Choreographer与UI刷新
2024-01-06 本文已影响0人
feifei_fly
一、View 刷新流程
以Textview为例 ，当我们通过setText改变TextView内容后，UI界面不会立刻改变，APP端会先向VSYNC服务请求，等到下一次VSYNC信号触发后，APP端的UI才真的开始刷新
image
- setText最终调用invalidate申请重绘，最后会通过ViewParent递归到ViewRootImpl的invalidate
- ViewRootImpl 调用scheduleTraversal, 插入一个同步屏障消息,然后通过Choreographer申请Vsync信号
- Choreographer 收到同步信号后,将FrameDisplayEventReceiver封装成一个异步消息,发送给主线程
- 该异步消息执行时,移除同步屏障 ,最终调用ViewRootImpl.doTravesal 执行view的测量、布局和绘制
二、源码分析:
ViewRootImpl.java
void invalidate() {
mDirty.set(0, 0, mWidth, mHeight);
if (!mWillDrawSoon) {
scheduleTraversals();
}
}
ViewRootImpl会调用scheduleTraversals准备重绘，但是，重绘一般不会立即执行。而是往Choreographer的Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL队列中添加了一个mTraversalRunnable，同时申请VSYNC，这个mTraversalRunnable要一直等到申请的VSYNC到来后才会被执行。
void scheduleTraversals() {
if (!mTraversalScheduled) { // (1) mTraversalScheduled 变量 保证一次Vsync信号周期内,仅会执行一次mTraversalRunnable，一次doTravalsal
mTraversalScheduled = true;
// (2) 添加同步屏障
mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
// (3) 注册Vsync信号 和m TraversalRunnable 回调
mChoreographer.postCallback(
Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
}
}
Choreographer.java
public void postCallback(int callbackType, Runnable action, Object token) {
postCallbackDelayed(callbackType, action, token, 0);
}
public void postCallbackDelayed(int callbackType,
Runnable action, Object token, long delayMillis) {
postCallbackDelayedInternal(callbackType, action, token, delayMillis);
}
// mFrameScheduled保证16ms内，只会申请一次垂直同步信号
// scheduleFrameLocked可以被调用多次，但是mFrameScheduled保证下一个vsync到来之前，不会有新的请求发出
private void scheduleFrameLocked(long now) {
if (!mFrameScheduled) {
mFrameScheduled = true;
if (USE_VSYNC) {
// If running on the Looper thread, then schedule the vsync immediately,
// otherwise post a message to schedule the vsync from the UI thread
// as soon as possible.
if (isRunningOnLooperThreadLocked()) {
// 申请Vsync 信号
scheduleVsyncLocked();
} else {
Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_SCHEDULE_VSYNC);
msg.setAsynchronous(true);
mHandler.sendMessageAtFrontOfQueue(msg);
}
}
}
}
scheduleFrameLocked跟上一个scheduleTraversals类似，也采用了利用mFrameScheduled来保证：在当前申请的VSYNC到来之前，不会再去请求新的VSYNC。
再VSYNC到来之后，Choreographer利用Handler将FrameDisplayEventReceiver封装成一个异步Message，发送到UI线程的MessageQueue
2.1、VSync信号的申请
FrameDisplayEventReceiver 集成自DisplayEventReceiver,并且本身一个Runnable
private final class FrameDisplayEventReceiver extends DisplayEventReceiver
implements Runnable {
}
DisplayEventReceiver.java
/**
* Schedules a single vertical sync pulse to be delivered when the next
* display frame begins.
*/
@UnsupportedAppUsage
public void scheduleVsync() {
if (mReceiverPtr == 0) {
Log.w(TAG, "Attempted to schedule a vertical sync pulse but the display event "
+ "receiver has already been disposed.");
} else {
nativeScheduleVsync(mReceiverPtr);
}
}
2.2、VSync信号的接收
FrameDisplayEventReceiver.scheduleVsync()通过native方法注册Vysnc信号,当Vysnc发出时 会执行FrameDisplayEventReceiver.onVsync()
onVsync()回调中,将FrameDisplayEventReceiver封装成一个异步消息,发送到主线程.
private final class FrameDisplayEventReceiver extends DisplayEventReceiver
implements Runnable {
private boolean mHavePendingVsync;
private long mTimestampNanos;
private int mFrame;
public FrameDisplayEventReceiver(Looper looper) {
super(looper);
}
@Override
public void onVsync(long timestampNanos, int builtInDisplayId, int frame) {
@Override
public void onVsync(long timestampNanos, int builtInDisplayId, int frame) {
long now = System.nanoTime();
if (timestampNanos > now) {
<!--正常情况，timestampNanos不应该大于now，一般是上传vsync的机制出了问题-->
timestampNanos = now;
}
<!--如果上一个vsync同步信号没执行，那就不应该相应下一个（可能是其他线程通过某种方式请求的）-->
if (mHavePendingVsync) {
Log.w(TAG, "Already have a pending vsync event. There should only be "
+ "one at a time.");
} else {
mHavePendingVsync = true;
}
<!--timestampNanos其实是本次vsync产生的时间，从服务端发过来-->
mTimestampNanos = timestampNanos;
mFrame = frame;
Message msg = Message.obtain(mHandler, this);
<!--由于已经存在同步栅栏，所以VSYNC到来的Message需要作为异步消息发送过去-->
msg.setAsynchronous(true);
mHandler.sendMessageAtTime(msg, timestampNanos / TimeUtils.NANOS_PER_MS);
}
@Override
public void run() {
mHavePendingVsync = false;
<!--这里的mTimestampNanos其实就是本次Vynsc同步信号到来的时候，但是执行这个消息的时候，可能延迟了-->
doFrame(mTimestampNanos, mFrame);
}
}
之所以封装成异步Message，是因为前面添加了一个同步栅栏，同步消息不会被执行。UI线程被唤起，取出该消息，最终调用doFrame进行UI刷新重绘。
void doFrame(long frameTimeNanos, int frame) {
final long startNanos;
synchronized (mLock) {
<!--做了很多东西，都是为了保证一次16ms有一次垂直同步信号，有一次input 、刷新、重绘-->
if (!mFrameScheduled) {
return; // no work to do
}
long intendedFrameTimeNanos = frameTimeNanos;
startNanos = System.nanoTime();
final long jitterNanos = startNanos - frameTimeNanos;
<!--检查是否因为延迟执行掉帧，每大于16ms，就多掉一帧-->
if (jitterNanos >= mFrameIntervalNanos) {
final long skippedFrames = jitterNanos / mFrameIntervalNanos;
<!--跳帧，其实就是上一次请求刷新被延迟的时间，但是这里skippedFrames为0不代表没有掉帧-->
if (skippedFrames >= SKIPPED_FRAME_WARNING_LIMIT) {
<!--skippedFrames很大一定掉帧，但是为 0，去并非没掉帧-->
Log.i(TAG, "Skipped " + skippedFrames + " frames! "
+ "The application may be doing too much work on its main thread.");
}
final long lastFrameOffset = jitterNanos % mFrameIntervalNanos;
<!--开始doFrame的真正有效时间戳-->
frameTimeNanos = startNanos - lastFrameOffset;
}
if (frameTimeNanos < mLastFrameTimeNanos) {
<!--这种情况一般是生成vsync的机制出现了问题，那就再申请一次-->
scheduleVsyncLocked();
return;
}
<!--intendedFrameTimeNanos是本来要绘制的时间戳，frameTimeNanos是真正的，可以在渲染工具中标识延迟VSYNC多少-->
mFrameInfo.setVsync(intendedFrameTimeNanos, frameTimeNanos);
<!--移除mFrameScheduled判断，说明处理开始了，-->
mFrameScheduled = false;
<!--更新mLastFrameTimeNanos-->
mLastFrameTimeNanos = frameTimeNanos;
}
try {
<!--真正开始处理业务-->
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_VIEW, "Choreographer#doFrame");
<!--处理打包的move事件-->
mFrameInfo.markInputHandlingStart();
doCallbacks(Choreographer.CALLBACK_INPUT, frameTimeNanos);
<!--处理动画-->
mFrameInfo.markAnimationsStart();
doCallbacks(Choreographer.CALLBACK_ANIMATION, frameTimeNanos);
<!--处理重绘-->
mFrameInfo.markPerformTraversalsStart();
doCallbacks(Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, frameTimeNanos);
<!--不知道干啥的-->
doCallbacks(Choreographer.CALLBACK_COMMIT, frameTimeNanos);
} finally {
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_VIEW);
}
}
doFrame也采用了一个mFrameScheduled变量保证每次VSYNC中，只执行一次，doFrame里除了UI重绘，其实还处理了很多其他的事
- 检测VSYNC被延迟多久执行，掉了多少帧，
- 处理Touch事件（一般是MOVE）
- 处理动画，
- 处理UI。
doFrame在处理Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL的回调时（mTraversalRunnable），才是真正的开始处理View重绘：
final class TraversalRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
doTraversal();
}
}
回到ViewRootImpl调用doTraversal进行View树遍历，
// 这里是真正执行了，
void doTraversal() {
if (mTraversalScheduled) {
mTraversalScheduled = false;
<!--移除同步栅栏，只有重绘才设置了栅栏，说明重绘的优先级还是挺高的，所有的同步消息必须让步-->
mHandler.getLooper().getQueue().removeSyncBarrier(mTraversalBarrier);
performTraversals();
}
}
doTraversal会先将栅栏移除，然后处理performTraversals，进行测量、布局、绘制，提交当前帧给SurfaceFlinger进行图层合成显示。以上多个boolean变量保证了每16ms最多执行一次UI重绘，这也是目前Android存在60FPS上限的原因。
VSYNC同步信号需要用户主动去请求才会收到，并且是单次有效。
三、同步屏障泄露问题
Barrier消息像一道栅栏，将消息队列里的普通消息先拦住，多数情况下是正常，但一旦异常，则很容易发生ANR
- 正常情况：渲染刷新类先优先执行，等执行完以后，撤掉栅栏，普通消息（包括会导致ANR的消息）得以继续执行
- 异常情况：Barrier存在泄漏，导致无法释放栅栏，普通消息卡住不动，UI假死，如果期间有Server或者Provider等消息超时，就会引发ANR
SyncBarrier产生的问题往往是异步刷新导致的，比如：子线程触发invalidate()UI频繁更新，自定义View写法不对，surfaceview异步刷新等等
// scheduleTraversals 中添加同步屏障,mTraversalBarrier 记录同步屏障ID
@UnsupportedAppUsage(maxTargetSdk = Build.VERSION_CODES.R, trackingBug = 170729553)
void scheduleTraversals() {
if (!mTraversalScheduled) {
mTraversalScheduled = true;
mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
mChoreographer.postCallback(
Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
notifyRendererOfFramePending();
pokeDrawLockIfNeeded();
}
}
void unscheduleTraversals() {
if (mTraversalScheduled) {
mTraversalScheduled = false;
mHandler.getLooper().getQueue().removeSyncBarrier(mTraversalBarrier);
mChoreographer.removeCallbacks(
Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
}
}
scheduleTraversals在多个子线程中同时调用,可能多次进入mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();那么就会发送多个Barrier，但是在移除掉的时候，只移除当前成员变量mTraversalBarrier一个Barrier，多余的就会导致泄露
