你应该知道的一秒刷新 60 次的同步屏障机制（ IdelHandler ）

站长

2023年09月04日 16:23 · 阅读数 13

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同步屏障机制是一套为了让某些特殊的消息得以更快被执行的机制

1.Handler Message 种类

Handler的Message种类分为3种：

普通消息
屏障消息
异步消息

其中普通消息又称为同步消息，屏障消息又称为同步屏障

屏障消息就是为了确保异步消息的优先级，设置了屏障后，只能处理其后的异步消息，同步消息会被挡住，除非撤销屏障

2.屏障消息如何插入消息队列

你应该知道的一秒刷新 60 次的同步屏障机制（ IdelHandler ）

如上图所示，在消息队列中有同步消息和异步消息（黄色部分）以及一道墙----同步屏障（红色部分）。有了同步屏障的存在，msg_2 和 msg_M 这两个异步消息可以被优先处理，而后面的 msg_3 等同步消息则不会被处理

那么这些同步消息什么时候可以被处理呢？那就需要先移除这个同步屏障，即调用 removeSyncBarrier()

我们的手机屏幕刷新频率有不同的类型，60Hz、120Hz 等。60Hz 表示屏幕在一秒内刷新 60 次，也就是每隔 16.6ms 刷新一次

屏幕会在每次刷新的时候发出一个 VSYNC 信号，通知 CPU 进行绘制计算。
具体到我们的代码中，可以认为就是执行 onMesure()、onLayout()、onDraw() 这些方法。好了，大概了解这么多就可以了。

了解过 view 绘制原理的读者应该知道，view 绘制的起点是在 viewRootImpl.requestLayout() 方法开始，这个方法会去执行上面的三大绘制任务，就是测量布局绘制；但是，重点来了：

调用 requestLayout() 方法之后，并不会马上开始进行绘制任务，而是会给主线程设置一个同步屏障，并设置 ASYNC 信号监听；当 ASYNC 信号的到来，会发送一个异步消息到主线程 Handler，执行我们上一步设置的绘制监听任务，并移除同步屏障

这里我们只需要明确一个情况： 调用 requestLayout() 方法之后会设置一个同步屏障，知道 ASYNC 信号到来才会执行绘制任务并移除同步屏障

<pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" lang="java" cid="n208" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: var(--monospace); font-size: 0.9em; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; background-image: inherit; background-position: inherit; background-size: inherit; background-repeat: inherit; background-attachment: inherit; background-origin: inherit; background-clip: inherit; background-color: rgb(248, 248, 248); position: relative !important; border: 1px solid rgb(231, 234, 237); border-radius: 3px; padding: 8px 4px 6px; margin-bottom: 15px; margin-top: 15px; width: inherit;">api29
 @Override
 public void requestLayout() {
 if (!mHandlingLayoutInLayoutRequest) {
 checkThread();
 mLayoutRequested = true;
 scheduleTraversals();//发送同步屏障
 }
 }</pre>

那，这样在等待 ASYNC 信号的时候主线程什么事都没干？

是的；这样的好处是：

保证在 ASYNC 信号到来之时，绘制任务可以被及时执行，不会造成界面卡顿。但这样也带来了相对应的代价：

我们的同步消息最多可能被延迟一帧的时间，也就是 16ms，才会被执行
主线程 Looper 造成过大的压力，在 VSYNC 信号到来之时，才集中处理所有消息

改善这个问题办法就是：使用异步消息

当我们发送异步消息到 MessageQueue 中时，在等待 VSYNC 期间也可以执行我们的任务，让我们设置的任务可以更快得被执行且减少主线程 Looper 的压力

异步消息机制本身就是为了避免界面卡顿，那我们直接使用异步消息，会不会有隐患？

这里我们需要思考一下，什么情况的异步消息会造成界面卡顿： 异步消息任务执行过长、异步消息海量

如果异步消息执行时间太长，那即时是同步任务，也会造成界面卡顿，这点应该都很好理解
其次，若异步消息海量到达影响界面绘制，那么即使是同步任务，也是会导致界面卡顿的
原因是 MessageQueue 是一个链表结构，海量的消息会导致遍历速度下降，也会影响异步消息的执行效率。

所以我们应该注意的一点是：

不可在主线程执行重量级任务，无论异步还是同步

那，我们以后岂不是可以直接使用异步 Handler 来取代同步 Handler 了？是，也不是

同步 Handler 有一个特点是会遵循与绘制任务的顺序，设置同步屏障之后，会等待绘制任务完成，才会执行同步任务；
而异步任务与绘制任务的先后顺序无法保证，在等待 VSYNC 的期间可能被执行，也有可能在绘制完成之后执行。
建议是：如果需要保证与绘制任务的顺序，使用同步 Handler；其他，使用异步 Handler

在 Android 系统里面为了更快响应UI刷新在 ViewRootImpl.scheduleTraversals 也有应用：

<pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" lang="java" cid="n228" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: var(--monospace); font-size: 0.9em; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; background-image: inherit; background-position: inherit; background-size: inherit; background-repeat: inherit; background-attachment: inherit; background-origin: inherit; background-clip: inherit; background-color: rgb(248, 248, 248); position: relative !important; border: 1px solid rgb(231, 234, 237); border-radius: 3px; padding: 8px 4px 6px; margin-bottom: 15px; margin-top: 15px; width: inherit;"> android.view.ViewRootImpl#scheduleTraversals
 void scheduleTraversals() {
 if (!mTraversalScheduled) {
 mTraversalScheduled = true;
 //开启同步屏障
 mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
 //发送异步消息
 mChoreographer.postCallback(
 Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
 if (!mUnbufferedInputDispatch) {
 scheduleConsumeBatchedInput();
 }
 notifyRendererOfFramePending();
 pokeDrawLockIfNeeded();
 }
 }</pre>

postCallback() 最终走到了 ChoreographerpostCallbackDelayedInternal()：

<pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" lang="java" cid="n230" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: var(--monospace); font-size: 0.9em; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; background-image: inherit; background-position: inherit; background-size: inherit; background-repeat: inherit; background-attachment: inherit; background-origin: inherit; background-clip: inherit; background-color: rgb(248, 248, 248); position: relative !important; border: 1px solid rgb(231, 234, 237); border-radius: 3px; padding: 8px 4px 6px; margin-bottom: 15px; margin-top: 15px; width: inherit;"> 最后调用 android.os.MessageQueue#enqueueMessage
 boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {}</pre>

你应该知道的一秒刷新 60 次的同步屏障机制（ IdelHandler ）

同步屏障是通过 MessageQueue的postSyncBarrier 方法插入到消息队列的

MessageQueue 中的 Message，有一个变量 isAsynchronous，他标志了这个 Message 是否是异步消息；标记为 true 称为异步消息，标记为 false 称为同步消息
同时还有另一个变量 target，标志了这个 Message 最终由哪个 Handler 处理

MessageQueue #postSyncBarrier 方法的源码如下：

重点在于：没有给 Message 赋值 target 属性，且插入到 Message 队列头部这个 target==null 的特殊 Message 就是同步屏障

<pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" lang="java" cid="n235" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: var(--monospace); font-size: 0.9em; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; background-image: inherit; background-position: inherit; background-size: inherit; background-repeat: inherit; background-attachment: inherit; background-origin: inherit; background-clip: inherit; background-color: rgb(248, 248, 248); position: relative !important; border: 1px solid rgb(231, 234, 237); border-radius: 3px; padding: 8px 4px 6px; margin-bottom: 15px; margin-top: 15px; width: inherit;">android.os.MessageQueue#postSyncBarrier()
public int postSyncBarrier() {
 return postSyncBarrier(SystemClock.uptimeMillis());
}
private int postSyncBarrier(long when) {
//将新的同步屏障令牌排队。
//我们不需要叫醒排队的人，因为设置障碍物的目的是让他们停下来。
 // Enqueue a new sync barrier token.
 // We don't need to wake the queue because the purpose of a barrier is to stall it.
 synchronized (this) {
 final int token = mNextBarrierToken++;
 //1、屏障消息和普通消息的区别是屏障消息没有tartget。
 final Message msg = Message.obtain();
 msg.markInUse();
 msg.when = when;
 msg.arg1 = token;

 Message prev = null;
 Message p = mMessages;
 //2、根据时间顺序将屏障插入到消息链表中适当的位置
 if (when != 0) {
 while (p != null && p.when <= when) {
 prev = p;
 p = p.next;
 }
 }
 if (prev != null) { // invariant: p == prev.next
 msg.next = p;
 prev.next = msg;
 } else {
 msg.next = p;
 mMessages = msg;
 }
 //3、返回一个序号，通过这个序号可以撤销屏障
 return token;
 }
}</pre>

postSyncBarrier 返回一个 int 类型的数值，通过这个数值可以撤销屏障
postSyncBarrier方法是私有的，如果我们想调用它就得使用反射
插入普通消息会唤醒消息队列，但是插入屏障不会

添加异步消息有两种办法：

使用异步类型的Handler发送的全部Message都是异步的

给Message标志异步.

 public Handler(boolean async) {
 this(null, async);
 }
 final boolean mAsynchronous;
 if (mAsynchronous) {
 msg.setAsynchronous(true);
 }

异步类型的 Handler 构造器是标记为 hide，我们无法使用，但在 api28 之后添加了两个重要的方法：

通过这两个 api 就可以创建异步 Handler 了，而异步 Handler 发出来的消息则全是异步的

public static Handler createAsync(@NonNull Looper looper) {
 if (looper == null) throw new NullPointerException("looper must not be null");
 return new Handler(looper, null, true);
}


public static Handler createAsync(@NonNull Looper looper, @NonNull Callback callback) {
 if (looper == null) throw new NullPointerException("looper must not be null");
 if (callback == null) throw new NullPointerException("callback must not be null");
 return new Handler(looper, callback, true);
}

public void setAsynchronous(boolean async) {
 if (async) {
 flags |= FLAG_ASYNCHRONOUS;
 } else {
 flags &= ~FLAG_ASYNCHRONOUS;
 }

3.屏障消息的工作原理

通过 postSyncBarrier 方法屏障就被插入到消息队列中了，那么屏障是如何挡住普通消息只允许异步消息通过的呢？

我们知道MessageQueue是通过next方法来获取消息的

注意，同步屏障不会自动移除，使用完成之后需要手动进行移除，不然会造成同步消息无法被处理

我们可以看一下源码：

<pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" lang="java" cid="n250" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: var(--monospace); font-size: 0.9em; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; background-image: inherit; background-position: inherit; background-size: inherit; background-repeat: inherit; background-attachment: inherit; background-origin: inherit; background-clip: inherit; background-color: rgb(248, 248, 248); position: relative !important; border: 1px solid rgb(231, 234, 237); border-radius: 3px; padding: 8px 4px 6px; margin-bottom: 15px; margin-top: 15px; width: inherit;">Message next() {
 // 阻塞对应时间 
 //1、如果有消息被插入到消息队列或者超时时间到，就被唤醒，否则阻塞在这。
 nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
 synchronized (this) {
 Message prevMsg = null;
 Message msg = mMessages;
 if (msg != null && msg.target == null) {//2、遇到屏障  msg.target == null
 // 同步屏障，找到下一个异步消息 ,其他的消息会直接忽视，那么这样异步消息，就会提前被执行了。
 // Stalled by a barrier.  Find the next asynchronous message in the queue.
 do {
 prevMsg = msg;
 msg = msg.next;
 } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());//3、遍历消息链表找到最近的一条异步消息
 }
 if (msg != null) {
 //4、如果找到异步消息
 if (now < msg.when) {//异步消息还没到处理时间，就在等会（超时时间）
 // Next message is not ready.  Set a timeout to wake up when it is ready.
 nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
 } else {
 //异步消息到了处理时间，就从链表移除，返回它。
 mBlocked = false;
 if (prevMsg != null) {
 prevMsg.next = msg.next;
 } else {
 mMessages = msg.next;
 }
 msg.next = null;
 if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
 msg.markInUse();
 return msg;
 }
 } else {
 // 如果没有异步消息就一直休眠，等待被唤醒。
 nextPollTimeoutMillis = -1;
 }
 // Process the quit message now that all pending messages have been handled.
 if (mQuitting) {
 dispose();
 return null;
 }

 // If first time idle, then get the number of idlers to run.
 // Idle handles only run if the queue is empty or if the first message
 // in the queue (possibly a barrier) is due to be handled in the future.
 // 获取IdleHandler个数
 if (pendingIdleHandlerCount < 0
 && (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
 pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
 }
 // 如果没有，继续循环
 if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
 // No idle handlers to run.  Loop and wait some more.
 mBlocked = true;
 continue;
 }

 // 添加IdleHandler到准备处理的队列
 if (mPendingIdleHandlers == null) {
 mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
 }
 mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
 }

 // Run the idle handlers.
 // We only ever reach this code block during the first iteration.
 for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
 final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
 mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handler

 boolean keep = false;
 try {
 // 调用 Idle接口
 keep = idler.queueIdle();
 } catch (Throwable t) {
 Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
 }

 if (!keep) {
 synchronized (this) {
 // 移除IdleHandler
 mIdleHandlers.remove(idler);
 }
 }
 }

 // Reset the idle handler count to 0 so we do not run them again.
 pendingIdleHandlerCount = 0;

 // While calling an idle handler, a new message could have been delivered
 // so go back and look again for a pending message without waiting.
 nextPollTimeoutMillis = 0;
 }
}</pre>

4.移除同步屏障

最后，当要移除同步屏障的时候需要调用 ViewRootImpl#unscheduleTraversals()

<pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded" lang="java" cid="n250" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: var(--monospace); font-size: 0.9em; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; background-image: inherit; background-position: inherit; background-size: inherit; background-repeat: inherit; background-attachment: inherit; background-origin: inherit; background-clip: inherit; background-color: rgb(248, 248, 248); position: relative !important; border: 1px solid rgb(231, 234, 237); border-radius: 3px; padding: 8px 4px 6px; margin-bottom: 15px; margin-top: 15px; width: inherit;">Message next() {
 // 阻塞对应时间 
 //1、如果有消息被插入到消息队列或者超时时间到，就被唤醒，否则阻塞在这。
 nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
 synchronized (this) {
 Message prevMsg = null;
 Message msg = mMessages;
 if (msg != null && msg.target == null) {//2、遇到屏障  msg.target == null
 // 同步屏障，找到下一个异步消息 ,其他的消息会直接忽视，那么这样异步消息，就会提前被执行了。
 // Stalled by a barrier.  Find the next asynchronous message in the queue.
 do {
 prevMsg = msg;
 msg = msg.next;
 } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());//3、遍历消息链表找到最近的一条异步消息
 }
 if (msg != null) {
 //4、如果找到异步消息
 if (now < msg.when) {//异步消息还没到处理时间，就在等会（超时时间）
 // Next message is not ready.  Set a timeout to wake up when it is ready.
 nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
 } else {
 //异步消息到了处理时间，就从链表移除，返回它。
 mBlocked = false;
 if (prevMsg != null) {
 prevMsg.next = msg.next;
 } else {
 mMessages = msg.next;
 }
 msg.next = null;
 if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
 msg.markInUse();
 return msg;
 }
 } else {
 // 如果没有异步消息就一直休眠，等待被唤醒。
 nextPollTimeoutMillis = -1;
 }
 // Process the quit message now that all pending messages have been handled.
 if (mQuitting) {
 dispose();
 return null;
 }

 // If first time idle, then get the number of idlers to run.
 // Idle handles only run if the queue is empty or if the first message
 // in the queue (possibly a barrier) is due to be handled in the future.
 // 获取IdleHandler个数
 if (pendingIdleHandlerCount < 0
 && (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
 pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
 }
 // 如果没有，继续循环
 if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
 // No idle handlers to run.  Loop and wait some more.
 mBlocked = true;
 continue;
 }

 // 添加IdleHandler到准备处理的队列
 if (mPendingIdleHandlers == null) {
 mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
 }
 mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
 }

 // Run the idle handlers.
 // We only ever reach this code block during the first iteration.
 for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
 final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
 mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handler

 boolean keep = false;
 try {
 // 调用 Idle接口
 keep = idler.queueIdle();
 } catch (Throwable t) {
 Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
 }

 if (!keep) {
 synchronized (this) {
 // 移除IdleHandler
 mIdleHandlers.remove(idler);
 }
 }
 }

 // Reset the idle handler count to 0 so we do not run them again.
 pendingIdleHandlerCount = 0;

 // While calling an idle handler, a new message could have been delivered
 // so go back and look again for a pending message without waiting.
 nextPollTimeoutMillis = 0;
 }
}</pre>

5.总结

同步屏障可以通过 MessageQueue.postSyncBarrier 函数来设置。该方法发送了一个没有 target 的 Message 到 Queue 中
在 next 方法中获取消息时，如果发现没有 target 的 Message，则在一定的时间内跳过同步消息，优先执行异步消息。
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
在创建 Handler 时有一个 async 参数，传 true 表示此 handler 发送的时异步消息。ViewRootImpl.scheduleTraversals 方法就使用了同步屏障，保证 UI 绘制优先执行

这篇文章，其实不难；主要是将 Android 消息屏障机制 IdelHandler （同步屏障sync barrier，异步消息）以及在开发当中经常用到的一些知识点，总结了一下

如果觉得文章内容对你有所帮助的话，可以点赞转发分享一下哦~

最后祝各位开发者攀登上更高的高峰

转载自:https://juejin.cn/post/7156145987734470663