在分析源码之前我们需要简单了解下Choreographer
Choreographer 顾名思义编舞者。用来接收硬件发送的 VSync(垂直同步) 信号，一般情况下，硬件每 16ms 发送一次。Choreographer，是一个Java类，包路径android.view.Choreographer。类注释是“协调动画、输入和绘图的计时”。 通常 应用层不会直接使用Choreographer，而是使用更高级的API，例如动画和View绘制相关的ValueAnimator.start()、View.invalidate()等。业界一般通过Choreographer来监控应用的帧率。
Choreographer初始化构造
private Choreographer(Looper looper, int vsyncSource) {
//使用当前线程looper创建 mHandler
mLooper = looper;
mHandler = new FrameHandler(looper);
//USE_VSYNC 4.1以上默认是true，表示 具备接受VSync的能力，这个接受能力就是FrameDisplayEventReceiver
mDisplayEventReceiver = USE_VSYNC
? new FrameDisplayEventReceiver(looper, vsyncSource)
: null;
mLastFrameTimeNanos = Long.MIN_VALUE;
//计算一帧的时间，Android手机屏幕是60Hz的刷新频率，就是16ms
mFrameIntervalNanos = (long)(1000000000 / getRefreshRate());
//也就是数组中有五个链表，每个链表存相同类型的任务：输入、动画、遍历绘制等任务（CALLBACK_INPUT、CALLBACK_ANIMATION、CALLBACK_TRAVERSAL）
mCallbackQueues = new CallbackQueue[CALLBACK_LAST + 1];
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));
}
Choreographer 内部维护了一个 mCallbackQueues 数组，从名字上看它是一个队列。 其实它跟 HashMap 的结构有点像，每一个下标下都是一个链表。它的最大长度是 5，代表了五种不同类型的回调
- CALLBACK_INPUT：输入回调；
- CALLBACK_ANIMATION：动画回调；
- CALLBACK_INSETS_ANIMATION：插入动画回调；
- CALLBACK_TRAVERSAL：View 绘制遍历回调；
- CALLBACK_COMMIT：提交回调。
外部可以通过 postCallback() 添加回调，可以自定义类型放置到合适的下标链表处。 虽然硬件每 16ms 发送一次 VSync 信号，但是想要接收到信号需要主动调用 nativeScheduleVsync() 方法。另外这个方法是一次性的，调用一次只会接收到一次信号。 所以在 postCallback() 添加回调后调用一次，等到接收到信号处理完逻辑后再次添加回调、请求信号，这样循环下去。
postCallback 最终调用 postCallbackDelayedInternal
private void postCallbackDelayedInternal(int callbackType,
Object action, Object token, long delayMillis) {
if (DEBUG_FRAMES) {
Log.d(TAG, "PostCallback: type=" + callbackType
+ ", action=" + action + ", token=" + token
+ ", delayMillis=" + delayMillis);
}
synchronized (mLock) {
//当前时间
final long now = SystemClock.uptimeMillis();
//加上延迟时间
final long dueTime = now + delayMillis;
//获取对应类型任务
mCallbackQueues[callbackType].addCallbackLocked(dueTime, action, token);
if (dueTime <= now) {
//立即执行
scheduleFrameLocked(now);
} else {
//延迟执行，最终也会走到scheduleFrameLocked
Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_SCHEDULE_CALLBACK, action);
msg.arg1 = callbackType;
msg.setAsynchronous(true);
mHandler.sendMessageAtTime(msg, dueTime);
}
}
}
首先取对应类型的CallbackQueue添加任务，action就是mTraversalRunnable，token是null。CallbackQueue的addCallbackLocked()就是把 dueTime、action、token组装成CallbackRecord后 存入CallbackQueue的下一个节点，具体代码比较简单，不再跟进。
然后注意到如果没有延迟会执行scheduleFrameLocked()方法，有延迟就会使用 mHandler发送MSG_DO_SCHEDULE_CALLBACK消息，并且注意到 使用msg.setAsynchronous(true)把消息设置成异步，这是因为前面设置了同步屏障，只有异步消息才会执行。我们看下mHandler的对这个消息的处理
private final class FrameHandler extends Handler {
public FrameHandler(Looper looper) {
super(looper);
}
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
switch (msg.what) {
//执行doFrame,即绘制过程
case MSG_DO_FRAME:
doFrame(System.nanoTime(), 0);
break;
//申请VSYNC信号，例如当前需要绘制任务时
case MSG_DO_SCHEDULE_VSYNC:
doScheduleVsync();
break;
//要延迟的任务，最终还是执行上述两个事件
case MSG_DO_SCHEDULE_CALLBACK:
doScheduleCallback(msg.arg1);
break;
}
}
}
直接使用doScheduleCallback方法，看看：
void doScheduleCallback(int callbackType) {
synchronized (mLock) {
if (!mFrameScheduled) {
final long now = SystemClock.uptimeMillis();
if (mCallbackQueues[callbackType].hasDueCallbacksLocked(now)) {
scheduleFrameLocked(now);
}
}
}
}
发现也是走到这里，即延迟运行最终也会走到scheduleFrameLocked()，跟进看看：
private void scheduleFrameLocked(long now) {
if (!mFrameScheduled) {
mFrameScheduled = true;
//4.1及以上默认开启了VSYNC
if (USE_VSYNC) {
if (DEBUG_FRAMES) {
Log.d(TAG, "Scheduling next frame on vsync.");
}
// If running on the Looper thread, then schedule the vsync immediately,
// otherwise post a message to schedule the vsync from the UI thread
// as soon as possible.
if (isRunningOnLooperThreadLocked()) {
//申请 VSYNC 信号
scheduleVsyncLocked();
} else {
// 若不在，就用mHandler发送消息到原线程，最后还是调用scheduleVsyncLocked方法
Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_SCHEDULE_VSYNC);
msg.setAsynchronous(true);
mHandler.sendMessageAtFrontOfQueue(msg);
}
} else {
// 如果未开启VSYNC则直接doFrame方法（4.1后默认开启）
final long nextFrameTime = Math.max(
mLastFrameTimeNanos / TimeUtils.NANOS_PER_MS + sFrameDelay, now);
if (DEBUG_FRAMES) {
Log.d(TAG, "Scheduling next frame in " + (nextFrameTime - now) + " ms.");
}
Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_FRAME);
msg.setAsynchronous(true);
mHandler.sendMessageAtTime(msg, nextFrameTime);
}
}
}
-
如果系统未开启 VSYNC 机制，此时直接发送 MSG_DO_FRAME 消息到 FrameHandler。注意查看上面贴出的 FrameHandler 代码，此时直接执行 doFrame 方法。
-
Android 4.1 之后系统默认开启 VSYNC，在 Choreographer 的构造方法会创建一个 FrameDisplayEventReceiver，scheduleVsyncLocked 方法将会通过它申请 VSYNC 信号。
-
isRunningOnLooperThreadLocked 方法，其内部根据 Looper 判断是否在原线程，否则发送消息到 FrameHandler。最终还是会调用 scheduleVsyncLocked 方法申请 VSYNC 信号。
好了， 接着就看 scheduleVsyncLocked 方法是如何申请 VSYNC 信号的。猜测肯定申请 VSYNC 信号后，信号到来时也是走doFrame() 方法，doFrame()后面再看。先跟进scheduleVsyncLocked():
private void scheduleVsyncLocked() {
mDisplayEventReceiver.scheduleVsync();
}
很简单，调用mDisplayEventReceiver的scheduleVsync()方法，mDisplayEventReceiver是Choreographer构造方法中创建，是FrameDisplayEventReceiver 的实例。 FrameDisplayEventReceiver是 DisplayEventReceiver 的子类，DisplayEventReceiver 是一个 abstract class：
public DisplayEventReceiver(Looper looper, int vsyncSource) {
if (looper == null) {
throw new IllegalArgumentException("looper must not be null");
}
mMessageQueue = looper.getQueue();
// 注册VSYNC信号监听者
mReceiverPtr = nativeInit(new WeakReference<DisplayEventReceiver>(this), mMessageQueue,
vsyncSource);
mCloseGuard.open("dispose");
}
在 DisplayEventReceiver 的构造方法会通过 JNI 创建一个 IDisplayEventConnection 的 VSYNC 的监听者。
FrameDisplayEventReceiver的scheduleVsync()就是在 DisplayEventReceiver中：
@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);
}
}
scheduleVsync()就是使用native方法nativeScheduleVsync()去申请VSYNC信号。
那么信号是如何接收的呢，答案是在 DisplayEventReceiver 类：
public DisplayEventReceiver(Looper looper, int vsyncSource) {
if (looper == null) {
throw new IllegalArgumentException("looper must not be null");
}
mMessageQueue = looper.getQueue();
mReceiverPtr = nativeInit(new WeakReference<DisplayEventReceiver>(this), mMessageQueue,
vsyncSource);
mCloseGuard.open("dispose");
}
看上面的注释，这个方法是由 native 调用的，其实就是由这个方法接收发送来的 VSync 信号。timestampNanos 是指接收到信号的时间（纳秒）。
该类是抽象类，所以 Choreographer 有一个它的子类 FrameDisplayEventReceiver 负责处理接收到信号之后的逻辑：
private final class FrameDisplayEventReceiver extends DisplayEventReceiver
implements Runnable {
@Override
public void onVsync(long timestampNanos, int builtInDisplayId, int frame) {
...
// 收到信号之后记录收到信号的时间
mTimestampNanos = timestampNanos;
mFrame = frame;
Message msg = Message.obtain(mHandler, this);
msg.setAsynchronous(true);
// 再通过 Handler 定时执行当前线程
mHandler.sendMessageAtTime(msg, timestampNanos / TimeUtils.NANOS_PER_MS);
}
@Override
public void run() {
mHavePendingVsync = false;
// 每一帧回调
doFrame(mTimestampNanos, mFrame);
}
}
doFrame() 方法负责计算丢帧以及处理回调，调用者收到回调之后再次添加并请求接收信号。
void doFrame(long frameTimeNanos, int frame) {
final long startNanos;
synchronized (mLock) {
if (!mFrameScheduled) {
return; // no work to do
}
if (DEBUG_JANK && mDebugPrintNextFrameTimeDelta) {
mDebugPrintNextFrameTimeDelta = false;
Log.d(TAG, "Frame time delta: "
+ ((frameTimeNanos - mLastFrameTimeNanos) * 0.000001f) + " ms");
}
long intendedFrameTimeNanos = frameTimeNanos;
startNanos = System.nanoTime();
//计算两帧之间的时间差
final long jitterNanos = startNanos - frameTimeNanos;
if (jitterNanos >= mFrameIntervalNanos) {
//如果两帧大于认为的间隔 这里是16.6
final long skippedFrames = jitterNanos / mFrameIntervalNanos;
//计算出跳帧数
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 {
//下面就是不同类型的CallBack回调
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);
}
if (DEBUG_FRAMES) {
final long endNanos = System.nanoTime();
Log.d(TAG, "Frame " + frame + ": Finished, took "
+ (endNanos - startNanos) * 0.000001f + " ms, latency "
+ (startNanos - frameTimeNanos) * 0.000001f + " ms.");
}
}
接着看任务的具体执行doCallbacks 方法：
void doCallbacks(int callbackType, long frameTimeNanos) {
CallbackRecord callbacks;
synchronized (mLock) {
final long now = System.nanoTime();
// 根据指定的类型CallbackkQueue中查找到达执行时间的CallbackRecord
callbacks = mCallbackQueues[callbackType].extractDueCallbacksLocked(now / TimeUtils.NANOS_PER_MS);
if (callbacks == null) {
return;
}
mCallbacksRunning = true;
//提交任务类型
if (callbackType == Choreographer.CALLBACK_COMMIT) {
final long jitterNanos = now - frameTimeNanos;
if (jitterNanos >= 2 * mFrameIntervalNanos) {
final long lastFrameOffset = jitterNanos % mFrameIntervalNanos
+ mFrameIntervalNanos;
if (DEBUG_JANK) {
Log.d(TAG, "Commit callback delayed by " + (jitterNanos * 0.000001f)
+ " ms which is more than twice the frame interval of "
+ (mFrameIntervalNanos * 0.000001f) + " ms! "
+ "Setting frame time to " + (lastFrameOffset * 0.000001f)
+ " ms in the past.");
mDebugPrintNextFrameTimeDelta = true;
}
frameTimeNanos = now - lastFrameOffset;
mLastFrameTimeNanos = frameTimeNanos;
}
}
}
try {
// 迭代执行队列所有任务
for (CallbackRecord c = callbacks; c != null; c = c.next) {
// 回调CallbackRecord的run，其内部回调Callback的run
c.run(frameTimeNanos);
}
} finally {
synchronized (mLock) {
mCallbacksRunning = false;
do {
final CallbackRecord next = callbacks.next;
//回收CallbackRecord
recycleCallbackLocked(callbacks);
callbacks = next;
} while (callbacks != null);
}
}
}
//主要内容就是取对应任务类型的队列，遍历队列执行所有任务，执行任务是 CallbackRecord的 run 方法：
private static final class CallbackRecord {
public CallbackRecord next;
public long dueTime;
public Object action; // Runnable or FrameCallback
public Object token;
@UnsupportedAppUsage
public void run(long frameTimeNanos) {
if (token == FRAME_CALLBACK_TOKEN) {
// 通过postFrameCallback 或 postFrameCallbackDelayed，会执行这里
((FrameCallback)action).doFrame(frameTimeNanos);
} else {
//取出Runnable执行run()
((Runnable)action).run();
}
}
}
最后我们观察一下CallbackQueue链表中的Callback对象
private static final class CallbackRecord {
public CallbackRecord next;
public long dueTime;
public Object action; // Runnable or FrameCallback
public Object token;
@UnsupportedAppUsage
public void run(long frameTimeNanos) {
//如果是FRAME_CALLBACK_TOKEN之间执行doFrame
if (token == FRAME_CALLBACK_TOKEN) {
((FrameCallback)action).doFrame(frameTimeNanos);
} else {
((Runnable)action).run();
}
}
}
那么 啥时候 token == FRAME_CALLBACK_TOKEN 呢？答案是Choreographer的postFrameCallback()方法：
public void postFrameCallback(FrameCallback callback) {
postFrameCallbackDelayed(callback, 0);
}
public void postFrameCallbackDelayed(FrameCallback callback, long delayMillis) {
if (callback == null) {
throw new IllegalArgumentException("callback must not be null");
}
//也是走到是postCallbackDelayedInternal，并且注意是CALLBACK_ANIMATION类型，
//token是FRAME_CALLBACK_TOKEN，action就是FrameCallback
postCallbackDelayedInternal(CALLBACK_ANIMATION,
callback, FRAME_CALLBACK_TOKEN, delayMillis);
}
可以看到postFrameCallback()传入的是FrameCallback实例，接口FrameCallback只有一个doFrame()方法。并且也是走到postCallbackDelayedInternal，FrameCallback实例作为action传入，token则是FRAME_CALLBACK_TOKEN，并且任务是CALLBACK_ANIMATION类型。
Choreographer的postFrameCallback()通常用来计算丢帧情况，使用方式如下：
Choreographer.getInstance().postFrameCallback(new FPSFrameCallback(System.nanoTime()));
public class FPSFrameCallback implements Choreographer.FrameCallback {
private static final String TAG = "FPS_TEST";
private long mLastFrameTimeNanos = 0;
private long mFrameIntervalNanos;
public FPSFrameCallback(long lastFrameTimeNanos) {
mLastFrameTimeNanos = lastFrameTimeNanos;
mFrameIntervalNanos = (long)(1000000000 / 60.0);
}
@Override
public void doFrame(long frameTimeNanos) {
//初始化时间
if (mLastFrameTimeNanos == 0) {
mLastFrameTimeNanos = frameTimeNanos;
}
final long jitterNanos = frameTimeNanos - mLastFrameTimeNanos;
if (jitterNanos >= mFrameIntervalNanos) {
final long skippedFrames = jitterNanos / mFrameIntervalNanos;
if(skippedFrames>30){
//丢帧30以上打印日志
Log.i(TAG, "Skipped " + skippedFrames + " frames! "
+ "The application may be doing too much work on its main thread.");
}
}
mLastFrameTimeNanos=frameTimeNanos;
//注册下一帧回调
Choreographer.getInstance().postFrameCallback(this);
}
}
ViewRootImp 和 Choreographer
Choreographer 使用比较频繁的可能就是 ViewRootImp 了，我们知道 ViewRootImp 主要绘制方法 performTraversals() 就是封装在一个线程里的，而 Choreographer 的回调也可以是线程。
这样一想整个绘制流程也就比较清晰了：
值得一提的是，ViewRootImp 绘制添加的回调类型是 CALLBACK_TRAVERSAL 表示执行绘制。此外 ViewRootImp 也封装了 CALLBACK_INPUT 线程处理输入事件、CALLBACK_ANIMATION 线程处理动画事件。
另外 Choreographer 回调事件的顺序是 CALLBACK_INPUT、CALLBACK_ANIMATION、CALLBACK_TRAVERSAL。这么做的原因也好理解，输入事件和动画会改变 View 视图，所以绘制放到最后一次性把 View 展示出来。
使用Choreographer的postCallback()、postFrameCallback() 作用理解：发送任务 存队列中，监听VSync信号，当前VSync到来时 会使用mHandler发送异步message，这个message的Runnable就是队列中的所有任务
