Android 刷新与显示

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屏幕显示原理：

显示刷新的过程

VSYNC机制具体实现

小结：

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屏幕显示原理：

过程描述：

应用向系统服务申请buffer

系统服务返回一个buffer给应用

应用开始绘制，绘制完成就提交buffer，系统服务把buffer数据提供给屏幕

这样，屏幕就能显示应用绘制的显示数据了

如果只有一个缓存，那么屏幕在还没有读完缓存数据的时候，系统服务又在写缓存数据，那么屏幕读取的这一帧数据其实就包含了两帧的数据，显示出来的可能一半是第一帧，一半是第二帧数据了。解决这个问题可以采用双缓冲区的方式。

这个操作过程大概是这样的，缓存1用于系统服务写数据，缓存2就用来给屏幕读取，

当屏幕需要读完缓存1的数据后需要读取下一帧数据，那么就把指针切换到缓存2来读取即可，同理系统服务就往缓存1来写数据，如此交替，就使得缓存的读写独立开来互不影响了。

显示刷新的过程

安卓定义的是60Hz的刷新率，就是每16ms屏幕的数据会刷新一次

那么我们分析一下显示刷新的过程：

应用进行绘制，然后由系统服务进行渲染并输出屏幕显示数据到缓存，屏幕读取缓存数据进行刷新显示。

第1帧：绘制渲染正常，所以屏幕能够正常显示第1帧数据

第2帧：没能在16ms内完成，因此就无法提供这一帧屏幕数据给缓存，所以屏幕也只能继续读取旧的数据，也就是第1帧数据。我们从视图描述看，第2帧的性能优化的不错，远远小于16ms，但是这一帧之所以会没能在16ms内完成绘制渲染提供缓存出来，是因为这一帧绘制的比较晚，导致这一帧还没有绘制完成就到了16ms了，这就是掉帧。如果这样的情况多了，就会让用户明显感受到卡顿。

该怎么解决这个问题呢？答案是：Vsync信号

如果有个Vsync信号，来通知应用绘制，那么这样就能实现每一帧都比较完美地在16ms内完成绘制渲染，提供显示数据了。

这就是Vsync给应用和服务进行绘制渲染提供同步信号的基本原理了

VSYNC机制具体实现

上面讲解vsync原理的时候为了简单起见，把绘制和渲染结合一起了，实际上绘制和渲染是由不同的进程，不同的硬件来处理的。在Android系统中，绘制是由应用app来做的，对应CPU的操作，合成与渲染是由SurfaceFlinger完成，对应的是GPU。现在的问题是一个Vsync信号只有1个，怎么来同时对两个进程提供同步信号呢？Android系统中的做法是一分为二，就是把信号分为vsync-app和vsync-sf，同时也引入一个指挥家Choreographer，进行操作指导。

我们先从请求绘制开始：

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

1）往消息队列插入SyncBarrier：这是一个屏障，把消息插入队列里就不可以处理普通消息，等到这个屏障撤除了才可以进行普通消息的处理。对异步消息是不影响的。

一次Vsync周期只能触发一次requestLayout，只会绘制一次

2）往mChoreographer插入Callback，mTraversalRunnable就是一个异步消息，需要紧急处理

Choreographer是与ViewRootImpl一起创建的

sThreadInstance是一个ThreadLocal，在不同的线程去getInstance可以得到不同的Choreographer的对象

Callback是怎么加到Choreographer里面呢？

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

final long now = SystemClock.uptimeMillis();获取下一vsync的时间戳

dueTime就是从这个时间后延迟多久

mCallbackQueues[callbackType].addCallbackLocked(dueTime, action, token);

一个CallbackQueues队列，不同的callbackType有不同的队列，包含有3个参数

如果dueTime小于现在的时间戳那么就是说下一帧就要被处理的。直接调scheduleFrameLocked处理，如果是大于下一次vsync的时间，则需要通过handler发送一个异步消息，等待处理。

代码可以看到，跑在所在looper的线程的时候就会立刻调度vsync，否则就尽快post一个消息去UI线程。所以就使用了Handler发送一个异步消息，

当vsync来的时候就会调用这个FrameDisplayEventReceiver，里面的timestampNanos就是这个vsync信号的时间戳，

绘制的时候jitterNanos如果大于一个时间周期，并且超过了SKIPPED_FRAME_WARNING_LIMIT的警告值就会给出一个警告，应用主线程耗时操作。

上面是属于计算时间的阶段，那么下一阶段就是一系列的回调阶段，包括：

从callbackqueue里面取出带有时间戳的callback进行处理

小结：

应用层的View调用了requestLayout要重绘，其实就是new了一个Choreographer丢到消息队列里面，然后Choreographer没有马上去处理消息，而是先是调用requestNextVsync函数向SurfaceFlinger请求下一个的vsync信号。然后SurfaceFlinger就会在下一个vsync信号来的时候通过postSyncEvent 向Choreographer发送一个通知，Choreographer接收到通知后就会去处理消息队列里面的消息，之前真正处理requestLayout的就是performTraversal这个方法，开始进行遍历等一系列操作。