Android绘制原理之刷新机制

我们都知道，Android是16ms刷新一帧，而通常我们所理解的刷新是“每个view的draw()方法被调用”，所以这里就有一个问题了，Android系统底层每隔16ms就发出一个垂直同步信号，那么是不是每个view的draw()方法都会每个16ms调用一次呢？如果这样的话系统消耗岂不是非常大？是不是有什么特殊优化手段?

1. 垂直同步信号的使用者——Choreographer

Choreographer是Android4.1和垂直同步信号机制一起引入的，我们都知道垂直同步信号其实是操作系统底层的一种时钟中断，那么java层是如何利用这个中断的呢？主要就是Choreographer这个类来协调接收的。
这里我们不会分析这个类的具体实现，主要简单的介绍下如何接收底层中断等一些简单的用法，便于大家理解后面的知识。

1.1 中断信号利用原则

由于中断信号时源源不断的，所以为了避免滥用中断信号，原则是：需要接收中断信号必须向系统注册一个接收者，下次产生了新的中断就会回调这个接受者的回调方法。注意，每次注册只能接收一次中断，想要继续接收必须重新注册。

1.2 中断信号接收者

首先我们看下这个信号接收者：

public abstract class DisplayEventReceiver {

     //省略其他代码


    /**
     * Called when a vertical sync pulse is received.
     * The recipient should render a frame and then call {@link #scheduleVsync}
     * to schedule the next vertical sync pulse.
     *
     * @param timestampNanos The timestamp of the pulse, in the {@link System#nanoTime()}
     * timebase.
     * @param builtInDisplayId The surface flinger built-in display id such as
     * {@link SurfaceControl#BUILT_IN_DISPLAY_ID_MAIN}.
     * @param frame The frame number.  Increases by one for each vertical sync interval.
     */
    public void onVsync(long timestampNanos, int builtInDisplayId, int frame) {
    }

 
    /**
     * Schedules a single vertical sync pulse to be delivered when the next
     * display frame begins.
     */
    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 {
            nativeScheduleVsync(mReceiverPtr);
        }
    }

    //省略其他方法
}

这里我只列出了两个方法，onVsync就是中断会回调的方法，只会回调一次，如果希望接收下一次中断信号，就要手动调用scheduleVsync()方法。

1.3 Choreographer利用DisplayEventReceiver干了什么

// The display event receiver can only be accessed by the looper thread to which
    // it is attached.  We take care to ensure that we post message to the looper
    // if appropriate when interacting with the display event receiver.
    private final FrameDisplayEventReceiver mDisplayEventReceiver;

Choreographer有一个这样的成员变量，主要都是通过这个成员变量来接收中断信号的：

private final class FrameDisplayEventReceiver extends DisplayEventReceiver
            implements Runnable {
        private boolean mHavePendingVsync;
        private long mTimestampNanos;
        private int mFrame;

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

        @Override
        public void onVsync(long timestampNanos, int builtInDisplayId, int frame) {
            //省略其他代码
            mTimestampNanos = timestampNanos;
            mFrame = frame;
            Message msg = Message.obtain(mHandler, this);
            msg.setAsynchronous(true);
            mHandler.sendMessageAtTime(msg, timestampNanos / TimeUtils.NANOS_PER_MS);
        }

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

可以看到，收到中断信号后向主线程Handler发送了一个消息，其实主要就是为了切换到主线程执行这里的run()方法，换句话说每次中断信号来了最终都会回调到doFrame()方法，到了这里，Chogreographer是如何使用中断信号的就很清楚了，换句话说如果想要接收中断信号做些什么，我们只需要写在 doFrame()方法 里就好了。

1.4 如何利用doFrame()方法

现在我们知道了，利用Choreographer能够达到在垂直中断信号产生时回调doFrame()方法的目的，那么我们怎么将自己要执行的代码塞到doFrame()方法中去呢？
我们先看下doFrame()方法的源码：

void doFrame(long frameTimeNanos, int frame){
       mFrameInfo.markInputHandlingStart();
              //省略其他代码
            doCallbacks(Choreographer.CALLBACK_INPUT, frameTimeNanos);

             //省略其他代码
            doCallbacks(Choreographer.CALLBACK_ANIMATION, frameTimeNanos);

             //省略其他代码
            doCallbacks(Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, frameTimeNanos);
             //省略其他代码
            doCallbacks(Choreographer.CALLBACK_COMMIT, frameTimeNanos);
           //省略其他代码
}

可以看到doFrame()方法其实会执行一系列的callBack回调，我们可以将自己的任务塞到这些callBack中去得到执行，具体如下：

public void  postCallback(int callbackType, Runnable action, Object token) {
        postCallbackDelayed(callbackType, action, token, 0);
    }

通过Choreographer.postCallback()方法，我们就可以让自己的Runnable在下一次垂直信号产生时得到执行。

2. UI绘制与刷新本质

UI界面的改变核心是一些会影响UI的变量的值的改变，这些值改变后我们接收垂直同步信号，在下一次信号中断产生时根据新的UI变量重新绘制当前界面即可做到UI的刷新。总结下主要是两点：

UI布局变量的改变
注册垂直同步信号中断监听，在下一次垂直同步信号来临时重绘界面。

3. UI是如何绘制的

想要在垂直同步信号来临时重绘界面，我们必须先了解UI到具体如何绘制的。这里我就不再带领大家一步步探究，而是直接说出结论了。
Android 的ui是按照树型结构组织的，而这个树的根节点（DecorView）就是由一个ViewRootImpl持有，UI的树型遍历绘制也是由ViewRootImpl发起的。这里我们看下ViewRootImpl是如何调用DecorView的draw()方法的：

draw()调用流程

通过上面的调用图可以看到关键其实是scheduleTraversals()方法，他会通过Choreograpter.postCallback()方法注册一个回调，该回调能让整个UI树在下一次垂直同步信号来临时得到绘制。

4. 常用的刷新原理

现在我们回过头来看下我们经常用的刷新方法，主要是requestLayout()和invalidate()方法，这两个方法都会一直沿着UI树往上找，最终会调用到ViewRootImpl的scheduleTraversals()方法，这样就会在下一次垂直同步信号产生时重新绘制整个界面。

5. 结语

本文基本没有涉及什么代码，主要是重垂直同步信号的原理入手，宏观的介绍了UI的绘制与刷新原理，个人理解，如果有误，恳请指正。