vie的刷新机制

前言

平时只知道在调用invalidate, requestLayout，或者 通过动画能够刷新屏幕，实现想要的ui效果，但是对view的刷新机制并不了解，本文记录了我对以下几个问题的思考和总结。

• view多长时间刷新一次
• view什么时机刷新
• view如何刷新
• 如果界面不变化，还需要刷新吗
• 只要调用invalidate, requestLayout等函数就会会被立即刷新吗

view多长时间刷新一次

Android系统每隔16ms会发出VSYNC信号重绘我们的界面(Activity).
为什么是16ms, 因为Android设定的刷新率是60FPS(Frame Per Second), 也就是每秒60帧的刷新率, 约合16ms刷新一次.

对于一个系统来说，可以分为CPU,GPU和显示器三个部分，CPU负责计算,GPU对计算的数据进行渲染，然后放到缓冲区中存起来，显示器每隔一个固定的频率去取渲染好的数据显示出来。显示器刷新频率是固定的，但是CPU和GPU的计算和渲染时间却是没有规律的，假设GPU的渲染速率是瞬间完成的，那主要的时间因素就取决于CPU，CPU计算的过程其实就是View树的绘制过程，即从根布局开始，遍历所有的view分别执行测量、布局、绘制的过程,如果我么的界面过于复杂，在16ms内没有计算完成,那显示器取到的就是旧的数据，这就是掉帧，对用户来说就会觉得卡顿。

上图就是发生了一次典型的掉帧过程。

view刷新时机

我们都知道invalidate(), requestLayout()函数会让view进行重绘，但是一旦调用就立即开始重新绘制了吗？上面提到的VSYNC信号有什么作用？

我们从View的invalidate函数开始看看整个执行流程

public void invalidate(Rect dirty) {
    
        final int scrollX = mScrollX;
        final int scrollY = mScrollY;
        invalidateInternal(dirty.left - scrollX, dirty.top - scrollY,
        dirty.right - scrollX, dirty.bottom - scrollY, true, false);
}

invalidateInternal()函数中会递归的调用parent的invaldateChild()函数，最终会调用到ViewRootImpl的invalidate()方法

void invalidate() {
     
    mDirty.set(0, 0, mWidth, mHeight); 
    if (!mWillDrawSoon) {
     
        scheduleTraversals(); 
    } 
} 

void scheduleTraversals() {
    
    if (!mTraversalScheduled) {
    
        mTraversalScheduled = true;
        // 插入一个同步消息屏障
        mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
        mChoreographer.postCallback(
            Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
        notifyRendererOfFramePending();
        pokeDrawLockIfNeeded();
    }
}

mTraversalRunnable是一个Runnable对象，它内部执行了doTraversal()方法，这个方法中才真正的开始遍历和绘制操作，从上面代码中可以知道，它并不是立即开始绘制，而是通过mChoreographer对象注册了一个回调，在这个postCallback中会请求同步VSYNC信息。

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;
        mCallbackQueues[callbackType].addCallbackLocked(dueTime, action, token);

        if (dueTime <= now) {
            // 申请同步信号
            scheduleFrameLocked(now);
        } else {
            Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_SCHEDULE_CALLBACK, action);
            msg.arg1 = callbackType;
            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()) {
    
                scheduleVsyncLocked();
            } else {
    
                Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_SCHEDULE_VSYNC);
                msg.setAsynchronous(true);
                mHandler.sendMessageAtFrontOfQueue(msg);
            }
        } else {
    
            final long nextFrameTime = Math.max(
                mLastFrameTimeNanos / TimeUtils.NANOS_PER_MS + sFrameDelay, now);
            if (DEBUG_FRAMES) {
    
                Log.d(TAG, "Scheduling next frame in " + (nextFrameTime - now) + " ms.");
            }
            Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_FRAME);
            msg.setAsynchronous(true);
            mHandler.sendMessageAtTime(msg, nextFrameTime);
        }
    }
}

因为加了同步消息屏障，所以这里创建了一个异步的MSG_DO_FRAME消息，这里要看一个很重要的类FrameDisplayEventReceiver

    private final class FrameDisplayEventReceiver extends DisplayEventReceiver
            implements Runnable {
        private boolean mHavePendingVsync;
        private long mTimestampNanos;
        private int mFrame;
        private VsyncEventData mLastVsyncEventData = new VsyncEventData();

        public FrameDisplayEventReceiver(Looper looper, int vsyncSource) {
            super(looper, vsyncSource, 0);
        }

        // TODO(b/116025192): physicalDisplayId is ignored because SF only emits VSYNC events for
        // the internal display and DisplayEventReceiver#scheduleVsync only allows requesting VSYNC
        // for the internal display implicitly.
        @Override
        public void onVsync(long timestampNanos, long physicalDisplayId, int frame,
                VsyncEventData vsyncEventData) {
            try {
                if (Trace.isTagEnabled(Trace.TRACE_TAG_VIEW)) {
                    Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_VIEW,
                            "Choreographer#onVsync " + vsyncEventData.id);
                }
                // Post the vsync event to the Handler.
                // The idea is to prevent incoming vsync events from completely starving
                // the message queue.  If there are no messages in the queue with timestamps
                // earlier than the frame time, then the vsync event will be processed immediately.
                // Otherwise, messages that predate the vsync event will be handled first.
                long now = System.nanoTime();
                if (timestampNanos > now) {
                    Log.w(TAG, "Frame time is " + ((timestampNanos - now) * 0.000001f)
                            + " ms in the future!  Check that graphics HAL is generating vsync "
                            + "timestamps using the correct timebase.");
                    timestampNanos = now;
                }

                if (mHavePendingVsync) {
                    Log.w(TAG, "Already have a pending vsync event.  There should only be "
                            + "one at a time.");
                } else {
                    mHavePendingVsync = true;
                }

                mTimestampNanos = timestampNanos;
                mFrame = frame;
                mLastVsyncEventData = vsyncEventData;
                Message msg = Message.obtain(mHandler, this);
                msg.setAsynchronous(true);
                mHandler.sendMessageAtTime(msg, timestampNanos / TimeUtils.NANOS_PER_MS);
            } finally {
                Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_VIEW);
            }
        }

        @Override
        public void run() {
            mHavePendingVsync = false;
            doFrame(mTimestampNanos, mFrame, mLastVsyncEventData);
        }
    }

这个类会接收到底层的VSYNC信号，VSync信号由SurfaceFlinger实现并定时发送，FrameDisplayEventReceiver收到信号后，调用onVsync方法组织消息发送到主线程处理。这个消息主要内容就是run方法里面的doFrame()方法。也就是说，我们必须先提前注册，底层的VSYNC信号产生时才能回调到我们的app中，否则接受不到这个信号。

所以说，当我们调用了 invalidate()，requestLayout()，等之类刷新界面的操作时，并不是马上就会执行这些刷新的操作，而是通过 ViewRootImpl 的 scheduleTraversals() 先向底层注册监听下一个屏幕刷新信号事件，然后等下一个屏幕刷新信号来的时候，才会去通过 performTraversals() 遍历绘制 View 树来执行这些刷新操作。

总结

综上，可以总结出

• 只有同步信号VSYNC到来界面才会刷新
• UI如果没有变化，则不会请求同步信号，界面不会刷新
• 同步信号VSYNC需要申请才会有。
• 同一帧内，如果有多个重绘的请求，scheduleTraversals() 会将其过滤掉，只需要安排一次绘制任务就行了，在下一次VSYNC信号到来时才会调用**performTraversals()**遍历view树并重绘。
• 为了保证绘制任务优先被执行，ViewRootImpl会插入一个同步消息屏障，同步消息不会被处理，以此尽可能的保证在接收到VSYNC信号后能够第一时间进行处理。