Android Screen refresh mechanism

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Android Screen refresh mechanism

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这篇文章在 View 的绘制基础上，依旧从 ViewRootImpl 开始，探索与屏幕刷新之间的渊源。

View 的工作流程

void scheduleTraversals() {
    if (!mTraversalScheduled) {
      	// 同一帧不会多次调用遍历
        mTraversalScheduled = true;
      	// handler 的同步屏障，发送一条异步消息
        mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
      	
      
      	// 入口
        mChoreographer.postCallback(
                Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
        if (!mUnbufferedInputDispatch) {
            scheduleConsumeBatchedInput();
        }
        notifyRendererOfFramePending();
        pokeDrawLockIfNeeded();
    }
}

上述有两个地方：

postSyncBarrier： handler 中的同步屏障

一般来说，同步屏障的作用时可以拦截 Looper 对同步消息的获取和分发。因为 handler 消息机制中 MessageQueue 会不断的取出 Message。加入同步屏障之后，Looper 只有获取和处理异步消息，如果没有异步消息，马么就会进入阻塞状态。

原因子啊雨 View 的绘制和屏幕刷新时优先级最高的事情（防止卡顿），除了对 View 绘制的处理操作可以优先处理（异步消息），其他的 Message 都可以慢处理。
Choreographer：编排。协调动画、输入和绘图的时间。从显示子系统接收定时脉冲(例如垂直同步)，然后调度作为呈现下一个显示帧的一部分而发生的工作。

Choreographer

这个类包括三部分：

Choreographer：负责统一动画，输入和绘制时机
VSYNC：垂直同步信号
Triple Buffer：第三块绘制 Buffer，减少显示内容的延迟

在 ViewRootImpl 的上述方法中，choreographer.postCallback（）方法执行，遍历绘制view。

// 执行要在下一帧上运行的回调
// 执行一次自动移除
@TestApi
public void postCallback(int callbackType, Runnable action, Object token) {
    postCallbackDelayed(callbackType, action, token, 0);
}

private void postCallbackDelayedInternal(int callbackType,
        Object action, Object token, long delayMillis) {
    if (DEBUG_FRAMES) {
        Log.d(TAG, "PostCallback: type=" + callbackType
                + ", action=" + action + ", token=" + token
                + ", delayMillis=" + delayMillis);
    }

    synchronized (mLock) {
        final long now = SystemClock.uptimeMillis();
        final long dueTime = now + delayMillis;
      //根据时间将 action 添加到 mCallbackQueue 的队列中
        mCallbackQueues[callbackType].addCallbackLocked(dueTime, action, token);

        if (dueTime <= now) {
            scheduleFrameLocked(now);
        } else {
            Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_SCHEDULE_CALLBACK, action);
            msg.arg1 = callbackType;
          	//设置异步延迟消息 ，过dueTime后执行（无视同步屏障）
            msg.setAsynchronous(true);
            mHandler.sendMessageAtTime(msg, dueTime);
        }
    }
}

private void scheduleFrameLocked(long now) {
    if (!mFrameScheduled) {
        mFrameScheduled = true;
        if (USE_VSYNC) {
            if (DEBUG_FRAMES) {
                Log.d(TAG, "Scheduling next frame on 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()) {
              // UI 线程
                scheduleVsyncLocked();
            } else {
                Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_SCHEDULE_VSYNC);
                msg.setAsynchronous(true);
               //将异步消息放置Handler队列的最前面，当前是最高优先级。
                mHandler.sendMessageAtFrontOfQueue(msg);
            }
        }
    }
}

    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 {
          	// 注册一个垂直同步脉冲VSYNC，当下一个脉冲到来时会回调dispatchVsync方法
            nativeScheduleVsync(mReceiverPtr);
        }
    }

VSYNC

VSYNC 的全称是 Vertical Synchronization ，即垂直同步。

由于人眼与大脑之间的协作一般情况无法感知超过60FPS的画面更新。如果所看到画面的帧率高于12帧的时候，就会认为是连贯的，达到24帧便是流畅的体验，这也就是胶片电影的播放速度（24FPS）

对于屏幕显示，游戏体验来说，如果能整体平稳的达到60FPS，画面每秒更新60次，也就是16.67ms刷新一次，绝大部分人视觉体验都会觉得非常流畅如丝般顺滑。

public float getRefreshRate() {
    synchronized (this) {
        updateDisplayInfoLocked();
        return mDisplayInfo.getMode().getRefreshRate();
    }
}

每秒钟 60 帧的屏幕刷新频率，也就是 1000 / 60 ≈ 16.67ms 。

在没有 VSYNC 同步信号脉冲情况下：（Jank 为同一帧在屏幕上出现 2 次以上）

20131115192829593

20131123101929171

兜了一圈回到了ViewRootImpl，大致说明了我们当前的遍历操作，对下一帧的准备工作是，当我们ViewRootImpl遍历结束，将绘制结果交给屏幕以便显示。如果迟迟交不出View的绘制结果，那么屏幕将会一直显示当前画面。

onVsync是底层回调回来的，那也就是每16.6ms，底层会发出一个屏幕刷新的信号，然后会回调到onVsync方法之中，但是有一点很奇怪，底层怎么知道上层是哪个app需要这个信号来刷新呢，结合日常开发，要实现这种一般使用观察者模式，将app本身注册下去，但是好像也没有看到哪里有往底层注册的方法，对了，再次回到上面的那个native方法，nativeScheduleVsync(mReceiverPtr)，那么这个方法大体的作用也就是注册监听了，

同步屏障

当设置了同步屏障之后，next函数将会忽略所有的同步消息，返回异步消息。换句话说就是，设置了同步屏障之后，Handler只会处理异步消息。再换句话说，同步屏障为Handler消息机制增加了一种简单的优先级机制，异步消息的优先级要高于同步消息

总结

View的刷新请求都会走到ViewRootImpl的scheduleTraversals() 中，通过Runnable的形式形成Message放进队列中，并且发送同步屏障，拦截所以同步消息，处理异步消息，以此尽快的保证执行刷新任务
常说的每隔16.6ms刷新一次屏幕实际上是，底层会以这个频率来切换每一帧的画面，只有当View发起了刷新请求时，App才会想底层去注册监听下一个屏幕的刷新信号，并且才能受到下一次信号到来的通知回调onVsync

App负责计算屏幕刷新的数据，但是并非计算完成后就会立即刷新数据，更多的取决于是否到了下一次底层要刷新屏幕的指令回调的时机，所以也就回答了上面的问题，每次指令到达时才会去刷新数据，尽可能的保证刷新数据的任务有足够16.6ms的时间。
造成屏幕丢帧的原因也就很明显了，1.View树绘制的任务时长大于了16.6ms，此时下一个信号来临，导致丢帧 2.虽然采用了同步屏障的方法来保证足够View绘制任务的时间，但是如果同步屏障之间的Message耗时过长，也导致遍历绘制 View 树的工作迟迟不能开始，从而超过了 16.6 ms 底层切换下一帧画面的时机，这也就是主线程不要做耗时操作的原因了

May 24 '19 17:05 yunshuipiao

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