使用Vsync信号的由来

显示屏上的内容，是从硬件帧缓冲中去读取的，大致读取过程为:从Buffer的起始地址开始，从上往下，从左往右扫描整个Buffer，将内容映射到显示屏上。而这个图像内容的来源就源于App给的数据了。

如果对缓冲区同时进行读写，可能会出现屏幕画面撕裂的情况。如何解决呢？可以采用前缓冲区和后缓冲区两个区域协同。

在某个时刻，两个缓冲区进行数据交换，就可以完成所有图像的绘制了。

屏幕刷新率(HZ):代表屏幕在一秒内刷新屏幕的次数，Android手机一般为60HZ(也就是1秒刷新60帧，大约16.67毫秒刷新1帧) 系统帧速率(FPS):代表了系统在一秒内合成的帧数，该值的大小由系统算法和硬件决定。

实际运行过程中，可能存在以下情况：

1、屏幕刷新速率比系统帧速率快此时，在前缓冲中区内容全部映射到屏幕上之后，后缓冲中区尚未准备好下一帧，屏幕将无法读取下一帧，所以只能继续显示当前一帧的图形，造成一帧显示多次，也就是卡顿。

2、系统帧速率比屏幕刷新率大此时，屏幕未完全把前缓冲区的一帧映射到屏幕，而系统已经在后缓冲区准备好了下一帧，并要求读取下一帧到屏幕，将会导致屏幕上半部分是上一帧的图形，而下半部分是下一帧的图形，造成屏幕上显示多帧，也就是屏幕撕裂。上面两种情况，都会导致问题，根本原因就是两个缓冲区的操作速率不一致，解决办法就是让屏幕控制前后缓冲中区的切换，让系统帧速率配会屏幕刷新率的节奏。

出现这个问题的原因是系统的刷新率与屏幕的刷新率达到一致，没有一个统一的方式来控制生成与显示，本质就是生产者与消费者的供需关系无法保证达到平衡。。因此，我们需要某种方式来解决这种问题，这就是Vsync信号。在一个Vsync信号中，我们处理一次生成与显示。这样就能保证系统的刷新率与屏幕的刷新率达到一致。

Android上的Vsync

Display就代表屏幕，CPU代表图片的生成，我们使用的图大多是位图，有很多的像素点。每一个点有自己的颜色值。将所有的点描述出来就可以显示出来最终的效果了。每一个像素点由RBG来控制。GPU的作用就是将色值转化成RGB值，另外还有图片的缩放，也就是栅格化。

这个图里边还有个问题，就是我们会不断的申请新的空间，有没有办法做到像Handler那样，使用回收复用的机制？ 这个能力其实被实现了，使用DoubleBuffer去实现了。减少了性能浪费。

上图还有个问题，就是如果图像的合成超出了一帧的时间，就会造成卡顿。

这里边有一些时间没有被利用起来。有没有办法继续利用起来呢？ Android中还真的实现了，使用了3缓冲。

三缓冲对于Jank的影响

以60HZ屏幕为例，jankyframes是绘制时间大于16ms的帧，但由于3缓冲机制，其实很可能不会发生真正的jank(视觉停留在屏幕上的时间多于16ms)。在弹力球测试时发现，即使发生20次绘制janky frames，仍然不会发生一次真正的iank(高通平台可通过mdssfb*0查看真正的jank)。这就是三缓冲的作用。

SF完成图像的合成

先看一个例子：

我们可以先这样理解上面这幅图，上层每一个界面，其实都对应sufaceflinger里的一个Surface对象，上层将自己的内容绘制在对应的Surface内，接着，SufaceFlinger需要将所有上Surface内的图形进行会成，

一个window对应一个Surface，一个Surface对应一个Bufferqueue，Surface不能只能拿到BufferQueue，需要通过这个生产者来获取。

Surface内部提供一个BufferQueue，与上层和Surfaceflinger形成一个生产者消费者模型，上层对应Producer，SurfaceFlinger对应229621398Consumer。三者通过Buffer产生联系，每个Buffer都有四种状态:

Free:可被上层使用
Dequeued:出列，正在被上层使用
Queued:入列，已完成上层绘制，等待SurfaceFlinger合成
Acquired:被获取，SurfaceFlinger正持有该Buffer进行合成硬件合成与软件合成的区别：软件合成会合成完整的图片，就是全部屏幕的数据，硬件合成只是记录每个图元的位置。然后给到屏幕去做最终的显示。

Buffer的生命周期：free -> dequeued->queued ->acquired-> free

BufferSlot的大小是64。

这个Unused Slot表示还没有使用的，Use slot表示使用过的。用过的里边又分为unactive和active。生产者相当于Surface在SF的一个代理，这个生产者从BufferQueue中取到需要的Buffer，也就是FreeSlot里边，然后交给Surface去使用。但是Surface其实也并不是直接使用，最终使用的是我们的View。Surface将数据赋值之后，会把这些数据交给生产者，然后生产者再交给BufferQueue，消费者端也是类似。硬件需要合成的时候也是通过消费者去获取数据的。 Java这边取数据，这个canvas就是缓冲数据。

整体的图像合成架构就是这样的

在View的draw方法的时候进行出队，完成数据的写入。之后完成入队。

为什么一定要弄一个生产者和消费者呢？因为应用不能直接去读取系统的内容，这是出于安全的考虑。Surface作为应用端的生产者，同时也做为了屏幕的消费者。通过Surface完成了屏幕与app的解耦。

正常情况下，Queue里边应该只有一个Buffer，如果有多个的话，说明出现卡顿了。比如下图：

SurfaceView

什么是SurfaceView？一个拥有单独画布的View，也就是有一个Canvas，相当于在Window上挖了一个洞，给SurfaceView做显示。

SurfaceView的使用

public class GameUI extends SurfaceView implements SurfaceHolder.Callback {
    private SurfaceHolder holder;
    private RenderThread renderThread;
    private boolean isDraw = false;
    public GameUI(Context context) {
        super(context);
    }

    public GameUI(Context context, AttributeSet attrs) {
        super(context, attrs);
        holder = this.getHolder();
        holder.addCallback(this);
        renderThread = new RenderThread();
    }

    public GameUI(Context context, AttributeSet attrs, int defStyleAttr) {
        super(context, attrs, defStyleAttr);
    }

    @Override
    public void surfaceCreated(@NonNull SurfaceHolder holder) {

    }

    @Override
    public void surfaceChanged(@NonNull SurfaceHolder holder, int format, int width, int height) {

    }

    @Override
    public void surfaceDestroyed(@NonNull SurfaceHolder holder) {

    }

    /**
     * 绘制界面的线程
     */
    private class RenderThread extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            while (isDraw) {
                drawUI();
            }
            super.run();
        }
    }

    private void drawUI() {
        Canvas canvas = holder.lockCanvas(); // 相当于dequeue一个出来，用来写数据
        try {
            drawCanvas();
        }catch (Exception e) {
            
        } finally {
            holder.unlockCanvasAndPost(canvas);// 相当于queue一个出来，用来将数据放回到队列中。
        }
    }

    private void drawCanvas() {
    }
}

View和SufaceView的区别，view必须要放到Window中，而SurfaceView可以在任何线程中。同时SurfaceView可以控制帧数。

requestLayout如何向SurfaceFlinger申请Surface？

Android图形显示系统浅析

使用Vsync信号的由来

Android上的Vsync

SF完成图像的合成

SurfaceView

SurfaceView的使用