Android 底层渲染 - 屏幕刷新机制源码分析

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相关源码文件：

/frameworks/base/core/java/android/view/ViewRootImpl.java
/frameworks/base/core/java/android/view/Choreographer.java
/frameworks/base/core/java/android/view/DisplayEventReceiver.java

/frameworks/base/core/jni/android_view_DisplayEventReceiver.cpp
/frameworks/native/libs/gui/DisplayEventReceiver.cpp
/frameworks/native/services/surfaceflinger/SurfaceFlinger.cpp
/frameworks/native/services/surfaceflinger/EventThread.cpp
/frameworks/native/libs/gui/BitTube.cpp

1. 梳理概述

在开始阅读文章前，希望大家能认真思考几个问题：

• 界面卡顿的原理是怎样的？
• ViewRootImpl 与 SurfaceFlinger 是怎么通信的？
• invalidate / requestLayout 会不会立马刷新屏幕？
• SurfaceView / GLSurfaceView 的底层实现原理？

搞 Android 搞了几年，我们对 VSync 信号应该会有一些了解，但是未必真正能理解其具体原理。比如 VSync 信号是从哪里来的？发到哪里去？有什么作用？本文主要讲解发到哪里去，至于从哪里来的大家可以看看之前的内容。

2. 请求 VSync 信号

如果我们的界面需要发生变化，一般都会来到 ViewRootImpl 的 requestLayout 方法，有可能是手动触发的也有可能是被动触发的，在这个方法里面我们会主动去请求接收 VSync 信号，当下一次 VSync 信号的来的时候会主动回掉回来，然后才开始真正的绘制流程。

    @Override
    public void requestLayout() {
      if (!mHandlingLayoutInLayoutRequest) {
        checkThread();
        mLayoutRequested = true;
        scheduleTraversals();
      }
    }

    void scheduleTraversals() {
      if (!mTraversalScheduled) {
        mTraversalScheduled = true;
        // 插入一条消息屏障
        mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
        // post 一个 Callback
        mChoreographer.postCallback(Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
      }
    }

    private void postCallbackDelayedInternal(int callbackType, Object action, Object token, long delayMillis) {
      synchronized (mLock) {
        ...
        if (dueTime <= now) {
          scheduleFrameLocked(now);
        } else {
          ...
        }
      }
    }

    private void scheduleFrameLocked(long now) {
      if (!mFrameScheduled) {
        mFrameScheduled = true;
        if (USE_VSYNC) {
          // 是否在 Choreographer 的工作线程
          if (isRunningOnLooperThreadLocked()) {
            scheduleVsyncLocked();
          } else {
            Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_SCHEDULE_VSYNC);
            msg.setAsynchronous(true);
            mHandler.sendMessageAtFrontOfQueue(msg);
          }
        } else {
          ...
        }
      }
    }
    // 请求接收下一次 VSync 信号
    private void scheduleVsyncLocked() {
      mDisplayEventReceiver.scheduleVsync();
    }

由上面的源码可以看出，每一次调用 requestLayout 方法，都会主动调用 scheduleVsync 方法来接收下一次的 VSync 信号。也就是说在下一次 VSync 信号来之前，就算连续调用 n 次的 requestLayout 方法，也并不会触发刷新绘制流程。

3. 接收 VSync 信号

应用 App 请求了要接收下一次的 VSync 信号，那么 SurfaceFlinger 服务怎么把 VSync 信号，发给我们的应用 App ？这个得从 DisplayEventReceiver 的初始化入手，涉及到跨进程通信也涉及到 Native 层源码。

    public DisplayEventReceiver(Looper looper) {
      ...
      // nativeInit 
      mReceiverPtr = nativeInit(new WeakReference(this), mMessageQueue);
    }

    static jlong nativeInit(JNIEnv* env, jclass clazz, jobject receiverWeak, jobject messageQueueObj) {
      sp receiver = new NativeDisplayEventReceiver(env, receiverWeak, messageQueue);
      // 初始化方法
      status_t status = receiver->initialize();
      receiver->incStrong(gDisplayEventReceiverClassInfo.clazz); // retain a reference for the object
      return reinterpret_cast(receiver.get());
    }

    status_t NativeDisplayEventReceiver::initialize() {
      // 接收端的 fd 添加到 Looper
      int rc = mMessageQueue->getLooper()->addFd(mReceiver.getFd(), 0, Looper::EVENT_INPUT,this, NULL);
      return OK;
    }
    // 跨进程创建一个 mEventConnection 对象
    DisplayEventReceiver::DisplayEventReceiver() {
      sp sf(ComposerService::getComposerService());
      if (sf != NULL) {
        mEventConnection = sf->createDisplayEventConnection();
        if (mEventConnection != NULL) {
            mDataChannel = mEventConnection->getDataChannel();
        }
      }
    }
    // 获取接收端的 fd
    int DisplayEventReceiver::getFd() const {
      if (mDataChannel == NULL)
          return NO_INIT;
      return mDataChannel->getFd();
    }
    // VSync 信号来会回调到这个方法
    int NativeDisplayEventReceiver::handleEvent(int receiveFd, int events, void* data) {
      // Drain all pending events, keep the last vsync.
      nsecs_t vsyncTimestamp;
      int32_t vsyncDisplayId;
      uint32_t vsyncCount;
      if (processPendingEvents(&vsyncTimestamp, &vsyncDisplayId, &vsyncCount)) {
        mWaitingForVsync = false;
        dispatchVsync(vsyncTimestamp, vsyncDisplayId, vsyncCount);
      }
      return 1; // keep the callback
    }

    void NativeDisplayEventReceiver::dispatchVsync(nsecs_t timestamp, int32_t id, uint32_t count) {
      JNIEnv* env = AndroidRuntime::getJNIEnv();
      ScopedLocalRef receiverObj(env, jniGetReferent(env, mReceiverWeakGlobal));
      if (receiverObj.get()) {
        // 回掉到 Java 层的 dispatchVsync 方法
        env->CallVoidMethod(receiverObj.get(),
                gDisplayEventReceiverClassInfo.dispatchVsync, timestamp, id, count);
      }
    }

    @Override
    public void onVsync(long timestampNanos, int builtInDisplayId, int frame) {
      // 发消息执行 doFrame 方法，真正开始刷新绘制流程
      mTimestampNanos = timestampNanos;
      mFrame = frame;
      Message msg = Message.obtain(mHandler, this);
      msg.setAsynchronous(true);
      mHandler.sendMessageAtTime(msg, timestampNanos / TimeUtils.NANOS_PER_MS);
    }

DisplayEventReceiver 在初始化时会创建与 SurfaceFlinger 的 Connection 连接，当应用 App 主动发起 requestNextVsync 后，SurfaceFlinger 会在下一个 VSync 信号来的时候，主动通知我们的应用 App ，回掉到 Java 层的 onVsync 方法，开始真正的刷新绘制流程。

视频地址：https://pan.baidu.com/s/1tQ7omRNg8BgldnkjdlBPlw 
视频密码：6hlc