.cpp NativeInputManager::NativeInputManager(jobject contextObj, jobject serviceObj, const sp<Looper>& looper) : mLooper(looper), mInteractive(true) { JNIEnv* env = jniEnv(); mCOntextObj= env->NewGlobalRef(contextObj); mServiceObj = env->NewGlobalRef(serviceObj); { AutoMutex _l(mLock); mLocked.systemUiVisibility = ASYSTEM_UI_VISIBILITY_STATUS_BAR_VISIBLE; mLocked.pointerSpeed = 0; mLocked.pointerGesturesEnabled = true; mLocked.showTouches = false; } mInteractive = true; sp<EventHub> eventHub = new EventHub(); mInputManager = new InputManager(eventHub, this, this); } 

EventHub

看到这里很多人就会想，EventHub 是什么？取英语释义来看，它的意思是事件枢纽。我们在文章开头的时候也提到过，Input 系统的事件来源于驱动 /内核，那么我们可以猜测 EventHub 是处理来自驱动 /内核的元事件的枢纽。接下来就在源码中验证我们的想法吧。

EventHub 的创建过程中做了以下事情：

1. 创建 mEpollFd 用于监听是否有数据（有无事件）可读
2. 创建 mINotifyFd 将它注册到 DEVICE_PATH （这里路径就是 /dev/input ）节点，并将它交给内核用于监听该设备节点的增删数据事件。那么只要有数据增删的事件到来，epoll_wait()就会返回，使得 EventHub 能收到来自系统的通知，并获取事件的详细信息
3. 调用 epoll_ctl 函数将 mEpollFd 和 mINotifyFd 注册到 epoll 中
4. 定义 int wakeFd[2]作为事件传输管道的读写两端，并将读端注册到 epoll 中让 mEpollFd 监听

EventHub.cpp EventHub::EventHub(void) : mBuiltInKeyboardId(NO_BUILT_IN_KEYBOARD), mNextDeviceId(1), mControllerNumbers(), mOpeningDevices(0), mClosingDevices(0), mNeedToSendFinishedDeviceScan(false), mNeedToReopenDevices(false), mNeedToScanDevices(true), mPendingEventCount(0), mPendingEventIndex(0), mPendingINotify(false) { acquire_wake_lock(PARTIAL_WAKE_LOCK, WAKE_LOCK_ID); mEpollFd = epoll_create(EPOLL_SIZE_HINT); LOG_ALWAYS_FATAL_IF(mEpollFd < 0, "Could not create epoll instance. errno=%d", errno); mINotifyFd = inotify_init(); int result = inotify_add_watch(mINotifyFd, DEVICE_PATH, IN_DELETE | IN_CREATE); …… result = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, mINotifyFd, &eventItem); …… int wakeFds[2]; result = pipe(wakeFds); …… mWakeReadPipeFd = wakeFds[0]; mWakeWritePipeFd = wakeFds[1]; result = fcntl(mWakeReadPipeFd, F_SETFL, O_NONBLOCK); …… result = fcntl(mWakeWritePipeFd, F_SETFL, O_NONBLOCK); …… result = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, mWakeReadPipeFd, &eventItem); …… } 

那么这里抛出一个问题：为什么要把管道的读端注册到 epoll 中？假如 EventHub 因为 getEvents 读不到事件而阻塞在 epoll_wait()里，而我们没有绑定读端的话，我们要怎么唤醒 EventHub ？如果绑定了管道的读端，我们就可以通过向管道的写端写数据从而让 EventHub 因为得到管道写端的数据而被唤醒。

InputManager 的创建

接下来继续说 InputManager 的创建，它的创建就简单多了，创建一个 InputDispatcher 对象用于分发事件，一个 InputReader 对象用于读事件并把事件交给 InputDispatcher 分发，，然后调用 initialize()初始化，其实也就是创建了 InputReaderThread 和 InputDispatcherThread。

InputManager.cpp InputManager::InputManager( const sp<EventHubInterface>& eventHub, const sp<InputReaderPolicyInterface>& readerPolicy, const sp<InputDispatcherPolicyInterface>& dispatcherPolicy) { mDispatcher = new InputDispatcher(dispatcherPolicy); mReader = new InputReader(eventHub, readerPolicy, mDispatcher); initialize(); } void InputManager::initialize() { mReaderThread = new InputReaderThread(mReader); mDispatcherThread = new InputDispatcherThread(mDispatcher); } 

InputDispatcher 和 InputReader 的创建都相对简单。InputDispatcher 会创建自己线程的 Looper，以及设置根据传入的 dispatchPolicy 设置分发规则。InputReader 则会将传入的 InputDispatcher 封装为监听对象存起来，做一些数据初始化就结束了。

至此，InputManagerService 对象的初始化就完成了，根据开头说的，接下来就会调用 InputManagerService 的 start()方法。

监听线程 InputReader 和 InputDispatcher 的启动

在 start()方法中，做了以下事情：

1. 调用 nativeStart 方法，其实就是调用 InputManager 的 start()方法
2. 将 InputManagerService 交给 WatchDog 监控
3. 注册触控点速度、显示触控的观察者，并注册广播监控它们
4. 主动调用 updateXXX 方法更新（初始化）

InputManagerService.java public void start() { Slog.i(TAG, "Starting input manager"); nativeStart(mPtr); // Add ourself to the Watchdog monitors. Watchdog.getInstance().addMonitor(this); registerPointerSpeedSettingObserver(); registerShowTouchesSettingObserver(); registerAccessibilityLargePointerSettingObserver(); mContext.registerReceiver(new BroadcastReceiver() { @Override public void onReceive(Context context, Intent intent) { updatePointerSpeedFromSettings(); updateShowTouchesFromSettings(); updateAccessibilityLargePointerFromSettings(); } }, new IntentFilter(Intent.ACTION_USER_SWITCHED), null, mHandler); updatePointerSpeedFromSettings(); updateShowTouchesFromSettings(); updateAccessibilityLargePointerFromSettings(); } 

显而易见这里最值得关注的就是 InputManager 的 start()方法了，可惜这个方法并不值得我们如此关心，因为它做的事情很简单，就是启动 InputDispatcherThread 和 InputReaderThread 开始监听。

status_t InputManager::start() { status_t result = mDispatcherThread->run("InputDispatcher", PRIORITY_URGENT_DISPLAY); if (result) { ALOGE("Could not start InputDispatcher thread due to error %d.", result); return result; } result = mReaderThread->run("InputReader", PRIORITY_URGENT_DISPLAY); if (result) { ALOGE("Could not start InputReader thread due to error %d.", result); mDispatcherThread->requestExit(); return result; } return OK; } 

那么 InputReaderThread 线程是怎么和 EventHub 关联起来的呢？

对于 InputReadThread：

1. 启动后循环执行 mReader->loopOnce()
2. loopOnce()中会调用 mEventHub->getEvents 读取事件
3. 读到了事件就会调用 processEventsLocked 处理事件
4. 处理完成后调用 getInputDevicesLocked 获取输入设备信息
5. 调用 mPolicy->notifyInputDevicesChanged 函数利用 InputManagerService 的代理通过 Handler 发送 MSG_DELIVER_INPUT_DEVICES_CHANGED 消息，通知输入设备发生了变化
6. 最后调用 mQueuedListener->flush()，将事件队列中的所有事件交给在 InputReader 中注册过的 InputDispatcher

bool InputReaderThread::threadLoop() { mReader->loopOnce(); return true; } void InputReader::loopOnce() { …… size_t count = mEventHub->getEvents(timeoutMillis, mEventBuffer, EVENT_BUFFER_SIZE); { // acquire lock AutoMutex _l(mLock); mReaderIsAliveCondition.broadcast(); if (count) { processEventsLocked(mEventBuffer, count); } …… if (oldGeneration != mGeneration) { inputDevicesChanged = true; getInputDevicesLocked(inputDevices); } } // release lock // Send out a message that the describes the changed input devices. if (inputDevicesChanged) { mPolicy->notifyInputDevicesChanged(inputDevices); } …… mQueuedListener->flush(); } 

至此，Input 进程的创建，监听线程的启动相关学习就结束了。