Choreographer源碼理解

Choreographer的作用

1丧慈、負(fù)責(zé)接收和處理 App 的各種更新消息和回調(diào)丈牢，等到 Vsync 到來的時候統(tǒng)一處理删豺。比如集中處理 Input(主要是 Input 事件的處理) 立砸、Animation(動畫相關(guān))戈咳、Traversal(包括 measure网沾、layout癞蚕、draw 等操作) ，判斷卡頓掉幀情況辉哥，記錄 CallBack 耗時等

2桦山、負(fù)責(zé)請求和接收 Vsync 信號。接收 Vsync 事件回調(diào)(通過 FrameDisplayEventReceiver.onVsync )醋旦；請求 Vsync(FrameDisplayEventReceiver.scheduleVsync) .

Choreographer初始化

private Choreographer(Looper looper, int vsyncSource) {
        mLooper = looper;//1
        mHandler = new FrameHandler(looper);//2
        mDisplayEventReceiver = USE_VSYNC
                ? new FrameDisplayEventReceiver(looper, vsyncSource)
                : null;//3
        mLastFrameTimeNanos = Long.MIN_VALUE;

        mFrameIntervalNanos = (long)(1000000000 / getRefreshRate());

        mCallbackQueues = new CallbackQueue[CALLBACK_LAST + 1];//4
        for (int i = 0; i <= CALLBACK_LAST; i++) {
            mCallbackQueues[i] = new CallbackQueue();
        }
        // b/68769804: For low FPS experiments.
        setFPSDivisor(SystemProperties.getInt(ThreadedRenderer.DEBUG_FPS_DIVISOR, 1));
    }

首先需要一個Looper,然后通過Looper來創(chuàng)建一個Handler對象恒水。載創(chuàng)建一個mDisplayEventReceiver對象，主要是處理Vsync信號的回調(diào)和請求饲齐。最后初始化一個回調(diào)隊列钉凌。

FrameHandler

private final class FrameHandler extends Handler {
        public FrameHandler(Looper looper) {
            super(looper);
        }

        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
            switch (msg.what) {
                case MSG_DO_FRAME:
                    doFrame(System.nanoTime(), 0);//1
                    break;
                case MSG_DO_SCHEDULE_VSYNC:
                    doScheduleVsync();//2
                    break;
                case MSG_DO_SCHEDULE_CALLBACK:
                    doScheduleCallback(msg.arg1);//3
                    break;
            }
        }
    }

1表示開始下一幀的渲染操作

2表示請求Vsync

3表示處理callback

FrameDisplayEventReceiver

private final class FrameDisplayEventReceiver extends DisplayEventReceiver
            implements Runnable {
    
        @Override
        public void onVsync(long timestampNanos, long physicalDisplayId, int frame) {
            ....
            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);
        }
    }

該類繼承DisplayEventReceiver，實現(xiàn)其兩個方法為onVsync（）和run()捂人，onVsync（）主要是處理Vsync信號的回調(diào)御雕，然后將消息設(shè)置成異步，通過我們的FrameHandler發(fā)送出去滥搭。run()則是調(diào)用doFrame()酸纲，表示我們接收到Vsync信號之后，開始下一幀的渲染瑟匆。

onVsync()方法中只是使用mHandler發(fā)送消息到MessageQueue中闽坡，不一定是立刻執(zhí)行，如果MessageQueue中前面有較為耗時的操作，那么就要等完成无午，才會執(zhí)行本次的doFrame()媒役。

前面說了，F(xiàn)rameDisplayEventReceiver是請求和回調(diào)宪迟，那請求時在哪里了酣衷？

@UnsupportedAppUsage
    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);
        }
    }

真正的請求是在DisplayEventReceiver類中的scheduleVsync()，里面調(diào)用的是一個native方法來進(jìn)行請求Vsync信號次泽。DisplayEventReceiver 初始化完成后穿仪，Choreographer 與 SurfaceFlinger 的 Vsync 信號傳遞通道就建立好了，后續(xù)有 Vsync 信號到來時意荤，就可以沿著這條通道啊片，一路回調(diào)到 Java 層的 Choreographer.FrameDisplayEventReceiver.onVsync 方法。

callback類型

//輸入事件玖像，首先執(zhí)行
    public static final int CALLBACK_INPUT = 0;
    //動畫紫谷，第二執(zhí)行
    public static final int CALLBACK_ANIMATION = 1;
    //繪制，第三執(zhí)行
    public static final int CALLBACK_TRAVERSAL = 2;
    //提交捐寥，最后執(zhí)行笤昨，
    public static final int CALLBACK_COMMIT = 3;

callback類型四種，其執(zhí)行的順序為0-》1-》2-》3

執(zhí)行流程

那什么時候會用到Choreographer握恳，通過調(diào)用invalidate()或者requestLayout()方法的時候瞒窒，也就是我們需要UI繪制的時候，需要用到Choreographer乡洼。

上面的兩個方法最終都會走到scheduleTraversals()崇裁。

scheduleTraversals()

void scheduleTraversals() {
        if (!mTraversalScheduled) {
            mTraversalScheduled = true;
            mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
            mChoreographer.postCallback(
                    Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
            if (!mUnbufferedInputDispatch) {
                scheduleConsumeBatchedInput();
            }
            notifyRendererOfFramePending();
            pokeDrawLockIfNeeded();
        }
    }

首先會設(shè)置一個同步屏障，然后調(diào)用postCallback()方法.postCallback()方法中繼續(xù)調(diào)用postCallbackDelayed()束昵，最終會調(diào)用postCallbackDelayedInternal()方法拔稳。

postCallbackDelayedInternal()

private void postCallbackDelayedInternal(int callbackType,
            Object action, Object token, long delayMillis) {
        
        synchronized (mLock) {
            final long now = SystemClock.uptimeMillis();
            final long dueTime = now + delayMillis;
            mCallbackQueues[callbackType].addCallbackLocked(dueTime, action, token);

            if (dueTime <= now) {
                scheduleFrameLocked(now);
            } else {
                Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_SCHEDULE_CALLBACK, action);
                msg.arg1 = callbackType;
                msg.setAsynchronous(true);
                mHandler.sendMessageAtTime(msg, dueTime);
            }
        }
    }

如果dueTime<=當(dāng)前時間，則會去請求Vsync信號妻怎，否則通過handler發(fā)送一條異步消息到隊列中壳炎。

private void scheduleFrameLocked(long now) {
        if (!mFrameScheduled) {
            mFrameScheduled = true;
            if (USE_VSYNC) {
                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);
                Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_FRAME);
                msg.setAsynchronous(true);
                mHandler.sendMessageAtTime(msg, nextFrameTime);
            }
        }
    }

1、如果系統(tǒng)未開啟 VSYNC 機(jī)制逼侦，此時直接發(fā)送 MSG_DO_FRAME 消息到 FrameHandler匿辩，此時直接執(zhí)行 doFrame 方法。

2榛丢、Android 4.1 之后系統(tǒng)默認(rèn)開啟 VSYNC铲球，在 Choreographer 的構(gòu)造方法會創(chuàng)建一個 FrameDisplayEventReceiver，scheduleVsyncLocked 方法將會通過它申請 VSYNC 信號晰赞。

3稼病、isRunningOnLooperThreadLocked 方法选侨，其內(nèi)部根據(jù) Looper 判斷是否在原線程，否則發(fā)送消息到 FrameHandler然走。最終還是會調(diào)用 scheduleVsyncLocked 方法申請 VSYNC 信號援制。

請求Vsync信號成功之后，就會走onVsync()回調(diào)芍瑞。onVsync()中晨仑，將接收器本身作為runnable傳入異步消息msg，并使用mHandler發(fā)送msg拆檬，最終執(zhí)行的就是doFrame()方法洪己。

doFrame()

void doFrame(long frameTimeNanos, int frame) {
        final long startNanos;
        synchronized (mLock) {
            long intendedFrameTimeNanos = frameTimeNanos;
            startNanos = System.nanoTime();
            final long jitterNanos = startNanos - frameTimeNanos;
            if (jitterNanos >= mFrameIntervalNanos) {
                final long skippedFrames = jitterNanos / mFrameIntervalNanos;
                if (skippedFrames >= SKIPPED_FRAME_WARNING_LIMIT) {
                    Log.i(TAG, "Skipped " + skippedFrames + " frames!  "
                            + "The application may be doing too much work on its main thread.");
                }
                final long lastFrameOffset = jitterNanos % mFrameIntervalNanos;
                if (DEBUG_JANK) {
                    Log.d(TAG, "Missed vsync by " + (jitterNanos * 0.000001f) + " ms "
                            + "which is more than the frame interval of "
                            + (mFrameIntervalNanos * 0.000001f) + " ms!  "
                            + "Skipping " + skippedFrames + " frames and setting frame "
                            + "time to " + (lastFrameOffset * 0.000001f) + " ms in the past.");
                }
                frameTimeNanos = startNanos - lastFrameOffset;
            }

            if (frameTimeNanos < mLastFrameTimeNanos) {
                if (DEBUG_JANK) {
                    Log.d(TAG, "Frame time appears to be going backwards.  May be due to a "
                            + "previously skipped frame.  Waiting for next vsync.");
                }
                scheduleVsyncLocked();
                return;
            }

            if (mFPSDivisor > 1) {
                long timeSinceVsync = frameTimeNanos - mLastFrameTimeNanos;
                if (timeSinceVsync < (mFrameIntervalNanos * mFPSDivisor) && timeSinceVsync > 0) {
                    scheduleVsyncLocked();
                    return;
                }
            }

            mFrameInfo.setVsync(intendedFrameTimeNanos, frameTimeNanos);
            mFrameScheduled = false;
            mLastFrameTimeNanos = frameTimeNanos;
        }

        try {
            Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_VIEW, "Choreographer#doFrame");
            AnimationUtils.lockAnimationClock(frameTimeNanos / TimeUtils.NANOS_PER_MS);

            mFrameInfo.markInputHandlingStart();
            doCallbacks(Choreographer.CALLBACK_INPUT, frameTimeNanos);

            mFrameInfo.markAnimationsStart();
            doCallbacks(Choreographer.CALLBACK_ANIMATION, frameTimeNanos);
            doCallbacks(Choreographer.CALLBACK_INSETS_ANIMATION, frameTimeNanos);

            mFrameInfo.markPerformTraversalsStart();
            doCallbacks(Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, frameTimeNanos);

            doCallbacks(Choreographer.CALLBACK_COMMIT, frameTimeNanos);
        } finally {
            AnimationUtils.unlockAnimationClock();
            Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_VIEW);
        }
    }

在doFrame方法中，主要做了以下的事：

1竟贯、計算掉幀邏輯

Choreographer.doFrame 的掉幀檢測比較簡單答捕，Vsync 信號到來的時候會標(biāo)記一個 start_time ，執(zhí)行 doFrame 的時候標(biāo)記一個 end_time 屑那，這兩個時間差就是 Vsync處理時延拱镐，也就是掉幀。
這種方法計算的掉幀齐莲，是前一幀的掉幀情況痢站，而不是這一幀的掉幀情況磷箕，這個計算方法是有缺陷的选酗，會導(dǎo)致有的掉幀沒有被計算到

2、記錄幀繪制信息

Choreographer 中 FrameInfo 來負(fù)責(zé)記錄幀的繪制信息岳枷，doFrame 執(zhí)行的時候芒填，會把每一個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的繪制時間記錄下來，我們使用 dumpsys gfxinfo 就可以看到空繁。

3殿衰、執(zhí)行 CALLBACK_INPUT、CALLBACK_ANIMATION盛泡、CALLBACK_TRAVERSAL闷祥、CALLBACK_COMMIT

最后執(zhí)行的是c.run(frameTimeNanos);

public void run(long frameTimeNanos) {
            if (token == FRAME_CALLBACK_TOKEN) {
                ((FrameCallback)action).doFrame(frameTimeNanos);
            } else {
                ((Runnable)action).run();
            }
        }

最后調(diào)用的是run（）；

現(xiàn)在我們再來看scheduleTraversals()

void scheduleTraversals() {
        if (!mTraversalScheduled) {
            mTraversalScheduled = true;
            mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
            mChoreographer.postCallback(
                    Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
            
        }
    }

((Runnable)action).run()其實執(zhí)行的是mTraversalRunnable傲诵。

mTraversalRunnable()

final class TraversalRunnable implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            doTraversal();
        }
    }
    
    void doTraversal() {
        if (mTraversalScheduled) {
            mTraversalScheduled = false;
            mHandler.getLooper().getQueue().removeSyncBarrier(mTraversalBarrier);
            performTraversals();//1
        }
    }

從1可以知道凯砍，熟悉view的繪制流程的就知道在performTraversals()中會去執(zhí)行Measure(),Layout(),Draw()，就這樣就形成了一個閉環(huán)拴竹。

vsync.png

小結(jié)

1悟衩、Choreographer 是線程單例的，而且必須要和一個 Looper 綁定栓拜，因為其內(nèi)部有一個 Handler 需要和 Looper 綁定座泳，一般是 App 主線程的 Looper 綁定惠昔。

2、DisplayEventReceiver 是一個 abstract class挑势，其 JNI 的代碼部分會創(chuàng)建一個IDisplayEventConnection 的 Vsync 監(jiān)聽者對象镇防。這樣，來自 AppEventThread 的 VSYNC 中斷信號就可以傳遞給 Choreographer 對象了潮饱。當(dāng) Vsync 信號到來時营罢，DisplayEventReceiver 的 onVsync 函數(shù)將被調(diào)用。

3饼齿、DisplayEventReceiver 還有一個 scheduleVsync 函數(shù)饲漾。當(dāng)應(yīng)用需要繪制UI時，將首先申請一次 Vsync 中斷缕溉，然后再在中斷處理的 onVsync 函數(shù)去進(jìn)行繪制考传。

4、Choreographer 定義了一個 FrameCallback interface证鸥，每當(dāng) Vsync 到來時僚楞，其 doFrame 函數(shù)將被調(diào)用。這個接口對 Android Animation 的實現(xiàn)起了很大的幫助作用枉层。以前都是自己控制時間泉褐，現(xiàn)在終于有了固定的時間中斷。

5鸟蜡、Choreographer 的主要功能是膜赃，當(dāng)收到 Vsync 信號時，去調(diào)用使用者通過 postCallback 設(shè)置的回調(diào)函數(shù)揉忘。目前一共定義了四種類型的回調(diào)跳座，它們分別是：

CALLBACK_INPUT : 處理輸入事件處理有關(guān)
CALLBACK_ANIMATION ：處理 Animation 的處理有關(guān)
CALLBACK_TRAVERSAL : 處理和 UI 等控件繪制有關(guān)
CALLBACK_COMMIT ：處理 Commit 相關(guān)回調(diào)

6、CALLBACK_INPUT 泣矛、CALLBACK_ANIMATION 會修改 view 的屬性疲眷，所以要先于 CALLBACK_TRAVERSAL 執(zhí)行