Multi-Window, Multi-Display

intro

隨著行動裝置的演進，Android 不再只是單一螢幕、單一全螢幕應用的環境。從早期手機的單 Activity 單視窗模式，發展到今天支援 Split-Screen（分割視窗）、Picture-in-Picture（子母畫面）、Freeform 窗口、以及到多顯示器支援，Android 的 UI 架構已經演進成為一個複雜而彈性的系統。

history

• Android 7.0 (Nougat)
  • 引入 Split-Screen Mode（分割螢幕），允許兩個應用同時並排顯示。
• Android 8.0 (Oreo)
  • 加入 Picture-in-Picture (PiP) 模式，特別用於影片播放或導航類應用。
• Android 10
  • 開始支援 多顯示器 (Multi-Display)，應用可以運行在外接螢幕或虛擬顯示器。
• Android 12L / 13
  • 重點改善 可折疊裝置 與 平板多視窗體驗，Task Organizer API 引入，更靈活的窗口管理能力。

系統架構

1. 涉及的核心服務

• ActivityManagerService (AMS)
  • 管理應用的 Activity、任務棧與生命週期，負責決定 Activity 應該放在哪個 Task 與 Display 上。
• WindowManagerService (WMS)
  • 負責 Window 的排版、Z-Order、視窗層級，並處理多視窗與多螢幕環境下的視窗顯示。
• TaskOrganizer / Shell（新架構）
  • 在 Android 12L 後，系統提供可客製化的任務管理方式，例如可折疊裝置的多區塊分割。

2. 基本關係
   

多視窗 (Multi-Window)

1. 基本概念

• Multi-Window 指的是在同一個 Display 上，同時顯示多個應用的 UI。這打破了早期「單一全螢幕 Activity」的限制。
• Android 提供幾種多視窗模式：
  • Split-Screen（分割螢幕，從 Android 7.0 開始）
    • 畫面分為上下或左右兩塊，每塊顯示一個應用。
  • Picture-in-Picture (PiP)（從 Android 8.0 開始）
    • 一個小型浮動視窗，例如 YouTube 的子母畫面。
  • Freeform Window（部分裝置開啟，例如 ChromeOS、部分廠商客製 ROM）
    • 視窗可以自由調整大小與位置，類似桌面 OS。

2. 實作原理

• AMS：維護 Task 與 Window 狀態，決定 Activity 要被放在哪個 WindowingMode。
• WMS：根據 WindowingMode（SPLIT_SCREEN_PRIMARY、PICTURE_IN_PICTURE…）來繪製不同大小的視窗。
• DecorView：每個 Window 的根 View，會根據配置改變大小與佈局。

3. 視窗模式 (Windowing Modes)
   

多螢幕 (Multi-Display)

1. 基本概念
   Multi-Display 指的是應用不再侷限於單一物理螢幕，而是可以運行於：

• 外接顯示器（透過 HDMI / 無線投影）。
• 虛擬顯示器（VirtualDisplay，用於錄影或鏡像）。
• 可折疊裝置的多個顯示區域。

2. AMS 與 DisplayContent
   AMS 中的 Task 可以被分配到不同的 DisplayContent：

• DisplayContent：WMS 中表示一個 Display 的抽象。
• RootWindowContainer：管理所有 DisplayContent。

3. Activity 啟動與 Display 關聯

• 啟動 Activity 時，AMS 可以指定 ActivityOptions.setLaunchDisplayId()，將 Activity 放到特定顯示器。
• 若未指定，則依照當前使用者操作焦點，預設放到主螢幕。

4. VirtualDisplay

• 開發者可透過 DisplayManager.createVirtualDisplay() 建立虛擬螢幕。
• 常見應用場景：
  • 螢幕錄影
  • 遠端桌面鏡像
  • 第二螢幕遊戲畫面

設計時注意事項

1. 適配多視窗

• 使用 onConfigurationChanged() 偵測螢幕大小改變。
• 避免假設應用永遠全螢幕（例如硬編碼 layout）。
• 設定 android:resizeableActivity="true"，允許 Activity 進入多視窗模式。

2. 適配 Picture-in-Picture

• 在 manifest 中宣告：

<activity
    android:name=".VideoActivity"
    android:supportsPictureInPicture="true"
    android:resizeableActivity="true" />

程式進入 PiP：

enterPictureInPictureMode(
    PictureInPictureParams.Builder().build()
)

3. 多螢幕支援

• 判斷目前 Activity 所在 Display：

val displayId = context.display?.displayId

• 啟動 Activity 在特定 Display：

val options = ActivityOptions.makeBasic()
options.launchDisplayId = display.displayId
startActivity(intent, options.toBundle())

best practice ans challenges

1. 挑戰

• 生命週期更複雜：同一應用可能在多個視窗/螢幕同時存在。
• 輸入事件分發：輸入事件必須正確送到對應的 Display。
• 資源適配：螢幕大小、比例、方向不同，必須準備不同資源。

2. 最佳實踐

• 使用 ConstraintLayout、Compose 等彈性佈局。
• 避免假設應用只有一個 Activity。
• 測試應用在 Split-Screen、PiP、外接螢幕的情境下。

圖表示意

1. 多視窗模式
   

2. 多螢幕架構
   

questions

• Android 何時引入 Multi-Window？有哪些模式？
  • Android 7.0：Split-Screen。
  • Android 8.0：Picture-in-Picture。
  • 部分裝置：Freeform Window。
• AMS 如何管理多螢幕上的 Task？
  • Task 屬於某個 DisplayContent，每個 Display 有獨立的任務棧。
• 如何讓 Activity 啟動在指定螢幕？
  • 使用 ActivityOptions.setLaunchDisplayId()。
• PiP 與 Split-Screen 的差異？
  • PiP 是浮動視窗，通常一個應用；Split-Screen 是螢幕分割，允許兩應用並存。
• 多螢幕輸入事件如何處理？
  • InputDispatcher 根據事件來源的 DisplayId，將事件分派到對應的 Window。

summary

• Multi-Window 與 Multi-Display 是 Android 在 UI 管理上的重大演進。
• AMS/WMS 是關鍵，分別管理 Task 與 Window，並協同確保多螢幕、多視窗的正確運作。
• 開發者需要適配：
  • 分割螢幕
  • 子母畫面
  • 外接顯示器
    最佳實踐是避免假設單一全螢幕環境，以確保應用能適應未來的可折疊與多螢幕裝置。