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你应该知道的一秒刷新 60 次的同步屏障机制( IdelHandler )

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想要往向更深入学习难免需要寻找很多的学习资料辅助,我在这里推荐网上整合的一套**《 Android Handler 消息机制学习手册》;鉴于出自大佬之手,可以帮助到大家,**能够少走些弯路

**有需要这份 Android Handler 消息机制学习手册**的**掘友们**可以**在评论区下方留言**,或者**后台私信作者**直接要

同步屏障机制一套为了让某些特殊消息得以更快被执行机制

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
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