阅读 204

什么是Handler的同步屏障机制?

这是我参与更文挑战的第4天,活动详情查看: 更文挑战

前言

对于Handler机制,想必大家都已经非常熟悉了吧,从迈进Android开发这扇大门的时候,就不停的研究和使用它,同样的这也是Android系统架构的精髓之一。然而在我们使用的时候,往往会忽略掉一些不常见却又很重要的内容,今天就来讲一讲经常被忽略的同步屏障以及异步消息。

绘制流程中窥视handler同步屏障

为了引出今天的主题,我们先来看看ui的渲染流程吧。在Android的绘制流程中,ViewRootImpl这个类发挥了非常重要的作用,首先我们看一下这个类中比较重要的一个方法requestLayout(),

    @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();
        }
    }
复制代码

requestLayout()中会通过checkThread()方法检查发起布局请求的线程是否为主线程(校验ViewRootImpl构造时记录的mThread, 和当前线程是否一致),之后,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);
            ...
        }
    }
复制代码

在这个方法中,涉及到三个比较重要的信息

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

  2. 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);
            }
        }
    }
复制代码

通过以上的分析,我们知道了,在刷新ui的时候原来会有这么多的参与者,但是那些什么同步消息、异步消息、消息屏障又是些什么东西呢?接下来我们就来研究一下。

何为同步屏障?

message分类

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。

同步屏障就是在消息队列中插入一个屏障,插入之后,所有的同步消息都会被屏蔽,不能被执行,但是异步消息却不受影响,可以继续执行。

插入消息屏障

正常插入消息会调用enqueueMessage方法,同时将handler赋值给message的target

    //将消息插入消息队列
    private boolean enqueueMessage(@NonNull MessageQueue queue, @NonNull Message msg,
            long uptimeMillis) {
        msg.target = this;
        msg.workSourceUid = ThreadLocalWorkSource.getUid();
        //进行判断是否将消息设置为异步消息
        if (mAsynchronous) {
            msg.setAsynchronous(true);
        }
        return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
    }
复制代码

在MessageQueue中进行判断,如果target为空也就是这个message没有对应的handler则会报异常。

 boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
        if (msg.target == null) {
            throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
        }
        if (msg.isInUse()) {
            throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
        }
        ...
        // 如果需要唤醒,则唤醒
        if (needWake) {
            nativeWake(mPtr);
        }
复制代码

通过MessageQueue的postSyncBarrier方法插入屏障,message的target属性为null

 private int postSyncBarrier(long when) {
       
        synchronized (this) {
            final int token = mNextBarrierToken++;
            //msg没有为target属性赋值
            final Message msg = Message.obtain();
            ...
            //根据时间插入到MessageQueue中
            if (when != 0) {
                while (p != null && p.when <= when) {
                    prev = p;
                    p = p.next;
                }
            }
            if (prev != null) { // invariant: p == prev.next
                msg.next = p;
                prev.next = msg;
            } else {
                msg.next = p;
                mMessages = msg;
            }
            //返回一个序号,通过它可以对屏障消息进行撤销
            return token;
        }
    }
复制代码

经过以上的操作,我们可以总结出

  • 屏障消息和普通消息的区别是屏障消息没有target属性,普通消息有target属性是因为要将消息分发给target指向的handler处理
  • 屏障消息会插入到MessageQueue中合适的位置,这个消息以后的普通消息将被屏蔽
  • postSyncBarrier返回一个int类型的数值,通过这个数值可以撤销屏障
  • postSyncBarrier方法是私有的,如果我们想调用它就得使用反射
  • 插入普通消息会唤醒消息队列,但是插入屏障不会

如何发送异步消息

通常我们发送的都是普通消息,如果想发送异步消息

  • 可以在创建handler时使用如下的构造器中的一种,同时将async参数设置为true,这样这个handler发送的消息就都是异步消息了。
    public Handler(boolean async) {
        this(null, async);
    }

    public Handler(@NonNull Looper looper, @Nullable Callback callback) {
        this(looper, callback, false);
    }
    
    public Handler(@Nullable Callback callback, boolean async) {
        ...
        mLooper = Looper.myLooper();
        if (mLooper == null) {
            throw new RuntimeException(
                "Can't create handler inside thread " + Thread.currentThread()
                        + " that has not called Looper.prepare()");
        }
        mQueue = mLooper.mQueue;
        mCallback = callback;
        mAsynchronous = async;
    }
复制代码
  • 除了这种方式还可以直接设置消息的类型为异步消息
 public void setAsynchronous(boolean async) {
        if (async) {
            flags |= FLAG_ASYNCHRONOUS;
        } else {
            flags &= ~FLAG_ASYNCHRONOUS;
        }
    }
复制代码

消息处理的过程

MessageQueue是通过next方法来遍历消息的

@UnsupportedAppUsage
    Message next() {
        for (;;) {
            nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
            synchronized (this) {
                Message msg = mMessages;
                //如果msg.target为空,也就是说是一个同步屏障消息,则进入这个判断里面
                if (msg != null && msg.target == null) {
                    // Stalled by a barrier.  Find the next asynchronous message in the queue.
                    //在这个while循环中,找到最近的一个异步消息
                    do {
                        prevMsg = msg;
                        msg = msg.next;
                    } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
                }
                //找到了异步消息
                if (msg != null) {
                    //如果消息的处理时间小于当前时间 则等待
                    if (now < msg.when) {
                        // 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.
                        //处理消息
                        mBlocked = false;
                        //将异步消息移除
                        if (prevMsg != null) {
                            prevMsg.next = msg.next;
                        } else {
                            mMessages = msg.next;
                        }
                        msg.next = null;
                        if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
                        msg.markInUse();
                        //返回异步消息
                        return msg;
                    }
                } else {
                    // No more messages.
                    //没有找到异步消息则进入阻塞状态,等待被唤醒
                    nextPollTimeoutMillis = -1;
                }
                ...
    }
复制代码

在这段代码中,可以看到,处理过程中会先判断此消息是否为屏障消息,如果是屏障消息,则去循环遍历,直到寻找到异步消息为止。通过这种方式跳过了普通消息,直接执行异步消息。也就是说同步屏障为handler消息机制提供了一种优先级策略,异步消息的优先级要高于同步消息

另外需要注意的是:同步屏障不会自动移除,使用完成之后需要手动移除,不然会造成同步消息无法处理。也就是上边提到的,通过removeSyncBarrier(int token)方法进行移除,token就是之前添加屏障时返回的token。

public void removeSyncBarrier(int token){}
复制代码

结语

通过以上的分析,想必对于handler消息机制中的几种不同的消息有了一个更深入的了解了吧,对于绘制流程中,为什么要发送一个同步屏障并且发送异步消息,应该心中也有了答案,不错,就是为了让保证在vsync信号到来时,异步任务可以优先执行,从而绘制任务可以被及时执行,避免造成界面卡顿。

参考资料:

文章分类
Android
文章标签