Android的刷新机制详解

版本:2018/3/27-1(18:19)

Android的刷新机制详解
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1、界面的刷新为什么需要16.6ms？

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。

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？

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“

GPU渲染处理，然后将数据放到Buffer中。

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？

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

通过ViewRootImpl的scheduleTraversals()进行界面的三大流程。

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。

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。

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()

invalidate(请求重绘)

requestLayout(重新布局)

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?

Activity的启动在ActivityThread中完成，handleLaunchActivity()会依次间接执行到onCreate()-onStart()-onResume()

之后会调用WindowManager的addView()将View和Window关联起来。

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？

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)

用于保证界面刷新功能的performTraversals()的优先执行。

消息默认为同步消息，异步消息只能由内部发送

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

Android 屏幕刷新机制
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Android Choreographer 源码分析

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