Android的刷新机制详解

悠悠 2022-05-28 02:19 216阅读 0赞

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以提问形式讲解View是如何在16.7ms内完成画面刷新的知识点和原理，以及相关源码的解析。

# Android的刷新机制详解 #

版本:2018/3/27-1(18:19)

*  Android的刷新机制详解
    
     *  参考资料

1、界面的刷新为什么需要16.6ms？

> 1.  系统每16.6ms会发出一个`VSYNC信号`，发出信号后，才会开始进行测量、布局和绘制。
> 2.  发出`VSYNC信号`时，还会将此时`显示器的buffer缓冲区`的数据取出，并显示在屏幕上。

2、画面的显示需要哪些步骤？

> 1.  CPU计算数据(View树遍历并执行三大流程：测量、布局和绘制)，然后将数据交给GPU“
> 2.  GPU渲染处理，然后将数据放到`Buffer`中。
> 3.  显示屏(display)从`buffer`中取出数据，并进行显示。

3、界面保持不变时，还会16.6ms刷新一次屏幕吗？

> 1.  对于底层显示器，每间隔16.6ms接收到`VSYNC信号`时，就会用`buffer`中数据进行一次显示。所以一定会刷新。

4、界面刷新的本质流程

> 1.  通过`ViewRootImpl`的`scheduleTraversals()`进行界面的三大流程。
> 2.  调用到`scheduleTraversals()`时不会立即执行，而是将该操作保存到`待执行队列`中。并给底层的刷新信号注册监听。
> 3.  当`VSYNC`信号到来时，会从`待执行队列`中取出对应的`scheduleTraversals()`操作，并将其加入到`主线程`的`消息队列中`。
> 4.  `主线程`从`消息队列中`取出并执行`三大流程: onMeasure()-onLayout()-onDraw()`

5、View的界面刷新方法最终都会执行到 ViewRootImpl的scheduleTraversals()

> 1.  invalidate(请求重绘)
> 2.  requestLayout(重新布局)
> 3.  requestFocus(请求焦点)等  
>     界面刷新操作会从View树向上层层找到最顶层的`DecorView`，然后通过`DecorView`的`mParent`也就是`ViewRootImpl`执行`scheduleTraversals()`方法。

6、ViewRootImpl如何和DecorView绑定起来?

> 1.  Activity的启动在`ActivityThread`中完成，`handleLaunchActivity()`会依次间接执行到`onCreate()-onStart()-onResume()`
> 2.  之后会调用`WindowManager`的`addView()`将`View`和`Window`关联起来。
> 3.  `addView()`会创建`ViewRootImpl`并调用其`setView(decorView)`，内部调用`decorView.assignParent(this)`，将`ViewRootImpl`设置为`DecorView的mParent`。

7、ViewRootImpl的scheduleTraversals()源码解析

> 主要分为两部分：  
> 1. 将界面刷新操作打包后加入到待执行队列中，并监听下一次VSYNC信号。  
> 2. 接收到VSYNC信号后，进行界面刷新-测量、布局、绘制 。

/**=======================================================* * 上层app请求界面刷新的主要思路： * 1. 不会立即执行performTraversals()-测量、布局、绘制三大流程 * 2. 将performTraversals()方法封装到Runnable中，保存到“待执行队列中” * 3. 在DisplayEventReceiver中注册监听底层的VSYNC信号 * //ViewRootImpl.java *========================================================*/
        final TraversalRunnable mTraversalRunnable = new TraversalRunnable();
        //ViewRootImpl.java
        void scheduleTraversals() {
            //1. mTraversalScheduled避免一帧数据内重复提交刷新请求(仅仅会在VYSNC信号后调用的doTraversal方法中置为false)
            if (!mTraversalScheduled) {
                mTraversalScheduled = true;
                //2. 发送同步屏障
                mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
                //3. 本质将TraversalRunnable存放到“待执行队列中”，等待接收到VSYNC信号后取出并执行
                mChoreographer.postCallback(Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
                ......
            }
        }
        //Choreographer.java
        public void postCallback(int callbackType, Runnable action, Object token) {
            //层层执行
            postCallbackDelayed(callbackType, action, token, 0);
        }
        public void postCallbackDelayed(int callbackType, Runnable action, Object token, long delayMillis) {
            //层层执行
            postCallbackDelayedInternal(callbackType, action, token, delayMillis);
        }
    
        //Choreographer.java
        private void postCallbackDelayedInternal(int callbackType, Object action, Object token, long delayMillis) {
            synchronized (mLock) {
                //1. 时间戳
                final long now = SystemClock.uptimeMillis();
                final long dueTime = now + delayMillis;
                //2. 放置到“待执行队列”中，以“时间戳”进行排序的队列
                mCallbackQueues[callbackType].addCallbackLocked(dueTime, action, token);
                //3. 层层执行到DisplayEventReceiver.java的native方法
                scheduleFrameLocked(now);
            }
    
        }
    
        //Choreographer.java
        private void scheduleFrameLocked(long now) {
            //1. 最终都会在主线程中执行该方法(会受到“同步屏障”的保护而优先执行)
            scheduleVsyncLocked();
            ...
        }
        //Choreographer.java
        private void scheduleVsyncLocked() {
            //2. 层层执行
            mDisplayEventReceiver.scheduleVsync();
        }
        //DisplayEventReceiver.java
        public void scheduleVsync() {
            //3. 最终会执行到native方法
            nativeScheduleVsync(mReceiverPtr);
        }
    
        /**==========================================================* * 底层VSYNC信号触发上层app进行三大流程的主要思路： * 1. FrameDisplayEventReceiver继承自DisplayEventReceiver * 2. VSYNC信号由“SurfaceFlinger”实现并定时发送，最终回调onVsync()方法 * 3. 通过异步Message切换到UI线程中，然后从“待执行队列”中取出Runnable * 4. 执行TraversalRunnable的run()->doTraversal()->performTraversals() * //Choreographer.java *===========================================================*/
        private final class FrameDisplayEventReceiver extends DisplayEventReceiver implements Runnable { 
            //1. 底层会回调App的onVsync()方法
            public void onVsync(long timestampNanos, int builtInDisplayId, int frame) {
                //2. 通过Handler切换到主线程，去执行run()方法中的doFrame()
                Message msg = Message.obtain(mHandler, this);
                msg.setAsynchronous(true); //异步Message以防止同步屏障的拦截，具有最高优先级
                mHandler.sendMessageAtTime(msg, timestampNanos / TimeUtils.NANOS_PER_MS);
            }
            //3. 需要在UI线程执行
            public void run() {
                doFrame(mTimestampNanos, mFrame);
            }
        }
        //Choreographer.java
        void doFrame(long frameTimeNanos, int frame) {
            doCallbacks(Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, frameTimeNanos);
        }
        //Choreographer.java
        void doCallbacks(int callbackType, long frameTimeNanos) {
            //1. 取出“待执行队列”中的TraversalRunnable(CallbackQueue的extractDueCallbacksLocked方法)
            callbacks = mCallbackQueues[callbackType].extractDueCallbacksLocked(
                    now / TimeUtils.NANOS_PER_MS);
            //2. 执行TraverslaRunnable的run方法
            for (CallbackRecord c = callbacks; c != null; c = c.next) {
                c.run(frameTimeNanos);
            }
        }
        //ViewRootImpl.java
        final class TraversalRunnable implements Runnable {
            @Override
            public void run() {
                doTraversal();
            }
        }
        //ViewRootImpl.java
        void doTraversal() {
            if (mTraversalScheduled) {
                //1. 避免一帧内重复进行刷新
                mTraversalScheduled = false;
                //2. 移除主线程消息队列中的同步屏障
                mHandler.getLooper().getQueue().removeSyncBarrier(mTraversalBarrier);
                //3. 执行三大流程
                performTraversals();
            }
        }
        //ViewRootImpl.java
        private void performTraversals() {
            //1. View树的测量-可以不测量直接走布局和绘制
            if (mFirst || windowShouldResize || insetsChanged || viewVisibilityChanged || ...) {
                performMeasure(childWidthMeasureSpec, childHeightMeasureSpec);
                layoutRequested = true;  //需要进行布局
            }
            //2. View树的布局-可以不布局直接走绘制
            final boolean didLayout = layoutRequested && (!mStopped || mReportNextDraw);
            if (didLayout) {
                performLayout(lp, mWidth, mHeight);
            }
            //3. View树的绘制-可以不进行绘制
            boolean cancelDraw = mAttachInfo.mTreeObserver.dispatchOnPreDraw() || !isViewVisible;
            if (!cancelDraw && !newSurface) {
                performDraw();
            }
        }

8、测量、布局、绘制三大流程是否一定要都执行？

> 不是。  
> 会根据条件执行部分流程。如：申请重新布局时就不会重新测量(requestLayout)  
> 走`测量`流程就一定需要走`布局`流程，但不一定走`绘制`流程，因为可能View处于不可见状态。

9、同步屏障的作用和原理？

> 1.  `同步屏障`用于`阻塞`住所有的`同步消息`(底层VSYNC的回调onVsync方法提交的消息是`异步消息`)
> 2.  用于保证`界面刷新功能的performTraversals()`的优先执行。
> 3.  消息默认为`同步消息`，`异步消息`只能由内部发送
> 4.  `同步屏障`原理是：主线程的`Looper`会一直循环调用`MessageQueue`的`next`方法取出`队列头部的Message`执行，遇到`同步屏障(一种特殊消息)`后会去寻找`异步消息`执行。如果没有找到`异步消息`就会一直阻塞下去，除非将`同步屏障`取出，否则永远不会执行`同步消息`。

## 参考资料 ##

1.  [Android 屏幕刷新机制][Android]
2.  [破译Android性能优化中的16ms问题][Android_16ms]
3.  [android屏幕刷新显示机制][android]
4.  [Android Choreographer 源码分析][Android Choreographer]

[https_blog.csdn.net_feather_wch_article_details_79720907]: https://blog.csdn.net/feather_wch/article/details/79720907
[Android]: https://www.jianshu.com/p/0d00cb85fdf3
[Android_16ms]: https://www.jianshu.com/p/a769a6028e51
[android]: https://blog.csdn.net/litefish/article/details/53939882
[Android Choreographer]: https://www.jianshu.com/p/996bca12eb1d