什么是Handler的同步屏障机制？
前言
对于Handler机制，想必大家都已经非常熟悉了吧，从迈进Android开发这扇大门的时候，就不停的研究和使用它，同样的这也是Android系统架构的精髓之一。然而在我们使用的时候，往往会忽略掉一些不常见却又很重要的内容，今天就来讲一讲经常被忽略的同步屏障以及异步消息。
绘制流程中窥视handler同步屏障
为了引出今天的主题，我们先来看看ui的渲染流程吧。在Android的绘制流程中，ViewRootImpl这个类发挥了非常重要的作用，首先我们看一下这个类中比较重要的一个方法requestLayout(),
@Override
public void requestLayout() {
if (!mHandlingLayoutInLayoutRequest) {
//校验主线程
checkThread();
mLayoutRequested = true;
//调用这个方法启动绘制流程
scheduleTraversals();
}
}
requestLayout()中会通过checkThread()方法检查发起布局请求的线程是否为主线程（校验ViewRootImpl构造时记录的mThread， 和当前线程是否一致），之后，在调用scheduleTraversals()的时候 postSyncBarrier添加同步消息屏障
@UnsupportedAppUsage
void scheduleTraversals() {
if (!mTraversalScheduled) {
mTraversalScheduled = true;
//1. 往主线程的Handler对应的MessageQueue发送一个同步屏障消息
mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
//2.将mTraversalRunnable保存到Choreographer中
mChoreographer.postCallback(
Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
if (!mUnbufferedInputDispatch) {
scheduleConsumeBatchedInput();
}
notifyRendererOfFramePending();
pokeDrawLockIfNeeded();
}
}
...
//在doTraversal方法中移除同步消息屏障
void doTraversal() {
if (mTraversalScheduled) {
mTraversalScheduled = false;
//移除同步屏障
mHandler.getLooper().getQueue().removeSyncBarrier(mTraversalBarrier);
...
}
}
在这个方法中，涉及到三个比较重要的信息
- mTraversalRunnable
- Choreographer编舞者
- 同步屏障消息
-
首先看mTraversalRunnable，它的作用就是从ViewRootImpl 从上往下执行performMeasure、performLayout、performDraw。
-
Choreographer主要是为了配合Vsync信号，给上层app的渲染提供一个稳定的Message处理时机，也就是Vsync信号到来时，系统通过对Vsync信号的调整，来控制每一帧绘制操作的时机。当Vsync信号到来时，会往主线程的MessageQueue中插入一条异步消息，由于在scheduleTraversals中给MessageQueue中插入了同步屏障消息，那么当执行到同步屏障时，会取出异步消息执行。 看下Choreography中插入消息的方法是如何实现的：
private void postCallbackDelayedInternal(int callbackType,
Object action, Object token, long delayMillis) {
synchronized (mLock) {
...
if (dueTime <= now) {
scheduleFrameLocked(now);
} else {
Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_SCHEDULE_CALLBACK, action);
msg.arg1 = callbackType;
//设置为异步消息
msg.setAsynchronous(true);
mHandler.sendMessageAtTime(msg, dueTime);
}
}
}
通过以上的分析，我们知道了，在刷新ui的时候原来会有这么多的参与者，但是那些什么同步消息、异步消息、消息屏障又是些什么东西呢？接下来我们就来研究一下。
何为同步屏障？
message分类
Handler的message分为三种
- 同步消息
- 异步消息
- 屏障消息
通常我们使用handler发送消息，都是使用默认的构造函数构造handler，然后使用send方法发送。这样发送的消息都是普通消息也就是同步消息，发出去的消息就会在MessageQueue中排队。异步消息正常情况下跟同步消息没有区别，只有在设置了同步屏障之后，才会出现差异。
同步屏障就是在消息队列中插入一个屏障，插入之后，所有的同步消息都会被屏蔽，不能被执行，但是异步消息却不受影响，可以继续执行。
插入消息屏障
正常插入消息会调用enqueueMessage方法，同时将handler赋值给message的target。
//将消息插入消息队列
private boolean enqueueMessage(@NonNull MessageQueue queue, @NonNull Message msg,
long uptimeMillis) {
msg.target = this;
msg.workSourceUid = ThreadLocalWorkSource.getUid();
//进行判断是否将消息设置为异步消息
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}
在MessageQueue中进行判断，如果target为空也就是这个message没有对应的handler则会报异常。
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
if (msg.target == null) {
throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
}
if (msg.isInUse()) {
throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
}
...
// 如果需要唤醒，则唤醒
if (needWake) {
nativeWake(mPtr);
}
通过MessageQueue的postSyncBarrier方法插入屏障，message的target属性为null
private int postSyncBarrier(long when) {
synchronized (this) {
final int token = mNextBarrierToken++;
//msg没有为target属性赋值
final Message msg = Message.obtain();
...
//根据时间插入到MessageQueue中
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;
}
//返回一个序号，通过它可以对屏障消息进行撤销
return token;
}
}
经过以上的操作，我们可以总结出
- 屏障消息和普通消息的区别是屏障消息没有target属性，普通消息有target属性是因为要将消息分发给target指向的handler处理
- 屏障消息会插入到MessageQueue中合适的位置，这个消息以后的普通消息将被屏蔽
- 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
如何发送异步消息
通常我们发送的都是普通消息，如果想发送异步消息
- 可以在创建handler时使用如下的构造器中的一种，同时将async参数设置为true，这样这个handler发送的消息就都是异步消息了。
public Handler(boolean async) {
this(null, async);
}
public Handler(@NonNull Looper looper, @Nullable Callback callback) {
this(looper, callback, false);
}
public Handler(@Nullable Callback callback, boolean async) {
...
mLooper = Looper.myLooper();
if (mLooper == null) {
throw new RuntimeException(
"Can't create handler inside thread " + Thread.currentThread()
+ " that has not called Looper.prepare()");
}
mQueue = mLooper.mQueue;
mCallback = callback;
mAsynchronous = async;
}
- 除了这种方式还可以直接设置消息的类型为异步消息
public void setAsynchronous(boolean async) {
if (async) {
flags |= FLAG_ASYNCHRONOUS;
} else {
flags &= ~FLAG_ASYNCHRONOUS;
}
}
消息处理的过程
MessageQueue是通过next方法来遍历消息的
@UnsupportedAppUsage
Message next() {
for (;;) {
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
synchronized (this) {
Message msg = mMessages;
//如果msg.target为空，也就是说是一个同步屏障消息，则进入这个判断里面
if (msg != null && msg.target == null) {
// Stalled by a barrier. Find the next asynchronous message in the queue.
//在这个while循环中，找到最近的一个异步消息
do {
prevMsg = msg;
msg = msg.next;
} while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
}
//找到了异步消息
if (msg != null) {
//如果消息的处理时间小于当前时间 则等待
if (now < msg.when) {
// 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 {
// Got a message.
//处理消息
mBlocked = false;
//将异步消息移除
if (prevMsg != null) {
prevMsg.next = msg.next;
} else {
mMessages = msg.next;
}
msg.next = null;
if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
msg.markInUse();
//返回异步消息
return msg;
}
} else {
// No more messages.
//没有找到异步消息则进入阻塞状态，等待被唤醒
nextPollTimeoutMillis = -1;
}
...
}
在这段代码中，可以看到，处理过程中会先判断此消息是否为屏障消息，如果是屏障消息，则去循环遍历，直到寻找到异步消息为止。通过这种方式跳过了普通消息，直接执行异步消息。也就是说同步屏障为handler消息机制提供了一种优先级策略，异步消息的优先级要高于同步消息。
另外需要注意的是：同步屏障不会自动移除，使用完成之后需要手动移除，不然会造成同步消息无法处理。也就是上边提到的，通过removeSyncBarrier(int token)方法进行移除，token就是之前添加屏障时返回的token。
public void removeSyncBarrier(int token){}
结语
通过以上的分析，想必对于handler消息机制中的几种不同的消息有了一个更深入的了解了吧，对于绘制流程中，为什么要发送一个同步屏障并且发送异步消息，应该心中也有了答案，不错，就是为了让保证在vsync信号到来时，异步任务可以优先执行，从而绘制任务可以被及时执行，避免造成界面卡顿。
参考资料：