Android繪製原理之刷新機制

我們都知道，Android是16ms刷新一幀，而通常我們所理解的刷新是“每個view的draw()方法被調用”，所以這裏就有一個問題了，Android系統底層每隔16ms就發出一個垂直同步信號，那麼是不是每個view的draw()方法都會每個16ms調用一次呢？如果這樣的話系統消耗豈不是非常大？是不是有什麼特殊優化手段?

1. 垂直同步信號的使用者——Choreographer

Choreographer是Android4.1和垂直同步信號機制一起引入的，我們都知道垂直同步信號其實是操作系統底層的一種時鐘中斷，那麼java層是如何利用這個中斷的呢？主要就是Choreographer這個類來協調接收的。
這裏我們不會分析這個類的具體實現，主要簡單的介紹下如何接收底層中斷等一些簡單的用法，便於大家理解後面的知識。

1.1 中斷信號利用原則

由於中斷信號時源源不斷的，所以爲了避免濫用中斷信號，原則是：需要接收中斷信號必須向系統註冊一個接收者，下次產生了新的中斷就會回調這個接受者的回調方法。注意，每次註冊只能接收一次中斷，想要繼續接收必須重新註冊。

1.2 中斷信號接收者

首先我們看下這個信號接收者：

public abstract class DisplayEventReceiver {

     //省略其他代碼


    /**
     * Called when a vertical sync pulse is received.
     * The recipient should render a frame and then call {@link #scheduleVsync}
     * to schedule the next vertical sync pulse.
     *
     * @param timestampNanos The timestamp of the pulse, in the {@link System#nanoTime()}
     * timebase.
     * @param builtInDisplayId The surface flinger built-in display id such as
     * {@link SurfaceControl#BUILT_IN_DISPLAY_ID_MAIN}.
     * @param frame The frame number.  Increases by one for each vertical sync interval.
     */
    public void onVsync(long timestampNanos, int builtInDisplayId, int frame) {
    }

 
    /**
     * Schedules a single vertical sync pulse to be delivered when the next
     * display frame begins.
     */
    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);
        }
    }

    //省略其他方法
}

這裏我只列出了兩個方法，onVsync就是中斷會回調的方法，只會回調一次，如果希望接收下一次中斷信號，就要手動調用scheduleVsync()方法。

1.3 Choreographer利用DisplayEventReceiver幹了什麼

// The display event receiver can only be accessed by the looper thread to which
    // it is attached.  We take care to ensure that we post message to the looper
    // if appropriate when interacting with the display event receiver.
    private final FrameDisplayEventReceiver mDisplayEventReceiver;

Choreographer有一個這樣的成員變量，主要都是通過這個成員變量來接收中斷信號的：

private final class FrameDisplayEventReceiver extends DisplayEventReceiver
            implements Runnable {
        private boolean mHavePendingVsync;
        private long mTimestampNanos;
        private int mFrame;

        public FrameDisplayEventReceiver(Looper looper, int vsyncSource) {
            super(looper, vsyncSource);
        }

        @Override
        public void onVsync(long timestampNanos, int builtInDisplayId, int frame) {
            //省略其他代碼
            mTimestampNanos = timestampNanos;
            mFrame = frame;
            Message msg = Message.obtain(mHandler, this);
            msg.setAsynchronous(true);
            mHandler.sendMessageAtTime(msg, timestampNanos / TimeUtils.NANOS_PER_MS);
        }

        @Override
        public void run() {
            mHavePendingVsync = false;
            doFrame(mTimestampNanos, mFrame);
        }
    }

可以看到，收到中斷信號後向主線程Handler發送了一個消息，其實主要就是爲了切換到主線程執行這裏的run()方法， 換句話說每次中斷信號來了最終都會回調到doFrame()方法，到了這裏，Chogreographer是如何使用中斷信號的就很清楚了，換句話說如果想要接收中斷信號做些什麼，我們只需要寫在 doFrame()方法 裏就好了。

1.4 如何利用doFrame()方法

現在我們知道了，利用Choreographer能夠達到在垂直中斷信號產生時回調doFrame()方法的目的，那麼我們怎麼將自己要執行的代碼塞到doFrame()方法中去呢？
我們先看下doFrame()方法的源碼：

void doFrame(long frameTimeNanos, int frame){
       mFrameInfo.markInputHandlingStart();
              //省略其他代碼
            doCallbacks(Choreographer.CALLBACK_INPUT, frameTimeNanos);

             //省略其他代碼
            doCallbacks(Choreographer.CALLBACK_ANIMATION, frameTimeNanos);

             //省略其他代碼
            doCallbacks(Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, frameTimeNanos);
             //省略其他代碼
            doCallbacks(Choreographer.CALLBACK_COMMIT, frameTimeNanos);
           //省略其他代碼
}

可以看到doFrame()方法其實會執行一系列的callBack回調，我們可以將自己的任務塞到這些callBack中去得到執行，具體如下：

public void  postCallback(int callbackType, Runnable action, Object token) {
        postCallbackDelayed(callbackType, action, token, 0);
    }

通過Choreographer.postCallback()方法，我們就可以讓自己的Runnable在下一次垂直信號產生時得到執行。

2. UI繪製與刷新本質

UI界面的改變核心是一些會影響UI的變量的值的改變，這些值改變後我們接收垂直同步信號，在下一次信號中斷產生時根據新的UI變量重新繪製當前界面即可做到UI的刷新。總結下主要是兩點：

• UI佈局變量的改變
• 註冊垂直同步信號中斷監聽，在下一次垂直同步信號來臨時重繪界面。

3. UI是如何繪製的

想要在垂直同步信號來臨時重繪界面，我們必須先了解UI到具體如何繪製的。這裏我就不再帶領大家一步步探究，而是直接說出結論了。
Android 的ui是按照樹型結構組織的，而這個樹的根節點（DecorView）就是由一個ViewRootImpl持有，UI的樹型遍歷繪製也是由ViewRootImpl發起的。這裏我們看下ViewRootImpl是如何調用DecorView的draw()方法的：

通過上面的調用圖可以看到關鍵其實是scheduleTraversals()方法，他會通過Choreograpter.postCallback()方法註冊一個回調，該回調能讓整個UI樹在下一次垂直同步信號來臨時得到繪製。

4. 常用的刷新原理

現在我們回過頭來看下我們經常用的刷新方法，主要是requestLayout()和invalidate()方法，這兩個方法都會一直沿着UI樹往上找，最終會調用到ViewRootImpl的scheduleTraversals()方法，這樣就會在下一次垂直同步信號產生時重新繪製整個界面。

5. 結語

本文基本沒有涉及什麼代碼，主要是重垂直同步信號的原理入手，宏觀的介紹了UI的繪製與刷新原理，個人理解，如果有誤，懇請指正。