ui Android：同步屏障的简单理解和使用

同步屏障的简单理解和使用

1、背景2、何为同步屏障？2.1、 发送屏障消息——postSyncBarrier2.2、发送异步消息2.3、处理消息2.4、移除屏障消息——removeSyncBarrier

2、系统什么时候添加同步屏障？参考

1、背景

这里我们假设一个场景：我们向主线程发送了一个UI绘制操作Message，而此时消息队列中的消息非常多，那么这个Message的处理可能会得到延迟，绘制不及时造成界面卡顿。同步屏障机制的作用，是让这个绘制消息得以越过其他的消息，优先被执行。

2、何为同步屏障？

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。

什么是同步屏障？

开启同步屏障的第一步需要发送一个特殊消息作为屏障消息，当消息队列检测到了这种消息后，就会从这个消息开始，遍历后续的消息，只处理其中被标记为“异步”的消息，忽略同步消息（所以叫“同步屏障”），相当于给一部分消息开设了“VIP”优先通道。当使用完同步屏障后我们还注意移除屏障。

那么同步屏障如何使用，如何运行的呢，主要分为以下四步：

发送屏障消息（Message中target为空，target的类型是Handler）发送异步消息（发送被标记为asynchronous的消息）处理消息移除屏障消息（通过发送屏障消息时返回的token来删除消息）

图示Android系统原理之Handler同步屏障

2.1、 发送屏障消息——postSyncBarrier

MessageQueue中的postSyncBarrier方法：

public int postSyncBarrier() {

// uptimeMillis会返回从系统启动开始到现在的时间（不包括深度睡眠的时间）：milliseconds of non-sleep uptime since boot

return postSyncBarrier(SystemClock.uptimeMillis());

}

private int postSyncBarrier(long when) {

// Enqueue a new sync barrier token.

// We dont need to wake the queue because the purpose of a barrier is to stall it.

// 上面的意思是放一个新的同步屏障消息到队列中，它就会一直在那挡着（直到你移除它）

synchronized (this) {

// 屏障消息的token，作为唯一标识，用于移除屏障消息

final int token = mNextBarrierToken++;

// 循环利用Message对象

final Message msg = Message.obtain();

// 标记为正在使用，记录时间与token

msg.markInUse();

msg.when = when;

msg.arg1 = token;

// 下面代码的目的就是把屏障消息按时间排序插入到消息队列中，

// 前面的是早于自己的消息，后面的是晚于自己的消息

// 1、找到两个相邻的消息，使得 prev.when < msg.when < p.when

Message prev = null;

Message p = mMessages;

if (when != 0) {

while (p != null && p.when <= when) {

prev = p;

p = p.next;

}

}

// 2、插入屏障消息到prev与p之间

if (prev != null) { // invariant: p == prev.next

msg.next = p;

prev.next = msg;

} else {

msg.next = p;

mMessages = msg;

}

return token;

}

}

该方法会返回一个token，在移除屏障消息的时候使用。

这里插一句，感觉很多人其实不理解token到底是什么意思，我们在用户登录的时候也会用到token，其实token的意义就是一个唯一标识，token意思是“已经发生了”，就是给一个已发生的事物一个唯一标识。

postSyncBarrier的作用就是在消息队列中插入一个屏障消息，插入到什么位置呢，按消息的先来后到，排到对应的位置（消息都有记录when的，按when大小排队）。这里注意了，这个消息是没有给Message中的target赋值的，这个会作为后面判断是否开启同步屏障的依据。

2.2、发送异步消息

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

给Message标记异步是比较简单的，通过setAsynchronous方法即可。

Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_FRAME);

msg.setAsynchronous(true);

mHandler.sendMessageAtTime(msg, nextFrameTime);

public void setAsynchronous(boolean async) {

if (async) {

flags |= FLAG_ASYNCHRONOUS;

} else {

flags &= ~FLAG_ASYNCHRONOUS;

}

}

Handler有一系列带Boolean类型的参数的构造器，这个参数就是决定是否是异步Handler：

public Handler(@NonNull Looper looper, @Nullable Callback callback, boolean async) {

mLooper = looper;

mQueue = looper.mQueue;

mCallback = callback;

// 这里赋值

mAsynchronous = async;

}

在发送消息的时候就会给Message赋值：

private boolean enqueueMessage(@NonNull MessageQueue queue, @NonNull Message msg,

long uptimeMillis) {

msg.target = this;

msg.workSourceUid = ThreadLocalWorkSource.getUid();

// 赋值

if (mAsynchronous) {

msg.setAsynchronous(true);

}

return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);

}

2.3、处理消息

在MessageQueue的next方法中进行了消息读取，在这里做了同步屏障的相关判断：

......

int nextPollTimeoutMillis = 0;

for (;;) {

......

// 阻塞，nextPollTimeoutMillis为等待时间，如果为-1则会一直阻塞

nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);

synchronized (this) {

// Try to retrieve the next message. Return if found.

// 下面的代码目的是获取一个可用的消息，如果找到就return，

// 没找到就继续后面我省略的代码（省略了IdHandler的相关代码）

// 获取时间，还是通过uptimeMillis这个方法

final long now = SystemClock.uptimeMillis();

Message prevMsg = null;

Message msg = mMessages;

// 如果队列头部消息为屏障消息，即“target”为空的消息，则去寻找队列中的异步消息

if (msg != null && msg.target == null) {

// Stalled by a barrier. Find the next asynchronous message in the queue.

do {

prevMsg = msg;

msg = msg.next;

} while (msg != null && !msg.isAsynchronous());

}

// 如果队列头部消息不是屏障消息，就会直接处理

// 如果是，就会获取异步消息，获取的到就处理，获取不到就去运行省略的代码

if (msg != null) {

if (now < msg.when) {

// 当前时间小于消息的时间，设置进入下次循环后的等待时间

// 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 {

// Got a message.

// 一个标记，表示next循环是不是还在被阻塞着

mBlocked = false;

// 移除消息

if (prevMsg != null) {

// 移除异步消息

prevMsg.next = msg.next;

} else {

// 移除同步消息

mMessages = msg.next;

}

msg.next = null;

// 标记为正在使用

msg.markInUse();

return msg;

}

} else {

// No more messages.

// 没有获取到消息，接下来运行下面省略的代码，nextPollTimeoutMillis为“-1”，在循环开始的nativePollOnce方法将会一直阻塞。

nextPollTimeoutMillis = -1;

}

// Process the quit message now that all pending messages have been handled.

if (mQuitting) {

dispose();

return null;

}

......// IdleHandler

}// end of synchronized

......// IdleHandler

}

}

可以看到，在next方法的无限循环中，首先是nativePollOnce阻塞，然后是取消息的同步代码块（使用synchronized包裹），在这其中，首先取消息队列的头部消息（即mMessages），如果是屏障消息（消息的target为空），则寻找队列中的异步消息进行处理，否则直接处理这条头部消息。

在找到合适的消息后（if(msg != null)），会将即将处理的消息移除队列并返回；当然，如果没有找到就会将nextPollTimeoutMillis置为-1，让循环进入阻塞状态。

在next方法返回消息后，Looper会调用Handler的dispatchMessage回调到对应的方法中，我们来看看Looper.loop()方法：

public static void loop() {

.....

for (;;) {

// 无限取消息，“might block” 指的就是nativePollOnce的阻塞

Message msg = queue.next(); // might block

if (msg == null) {

// No message indicates that the message queue is quitting.

// 如果返回的消息是空的，则会退出循环。如果循环没退出并且没有消息，则会被nativePollOnce阻塞着。

return;

}

......

// 分发消息，target即是发送消息的Handler

msg.target.dispatchMessage(msg);

......

// 回收消息

msg.recycleUnchecked();

}

最后Handler的dispatchMessage就会调用到handleMessage或者Message的callback（callback为Runnable对象），运行消息所指向的内容：

public void dispatchMessage(Message msg) {

if (msg.callback != null) {

handleCallback(msg);

} else {

if (mCallback != null) {

if (mCallback.handleMessage(msg)) {

return;

}

}

handleMessage(msg);

}

}

2.4、移除屏障消息——removeSyncBarrier

使用同步屏障一定要记得移除消息，消息队列是不会自动移除的。我们通过MessageQueue的removeSyncBarrier方法移除屏障消息：

// Remove a sync barrier token from the queue.

// If the queue is no longer stalled by a barrier then wake it.

synchronized (this) {

// 找出屏障消息

Message prev = null;

Message p = mMessages;

while (p != null && (p.target != null || p.arg1 != token)) {

prev = p;

p = p.next;

}

if (p == null) {

throw new IllegalStateException("The specified message queue synchronization "

+ " barrier token has not been posted or has already been removed.");

}

// 移除屏障消息，并判断是否需要唤醒队列（nativePollOnce用于阻塞，nativeWake用于唤醒）

final boolean needWake;

if (prev != null) {

prev.next = p.next;

needWake = false;

} else {

mMessages = p.next;

needWake = mMessages == null || mMessages.target != null;// 消息队列为空或者首个消息不为屏障消息

}

// 被移除的屏障消息需要回收

p.recycleUnchecked();

// If the loop is quitting then it is already awake.

// We can assume mPtr != 0 when mQuitting is false.

if (needWake && !mQuitting) {

nativeWake(mPtr);

}

}

}

在removeSyncBarrier方法中，首先是去寻找屏障消息，找不到会抛出异常；

然后是移除屏障消息，并且判断是否需要唤醒消息队列继续取消息（唤醒next方法，这里的nativeWake用于唤醒，next方法中的nativePollOnce用于阻塞）。

2、系统什么时候添加同步屏障？

在请求监听Vsync信号时，阻塞Handler消息队列中的同步消息，优先保证接收Vsync信号的异步消息，及时生成新的屏幕数据，供屏幕显示。 关于Handler同步屏障你可能不知道的问题

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。

1、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：

2、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 VSYNC 信号监听。

3、当 VSYNC 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，直到VSYNC信号到来才会执行绘制任务并移除同步屏障。

@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();

}

}

//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

首先看mTraversalRunnable，它的作用就是从ViewRootImpl 从上往下执行performMeasure、performLayout、performDraw。 Choreographer编舞者同步屏障消息

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);

}

}

}

参考

1 、什么是Handler的同步屏障机制？ 2、关于Handler同步屏障你可能不知道的问题 3、图示Android系统原理之Handler同步屏障（三） 4、源码阅读#Handler（下）同步屏障与IdleHandler

好文推荐

 您阅读本篇文章共花了：