Android4.0 Keyguard解锁屏机制

      Keyguard解锁屏是Android系统中必不可少的模块，用户在开机后或者在点击Power按钮屏幕变亮后首先看到的画面即为解锁屏模块对应的界面。Keyguard模块功能相对简单：
      第一：直观地显示手机当前的关键信息：比如电池信息、运营商信息、日期信息以及通话短信信息等。
      第二：增强手机的安全性能：为了安全，用户可以在Setting里的Secure选项中设置password、pattern、account等不同的安全策略，防止非法用户访问手机系统。
      但从代码实现的角度该模块逻辑还是比较复杂，不但需要监听系统中的多种event，比如sim、电话、电池以及Carrier等状态，还要正确反映、显示屏幕的不同状态。为了对Keyguard模块的处理逻辑有更清晰的理解，下面首先从系统构成的角度概括介绍Keyguard解锁屏模块的框架，然后对解锁屏模块中重要的处理逻辑进行详细介绍。
一、系统介绍

      Keyguard解锁屏模块的框架类图如下：

      图中仅列出了Keyguard解锁屏模块涉及的重要类，这些类实现了Keyguard模块的主要功能，它们的作用如下：
      PhoneWindowManager是解锁屏模块对外交互的接口，窗口管理Service、电源管理Service等外部模块都是通过PhoneWindowManager访问Keyguard内部功能。
      KeyguardViewMediator类为解锁屏模块的中介者，以中介的身份处理keyguard状态变化，处理event、power管理、PhoneWindowManager通知等请求，并作为回调对象供解锁屏模块的其它类回调。
      KeyguardUpdateMonitor类为解锁屏模块的监听者，它负责监听时间、sim卡、运营商信息、电池信息、电话信息等状态的变化，并通知keyguard View模块更新显示。
      KeyguardViewManager类为解锁屏view模块的管理者，管理解锁屏界面的创建、显示、隐藏以及重置等。
      LockPatternKeyguardView类为解锁屏模块的View界面，为所有解锁屏界面的host view。根据设置的安全策略，显示不同的解锁屏界面。Google原生代码中实现了6种解锁屏界面：
     1) LockScreen：用于显示屏幕加锁状态
     2) PatternUnlockScreen：实现图案解锁模式
     3) SimPukUnlockScreen：屏幕实现SIM PUK码解锁模式
     4) SimUnlockScreen：实现Sim PIN码解锁模式
     5) AccountUnlockScreen：实现 GOOGLE 帐户解锁
     6) PasswordUnlockScreen：实现自定义密码解锁模式
二、主要逻辑
1、Keyguard模块启动、显示逻辑
     即手机开机进入系统到锁屏界面显示的过程。手机系统启动过程中会自动启动Keyguard解锁屏模块，该模块的创建始于WindowManagerService类，时序图如下：

     1）WindowManagerService在启动时会实例化PhoneWindowManager对象mPolicy，并在窗口管理Policy线程PolicyThread中初始化，代码如下：

[java] view plaincopyprint?

1. public void run() {  
2.     Looper.prepare();  
3.     WindowManagerPolicyThread.set(this, Looper.myLooper());  
4.     ......  
5.     mPolicy.init(mContext, mService, mService, mPM);  
6.     ......  
7.     Looper.loop();  
8. }  

     从代码中可以看到PhoneWindowManager在独立的线程和Looper消息队列中处理Message事件，该Looper对象也为解锁屏模块使用以处理所有handler消息。
    2）mPolicy函数init中创建解锁屏模块的中介者——KeyguardViewMediator对象。
    3）在KeyguardViewMediator的构造函数中创建LockPatternKeyguardViewProperties、KeyguardUpdateMonitor、KeyguardViewManager等重要对象：

[java] view plaincopyprint?

1. public KeyguardViewMediator(Context context, PhoneWindowManager callback,  
2.             LocalPowerManager powerManager) {  
3.         ……  
4.         mUpdateMonitor = new KeyguardUpdateMonitor(context);  
5.         mUpdateMonitor.registerInfoCallback(this);  
6.         mUpdateMonitor.registerSimStateCallback(this);  
7.         mLockPatternUtils = new LockPatternUtils(mContext);  
8.         mKeyguardViewProperties  
9. = new LockPatternKeyguardViewProperties(mLockPatternUtils, mUpdateMonitor);  
10.         mKeyguardViewManager = new KeyguardViewManager(  
11.                 context, WindowManagerImpl.getDefault(), this,  
12.                 mKeyguardViewProperties, mUpdateMonitor);  
13.        ……  
14.  }  

     KeyguardViewMediator中记录了PhoneWindowManager、PowerManager等对象，同时也保存了LockPatternKeyguardViewProperties、KeyguardUpdateMonitor、KeyguardViewManager等模块内的重要对象，这样该类以中介者身份在Keyguard模块对外交互以及内部各对象间的交互中发挥了重要作用。
     4）KeyguardUpdateMonitor构造函数中创建mHandler，用以响应处理该类监听的各事件状态的改变，并在handle处理函数中通知mInfoCallbacks和mSimStateCallbacks保存的监听对象，监听事件有ACTION_TIME_TICK、ACTION_TIME_CHANGED、ACTION_BATTERY_CHANGED、ACTION_TIMEZONE_CHANGED、ACTION_SIM_STATE_CHANGED、        ACTION_PHONE_STATE_CHANGED、RINGER_MODE_CHANGED_ACTION
    至此Keyguard解锁屏模块中重要的类对象已经实例化，但是还未涉及解锁屏View界面的创建和显示。
    5）系统启动后解锁屏界面的首次显示始于WindowManagerService的systemReady函数，通知PhoneWindowManager系统就绪，代码如下：

[java] view plaincopyprint?

1. public void systemReady() {  
2.     mPolicy.systemReady();  
3. }  

    6）PhoneWindowManager的systemReady函数中通知解锁屏模块的中介者KeyguardViewMediator对象系统就绪
    7）中介者KeyguardViewMediator类中处理系统就绪情形：调用doKeyguardLocked函数显示解锁屏界面：

[java] view plaincopyprint?

1. public void onSystemReady() {  
2.     synchronized (this) {  
3.          mSystemReady = true;  
4.          doKeyguardLocked();  
5.     }  
6. }  
7. private void doKeyguardLocked() {  
8.         ......  
9.         // if the keyguard is already showing, don't bother  
10.         if (mKeyguardViewManager.isShowing()) {  
11.             if (DEBUG) Log.d(TAG, "doKeyguard: not showing because it is already showing");  
12.             return;  
13.         }  
14.   
15.         .....  
16.         if (DEBUG) Log.d(TAG, "doKeyguard: showing the lock screen");  
17.         showLocked();  
18. }  

    showLocked函数中发送SHOW消息异步处理解锁屏界面显示的请求。
    8）handleShow中处理界面显示的消息请求，函数中调用KeyguardViewManager的函数show实现解锁屏界面的真正显示：

[java] view plaincopyprint?

1. public synchronized void show() {  
2.         ......  
3.         if (mKeyguardHost == null) {  
4.             if (DEBUG) Log.d(TAG, "keyguard host is null, creating it...");  
5.   
6.             mKeyguardHost = new KeyguardViewHost(mContext, mCallback);  
7.             ......  
8.             mViewManager.addView(mKeyguardHost, lp);  
9.         }  
10.         ......  
11.         mViewManager.updateViewLayout(mKeyguardHost, mWindowLayoutParams);  
12.   
13.         if (mKeyguardView == null) {  
14.             mKeyguardView = mKeyguardViewProperties.createKeyguardView(mContext, mUpdateMonitor, this);  
15.             ......  
16.             mKeyguardHost.addView(mKeyguardView, lp);  
17.             ......  
18.         }  
19.         ......  
20. }  

    该函数中主要创建了Keyguard显示View中的两个重要的对象：mKeyguardHost和mKeyguardView，它们都是继承于FrameLayout，为解锁屏视图的根view。
     9）在创建对象mKeyguardView时根据解锁屏mode创建解锁屏界面：

[java] view plaincopyprint?

1. protected void updateScreen(Mode mode, boolean force) {  
2.          ......  
3.         // Re-create the lock screen if necessary  
4.         if (mode == Mode.LockScreen || mShowLockBeforeUnlock) {  
5.             if (force || mLockScreen == null) {  
6.                 recreateLockScreen();  
7.             }  
8.         }  
9.   
10.         // Re-create the unlock screen if necessary. This is primarily required to properly handle  
11.         // SIM state changes. This typically happens when this method is called by reset()  
12.         if (mode == Mode.UnlockScreen) {  
13.             final UnlockMode unlockMode = getUnlockMode();  
14.             if (force || mUnlockScreen == null || unlockMode != mUnlockScreenMode) {  
15.                 recreateUnlockScreen(unlockMode);  
16.             }  
17.         }  
18.         ......  
19.     }  

    10）在函数createLockScreen或者createUnlockScreenFor中创建具体的Lock或者Unlock View界面，并调用show函数进行显示
    至此，Keyguard解锁屏模块从系统开机启动到界面显示的处理逻辑已介绍完成。

2、两次按下Power按钮屏幕亮->暗->亮过程中锁屏模块处理逻辑
     连续两次按下Power按钮屏幕亮->暗->亮过程中解锁屏模块处理逻辑的时序图如下：

    1）在函数PowerManagerService:setPowerState中响应Power按钮的按下，代码如下：

[java] view plaincopyprint?

1. private void setPowerState(int newState, boolean noChangeLights, int reason)  
2.     {  
3.         synchronized (mLocks) {  
4.             ……  
5.             if (oldScreenOn != newScreenOn) {  
6.                 if (newScreenOn) {  
7.                     // When the user presses the power button, we need to always send out the  
8.                     // notification that it's going to sleep so the keyguard goes on.  But  
9.                     // we can't do that until the screen fades out, so we don't show the keyguard  
10.                     // too early.  
11.                     if (mStillNeedSleepNotification) {  
12.                         sendNotificationLocked(false, WindowManagerPolicy.OFF_BECAUSE_OF_USER);  
13.                     }  
14.                     ……  
15.                     if (err == 0) {  
16.                         sendNotificationLocked(true, -1);  
17.                         // Update the lights *after* taking care of turning the  
18.                         // screen on, so we do this after our notifications are  
19.                         // enqueued and thus will delay turning on the screen light  
20.                         // until the windows are correctly displayed.  
21.                         if (stateChanged) {  
22.                             updateLightsLocked(newState, 0);  
23.                         }  
24.                         mPowerState |= SCREEN_ON_BIT;  
25.                     }  
26.   
27.                 } else {  
28.                     ……  
29.                     if (!mScreenBrightness.animating) {  
30.                         err = screenOffFinishedAnimatingLocked(reason);  
31.                     }  
32.                     ……  
33.                 }  
34.             }  
35.             ……  
36.         }  
37. }      

    根据上面的代码逻辑，屏幕即将变暗时调用函数screenOffFinishedAnimatingLocked，屏幕即将变亮时调用函数sendNotificationLocked。
     2）函数sendNotificationLocked发送Notification Task线程到handler，并异步执行通知解锁屏模块进行状态更新：

[java] view plaincopyprint?

1. private Runnable mNotificationTask = new Runnable()  
2.    {  
3.        public void run()  
4.        {  
5.            while (true) {  
6.                ......  
7.                if (value == 1) {  
8.                    policy.screenTurningOn(mScreenOnListener);  
9.                    ......  
10.                }  
11.                else if (value == 0) {  
12.                    policy.screenTurnedOff(why);  
13.                   ......  
14.                }  
15.                else {  
16.                    // If we're in this case, then this handler is running for a previous  
17.                    // paired transaction.  mBroadcastWakeLock will already have been released.  
18.                    break;  
19.                }  
20.            }  
21.        }  
22.    };  

     上面的线程函数run中分别处理了屏幕变暗和变亮的情形。按下Power按钮屏幕变暗时调用了函数screenTurnedOff，why为变暗的原因，此处值为OFF_BECAUSE_OF_USER。
     3）KeyguardViewMediator中根据屏幕变暗的原因分别处理屏幕变暗事件：

[java] view plaincopyprint?

1.  /** 
2.      * Called to let us know the screen was turned off. 
3.      * @param why either {@link WindowManagerPolicy#OFF_BECAUSE_OF_USER}, 
4.      *   {@link WindowManagerPolicy#OFF_BECAUSE_OF_TIMEOUT} or 
5.      *   {@link WindowManagerPolicy#OFF_BECAUSE_OF_PROX_SENSOR}. 
6.      */  
7. public void onScreenTurnedOff(int why) {  
8.    synchronized (this) {  
9.    ……  
10.    else if (mShowing) { //若是(mShowing)则重置显示界面，否则重新显示锁屏界面  
11.                 notifyScreenOffLocked();  
12.                 resetStateLocked();  
13.             } else if (why == WindowManagerPolicy.OFF_BECAUSE_OF_TIMEOUT) {  
14.                 // if the screen turned off because of timeout, set an alarm  
15.                 // to enable it a little bit later (i.e, give the user a chance  
16.                 // to turn the screen back on within a certain window without  
17.                 // having to unlock the screen)  
18.                 ……  
19.   
20.                 if (timeout <= 0) {  
21.                     // Lock now  
22.                     mSuppressNextLockSound = true;  
23.                     doKeyguardLocked();  
24.                 } else {  
25.                     // Lock in the future  
26.                     long when = SystemClock.elapsedRealtime() + timeout;  
27.                     Intent intent = new Intent(DELAYED_KEYGUARD_ACTION);  
28.                     intent.putExtra("seq", mDelayedShowingSequence);  
29.                     PendingIntent sender = PendingIntent.getBroadcast(mContext,  
30.                             0, intent, PendingIntent.FLAG_CANCEL_CURRENT);  
31.                     mAlarmManager.set(AlarmManager.ELAPSED_REALTIME_WAKEUP, when,  
32.                             sender);  
33.                 }  
34.             } else if (why == WindowManagerPolicy.OFF_BECAUSE_OF_PROX_SENSOR) {  
35.                 // Do not enable the keyguard if the prox sensor forced the screen off.  
36.             } else { //显示锁屏屏幕  
37.                 doKeyguardLocked();  
38.             }  
39.         }  
40. }  

     4）调用doKeyguardLocked重新显示锁屏界面，随后的锁屏界面显示逻辑与Keyguard模块启动显示中的8~10步相同，不再赘述。
     5）按下Power按钮屏幕即将由暗->亮时代码处理逻辑重新执行1~2步，第二步中屏幕变亮时调用的函数是PhoneWindowManager:screenTurningOn。
     6）函数screenTurningOn中调用中介者KeyguardViewMediator的函数onScreenTurnedOn，该函数直接调用屏幕变亮异步通知函数KeyguardViewMediator:notifyScreenOnLocked，告知解锁屏模块屏幕即将变亮。
     7）函数handleNotifyScreenOn响应屏幕变亮的通知
     8）程序执行到LockPatternKeyguardView:onScreenTurnedOn函数，并调用show函数进行解锁屏界面的显示，代码如下：

[java] view plaincopyprint?

1. public void show() {  
2.         if (mMode == Mode.LockScreen) {  
3.             ((KeyguardScreen) mLockScreen).onResume();  
4.         } else {  
5.             ((KeyguardScreen) mUnlockScreen).onResume();  
6.         }  
7.         ......  
8.  }  

     至此，逻辑处理完成。
3、自定义口令解锁逻辑
    自定义口令解锁始于PasswordUnlockScreen，时序图如下：

   1）解锁屏界面输入密码点击确定按钮后，在函数onEditorAction中进行响应：

[java] view plaincopyprint?

1. public boolean onEditorAction(TextView v, int actionId, KeyEvent event) {  
2.         // Check if this was the result of hitting the enter key  
3.         if (actionId == EditorInfo.IME_NULL || actionId == EditorInfo.IME_ACTION_DONE  
4.                 || actionId == EditorInfo.IME_ACTION_NEXT) {  
5.             verifyPasswordAndUnlock();  
6.             return true;  
7.         }  
8.         return false;  
9. }  

   2）在函数verifyPasswordAndUnlock中对输入的密码进行判断，如果输入正确，测调用keyguardDone响应解锁完成的操作。mCallback.keyguardDone(true)调用是所有解锁屏mode情形在解锁成功后必须调用的函数，随后的处理逻辑对于不同的解锁屏界面也是相同的。
   3）回调KeyguardScreenCallback和KeyguardViewMediator的函数keyguardDone，在后者的keyguardDone函数中，异步发送keyDone事件：

[java] view plaincopyprint?

1. public void keyguardDone(boolean authenticated, boolean wakeup) {  
2.     synchronized (this) {  
3.         ……  
4.         Message msg = mHandler.obtainMessage(KEYGUARD_DONE);  
5.         msg.arg1 = wakeup ? 1 : 0;  
6.         mHandler.sendMessage(msg);  
7.         ……  
8.     }  
9. }  

   4）函数KeyguardViewMediator:handleKeyguardDone异步处理keyguardDone事件,调用handleHide隐藏锁屏界面。
   5）KeyguardViewManager.hide函数中调用锁屏界面的销毁函LockPatternKeyguardView:cleanUp数隐藏销毁界面，如下：

[java] view plaincopyprint?

1. public void cleanUp() {  
2.     if (mLockScreen != null) {  
3.         ((KeyguardScreen) mLockScreen).onPause();  
4.         ((KeyguardScreen) mLockScreen).cleanUp();  
5.         this.removeView(mLockScreen);  
6.         mLockScreen = null;  
7.     }  
8.     if (mUnlockScreen != null) {  
9.         ((KeyguardScreen) mUnlockScreen).onPause();  
10.         ((KeyguardScreen) mUnlockScreen).cleanUp();  
11.         this.removeView(mUnlockScreen);  
12.         mUnlockScreen = null;  
13.     }  
14.     ......  
15. }  

    至此，解锁完成。