前言
今天一個朋友去面試，被問到
- 為什么Loop 死循環(huán)而不阻塞UI線程玖像？
- 為什么子線程不能更新UI紫谷？是不是子線程一定不可以更新UI？
- SurfaceView是為什么可以直接子線程繪制呢捐寥？
- 用SurfaceView 做一個小游戲笤昨，別踩百塊，so easy!
今天我們來一起討論一下這些問題握恳，在看下面討論時瞒窒，你需要掌握Android Handler，View 線程等基礎知識乡洼。
單線程 異步消息的原理
我們剛開始學習移動端開發(fā)的時候崇裁，不管是Android，還是IOS束昵，經(jīng)常會聽到一句話拔稳，網(wǎng)絡請求是耗時操作，需要開一個單獨的線程請求網(wǎng)絡锹雏。
而如果最近接觸過Flutter的同學巴比，可能知道網(wǎng)絡請求只是一個異步操作，不需要開單獨的線程或者進程進行耗時請求礁遵，那這種機制是什么樣的原理呢轻绞？
這里先解釋一下，網(wǎng)絡請求是一個耗時操作的確是沒問題的佣耐，但是他不是一個耗CPU的操作政勃，他僅僅是一個異步操作。那異步操作是不是可以用單線程就實現(xiàn)了呢兼砖？（因為他不耗CPU）
我們看一下異步消息的模型（生產(chǎn)者消費者模型）奸远，如下:
那么單線程的話，怎么搞呢讽挟？其實只要一個消息不斷的去讀隊列然走，如果沒有消息，那就只等待狀態(tài)戏挡，只要有消息進來芍瑞，比如點擊事件，滑動事件等褐墅，就可以直接取出消息執(zhí)行拆檬。
下面我們來看一下Android里面的異步消息實現(xiàn)機制 Handler洪己，主線程在APP啟動(ActivityThread)的時候，就會啟動消息循環(huán)竟贯，如下：
//ActivityThread 省略部分代碼
public static void main(String[] args) {
AndroidOs.install();
Process.setArgV0("<pre-initialized>");
Looper.prepareMainLooper(); //Handler啟動機制： Looper.prepare()
ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false, startSeq);
if (sMainThreadHandler == null) {
sMainThreadHandler = thread.getHandler();
}
Looper.loop();////Handler啟動原理： Looper.loop()
}
為什么Loop 死循環(huán)而不阻塞UI線程答捕？
//Looper
public static void loop() {
final Looper me = myLooper();
for (;;) {
Message msg = queue.next(); // might block
if (msg == null) {
// No message indicates that the message queue is quitting.
return;
}
...
}
}
....
這個從上面的單線程異步消息模型，我們就可以知道屑那，他不是阻塞線程了拱镐，而是只要有消息插入MessageQueue隊列，就可以直接執(zhí)行持际。
UI更新被設計成單線程（主線程或者說是UI線程）的原因
我們知道UI刷新沃琅，需要在規(guī)定時間內(nèi)完成，以此帶來流暢的體驗蜘欲。如果刷新頻率是60HZ的話益眉，需要在16ms內(nèi)完成一幀的繪制，除了一些人為原因姥份，怎么做才能達到UI刷新高效呢郭脂？
事實就是UI線程被設計成單線程訪問？這樣有什么好處呢澈歉？
- 單線程訪問展鸡，是不需要加鎖的。
- 如果多個線程訪問那就需要加鎖埃难，耗時會比較多娱颊，如果多線程訪問不加鎖，多個線程共同訪問更新操作同一個UI控件時容易發(fā)生不可控的錯誤凯砍。
所以UI線程被設計成單線才能程訪問，也是這樣設計的一個偽鎖拴竹。
是不是子線程一定不可以更新UI
答案是否定的悟衩，有些人可能認為SurfaceView的畫布就可以在子線程中訪問，這個本來就是另外的一個范疇栓拜，我們下一節(jié)討論座泳。
從上面一節(jié)，我們知道幕与，UI線程被設計成單線程訪問的挑势，但是看代碼，他設計只是在訪問UI的時候檢測線程是否是主線程啦鸣。如下:
//ViewRootImpl
void checkThread() {
if (mThread != Thread.currentThread()) {
throw new CalledFromWrongThreadException(
"Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views.");
}
}
那我們可不可以繞過這個checkThread方法呢潮饱？來達到子線程訪問UI，我們先看一段代碼：
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
private TextView tvTest;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
tvTest = findViewById(R.id.tvTest);
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
tvTest.setText("測試子線程加載");
}
}).start();
}
}
這段代碼是可以直接運行成功的诫给，并且沒有任何問題配紫，那這是是為什么呢克胳？可能你已經(jīng)猜想到這是為什么了—— 繞過了checkThread方法内狗。
下面來分析一下原因:
訪問及刷新UI，最后都會調(diào)用到ViewRootImpl扑毡，如果對ViewRootImpl還很陌生，可以參考我的另一篇博客 Android 繪制原理淺析【干貨】盛险。
那么直接在onCreate 啟動時瞄摊，ViewRootImpl肯定還沒啟動起來啊，不然苦掘，那刷新肯定失敗换帜，我們可以驗證一下。把上面Thread 里面加一個延遲,變成這樣
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
private TextView tvTest;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
tvTest = findViewById(R.id.tvTest);
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
tvTest.setText("測試子線程加載");
}
}).start();
}
}
運行起來直接崩潰
android.view.ViewRootImpl$CalledFromWrongThreadException: Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views.
at android.view.ViewRootImpl.checkThread(ViewRootImpl.java:7753)
at android.view.ViewRootImpl.requestLayout(ViewRootImpl.java:1225)
at android.view.View.requestLayout(View.java:23093)
at android.view.View.requestLayout(View.java:23093)
at android.view.View.requestLayout(View.java:23093)
at android.view.View.requestLayout(View.java:23093)
at android.view.View.requestLayout(View.java:23093)
at android.view.View.requestLayout(View.java:23093)
at androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout.requestLayout(ConstraintLayout.java:3172)
at android.view.View.requestLayout(View.java:23093)
at android.widget.TextView.checkForRelayout(TextView.java:8908)
at android.widget.TextView.setText(TextView.java:5730)
at android.widget.TextView.setText(TextView.java:5571)
at android.widget.TextView.setText(TextView.java:5528)
at com.ding.carshdemo.MainActivity$1.run(MainActivity.java:27)
和猜想一致鸟蜡，那么ViewRootImpl是什么時候被啟動起來的呢膜赃？
在Android 繪制原理淺析【干貨】
中提到，當Activity準備好后揉忘，最終會調(diào)用到Activity中的makeVisible跳座，并通過WindowManager添加View,代碼如下
//Activity
void makeVisible() {
if (!mWindowAdded) {
ViewManager wm = getWindowManager();
wm.addView(mDecor, getWindow().getAttributes());
mWindowAdded = true;
}
mDecor.setVisibility(View.VISIBLE);
}
看一下wm addView方法
//WindowManagerImpl
public void addView(@NonNull View view, @NonNull ViewGroup.LayoutParams params) {
applyDefaultToken(params);
mGlobal.addView(view, params, mContext.getDisplay(), mParentWindow);
}
在看一下mGlobal.addView方法
//WindowManagerGlobal
public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params,
Display display, Window parentWindow) {
ViewRootImpl root;
.....
View panelParentView = null;
synchronized (mLock) {
root = new ViewRootImpl(view.getContext(), display);
view.setLayoutParams(wparams);
mViews.add(view);
mRoots.add(root);
}
...
}
終于找到了ViewRootImpl的創(chuàng)建。那么回到上面makeVisible是什么時候被調(diào)用到的呢泣矛？
看Activity啟動流程時疲眷，我們知道，Ativity的啟動和AMS交互的代碼在ActivityThread中您朽，搜索makeVisible方法狂丝，可以看到調(diào)用地方為
//ActivityThrea
public void handleResumeActivity(IBinder token, boolean finalStateRequest, boolean isForward,
String reason) {
...
if (r.activity.mVisibleFromClient) {
r.activity.makeVisible();
}
...
}
private void updateVisibility(ActivityClientRecord r, boolean show) {
....
if (show) {
if (!r.activity.mVisibleFromServer) {
if (r.activity.mVisibleFromClient) {
r.activity.makeVisible();
}
...
}
//調(diào)用updateVisibility地方為
handleStopActivity() handleWindowVisibility() handleSendResult()
這里我們只關注ViewRootImpl創(chuàng)建的第一個地方，從Acitivity聲明周期handleResumeActivity會被優(yōu)先調(diào)用到哗总，也就是說在handleResumeActivity啟動后（OnResume）几颜，ViewRootImpl就被創(chuàng)建了，這個時候讯屈，就無法在在子線程中訪問UI了蛋哭，上面子線程延遲了一會，handleResumeActivity已經(jīng)被調(diào)用了涮母，所以發(fā)生了崩潰谆趾。
SurfaceView是為什么可以直接子線程繪制呢?
在Android 繪制原理淺析【干貨】 提到了，我們一般的View有一個Surface叛本，并且對應SurfaceFlinger的一塊內(nèi)存區(qū)域沪蓬。這個本地Surface和View是綁定的，他的繪制操作来候，最終都會調(diào)用到ViewRootImpl跷叉，那么這個就會被檢查是否主線程了，所以只要在ViewRootImpl啟動后，訪問UI的所有操作都不可以在子線程中進行性芬。
那SurfaceView為什么可以子線程訪問他的畫布呢峡眶？如下
public class MainActivity extends AppCompatActivity implements SurfaceHolder.Callback {
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
SurfaceView surfaceView = findViewById(R.id.sv);
surfaceView.getHolder().addCallback(this);
}
@Override
public void surfaceCreated(final SurfaceHolder holder) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
while (true){
Canvas canvas = holder.lockCanvas();
canvas.drawColor(Color.RED);
holder.unlockCanvasAndPost(canvas);
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}).start();
}
@Override
public void surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width, int height) {
}
@Override
public void surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder) {
}
}
其實查看SurfaceView的代碼，可以發(fā)現(xiàn)他自帶一個Surface
public class SurfaceView extends View implements ViewRootImpl.WindowStoppedCallback {
...
final Surface mSurface = new Surface();
...
}
在SurfaceView的updateSurface()中
protected void updateSurface() {
....
if (creating) {
//View自帶Surface的創(chuàng)建
mSurfaceSession = new SurfaceSession(viewRoot.mSurface);
mDeferredDestroySurfaceControl = mSurfaceControl;
updateOpaqueFlag();
final String name = "SurfaceView - " + viewRoot.getTitle().toString();
mSurfaceControl = new SurfaceControlWithBackground(
name,
(mSurfaceFlags & SurfaceControl.OPAQUE) != 0,
new SurfaceControl.Builder(mSurfaceSession)
.setSize(mSurfaceWidth, mSurfaceHeight)
.setFormat(mFormat)
.setFlags(mSurfaceFlags));
}
//SurfaceView 中自帶的Surface
if (creating) {
mSurface.copyFrom(mSurfaceControl);
}
....
}
SurfaceView中的mSurface也有在SurfaceFlinger對應的內(nèi)存區(qū)域植锉，這樣就很容易實現(xiàn)子線程訪問畫布了辫樱。
這樣設計有什么不好的地方嗎？
因為這個 mSurface 不在 View 體系中俊庇，它的顯示也不受 View 的屬性控制狮暑，所以不能進行平移，縮放等變換辉饱，也不能放在其它 ViewGroup 中搬男，一些 View 中的特性也無法使用。
別踩百塊
我們知道SurfaceView可以在子線程中刷新畫布（所稱的離屏刷新）彭沼，那做一些刷新頻率高的游戲缔逛，就很適合.下面我們開始擼一個前些年比較火的小游戲。
看游戲分為幾個步驟姓惑，這里主要講一下原理和關鍵代碼(下面有完整代碼地址)
- 繪制一幀
- 動起來
- 手勢交互
- 判斷游戲是否結(jié)束
- 優(yōu)化內(nèi)存
繪制一幀
我們把一行都成一個圖像褐奴，那么他有一個黑色塊，和多個白色塊組成. 那就可以簡單抽象為：
public class Block {
private int height;
private int top;
private int random = 0; //第幾個是黑色塊
}
繪制邏輯
public void draw(Canvas canvas,int random){
this.random=random;
canvas.save();
for(int i=0;i<WhiteAndBlack.DEAFAUL_LINE_NUME;i++){
if(random == i){
blackRect=new Rect(left+i*width,top,width+width*i,top+height);
canvas.drawRect(left+i*width,top,width+width*i,top+height,mPaint);
}else if(error == i){
canvas.drawRect(left+i*width,top,width+width*i,top+height, errorPaint);
}else{
canvas.drawRect(left+i*width,top,width+width*i,top+height,mDefaultPaint);
}
}
canvas.restore();
}
那么一行的數(shù)據(jù)有了于毙，我只需要一個List就可以繪制一屏幕的數(shù)據(jù)
//List<Block> list;
private void drawBg() {
synchronized (list) {
mCanvas.drawColor(Color.WHITE);
if (list.size() == 0) {
for (int i = 0; i <= DEAULT_HEIGHT_NUM; i++) {
addBlock(i);
}
} else {
......
}
}
}
private void addBlock(int i) {
Block blok = new Block(mContext);
blok.setTop(mHeight - (mHeight / DEAULT_HEIGHT_NUM) * i);
int random = (int) (Math.random() * DEAFAUL_LINE_NUME);
blok.draw(mCanvas, random);
list.add(blok);
}
要讓其動起來
SurfaceView在不斷的刷新敦冬，那么只要讓List里面的數(shù)據(jù)每一行的top不斷增加，下面沒有數(shù)據(jù)了唯沮，直接添加到上面
//SurfaceView 新開的子線程Thread
@Override
public void run() {
isRunning=true;
while (isRunning){
draw();
}
}
private void draw() {
try {
mCanvas = mHolder.lockCanvas();
if(mCanvas !=null) {
drawBg();
// removeNotBg();
// checkGameover(-1,-1);
}
}catch (Exception e){
}finally {
mHolder.unlockCanvasAndPost(mCanvas);
}
}
private void drawBg() {
synchronized (list) {
mCanvas.drawColor(Color.WHITE);
if (list.size() == 0) {
....
} else {
for (Block block : list) {
//top 不斷添加
block.setTop(block.getTop() + mSpeend);
block.draw(mCanvas, block.getRandom());
}
if (list.get(list.size() - 1).getTop() >= 0) {
Block block = new Block(mContext);
block.setTop(list.get(list.size() - 1).getTop() - (mHeight / DEAULT_HEIGHT_NUM));
int random = (int) (Math.random() * DEAFAUL_LINE_NUME);
block.draw(mCanvas, random);
//如果上面的top出去了脖旱，那下面在加一個block
list.add(block);
}
}
mCanvas.drawText(String.valueOf(count),350,mHeight/8,textPaint);
}
}
手勢交互
如果用戶黑塊點擊了,就開始游戲，如果已經(jīng)開始介蛉，那么點擊了正確的黑塊萌庆，就繪制成灰色并加速，并檢查游戲是否結(jié)束了
@Override
public boolean onTouchEvent(MotionEvent event) {
switch (event.getAction()) {
case MotionEvent.ACTION_DOWN:
if(isRunning) {
checkGameover((int) event.getX(), (int) event.getY());
}else{
count=0;
list.clear();
mSpeend=0;
thread = new Thread(this);
thread.start();
}
break;
}
return super.onTouchEvent(event);
}
繪制灰色代碼見下面
判斷游戲是否結(jié)束了
- 下面到屏幕底端了币旧，還未點擊
- 點擊錯誤
private boolean checkGameover(int x,int y){
synchronized (list) {
for (Block block : list) {
if(x !=-1 && y !=-1) {
if (block.getBlackRect().contains(x, y)) {
count++;
if(mSpeend == 0){
mSpeend=DensityUtils.dp2px(getContext(),10);
}else if(mSpeend <=10){
mSpeend+=DensityUtils.dp2px(getContext(),2);
}else if(count == 60){
mSpeend+=DensityUtils.dp2px(getContext(),2);
} else if(count == 100){
mSpeend+=DensityUtils.dp2px(getContext(),2);
}else if(count == 200){
mSpeend+=DensityUtils.dp2px(getContext(),1);
} else if(count == 300){
mSpeend+=DensityUtils.dp2px(getContext(),1);
} else if(count == 400){
mSpeend+=DensityUtils.dp2px(getContext(),1);
}
block.setBlcakPaint();
} else if (y > block.getTop() && y < block.getTop() + block.getHeight()) {
isRunning = false;
block.setError(x / block.getWidth());
}
}else{
if(block.getTop()+block.getHeight()-50 >=mHeight && !block.isChick()){
isRunning=false;
block.setError(block.getRandom());
}
}
}
}
return false;
}
最后優(yōu)化一下內(nèi)存
因為我們在不斷的添加block践险，玩一會內(nèi)存就爆了，可以學習ListView佳恬，劃出屏幕后上方就移除.
private void removeNotBg() {
synchronized (list) {
for (Block block : list) {
if (block.getTop() >= mHeight) {
needRemoveList.add(block);
}
}
if(needRemoveList.size() !=0){
list.removeAll(needRemoveList);
needRemoveList.clear();
}
}
}
由于代碼量比較小，直接上傳到了百度云網(wǎng)盤于游，地址：
https://pan.baidu.com/s/1-pSwF34OWuMSTPioFYfWmA 提取碼: 2j3a
總結(jié)
在Android/IOS/Flutter/Window中毁葱，都有消息循環(huán)這套機制，保證了UI高效贰剥，安全倾剿。我們作為Android開發(fā)程序員，有必要掌握。如果文章對你有幫助前痘，幫忙點一下贊凛捏，非常謝謝。
