2019-08-03

作者簡介

本篇文章來自北斗星_And，分享了Android 繪製原理，非常不錯！同時也感謝作者貢獻的精彩文章。

北斗星_And的博客地址：

https://juejin.im/user/5d2ef4f7f265da1bb47d9a07

背景

對於Android開發，在面試的時候，經常會被問到，說一說View的繪製流程？我也經常問面試者，View的繪製流程.

對於3年以上的開發人員來說，就知道onMeasure/onLayout/onDraw基本，知道他們呢是幹些什麼的，這樣就夠了嗎？

如果你來我們公司，我是你的面試官，可能我會考察你這三年都幹了什麼,對於View你都知道些什麼，會問一些更細節的問題，比如LinearLayout的onMeasure,onLayout過程?他們都是什麼時候被髮起的,執行順序是什麼？

如果以上問題你都知道,可能你進來我們公司就差不多了（如果需要內推，可以聯繫我，Android/IOS 崗位都需要），可能我會考察你draw的 canvas是哪裏來的,他是怎麼被創建顯示到屏幕上呢？看看你的深度有多少？

對於現在的移動開發市場逐漸趨向成熟，趨向飽和，很多不缺人的公司，都需要高級程序員.在說大家也都知道，面試要造飛機大炮，進去後擰螺絲,對於一個3年或者5年以上Android開發不稍微瞭解一些Android深一點的東西,不是很好混.扯了這麼多沒用的東西，還是回到今天正題，Android的繪圖原理淺析.

本文介紹思路

從面試題中幾個比較容易問的問題，逐層深入，直至屏幕的繪圖原理.

在講Android的繪圖原理前，先介紹一下Android中View的基本工作原理，本文暫不介紹事件的傳遞流程.

View 繪製工作原理

我們先理解幾個重要的類，也是在面試中經常問到的
Activity,Window(PhoneWindow),DecorView之間的關係
理解他們三者的關係，我們直接看代碼吧，先從Activity開始的setContentView開始(注:代碼刪除了一些不是本次分析流程的代碼,以免篇幅過長)
//Activity

 /**
     * Set the activity content from a layout resource.  The resource will be
     * inflated, adding all top-level views to the activity.
     *
     * @param layoutResID Resource ID to be inflated.
     *
     * @see #setContentView(android.view.View)
     * @see #setContentView(android.view.View, android.view.ViewGroup.LayoutParams)
     */
    public void setContentView(@LayoutRes int layoutResID) {
        getWindow().setContentView(layoutResID);
        initWindowDecorActionBar();
    }
    
     public Window getWindow() {
        return mWindow;
    }

裏面調用的getWindow的setContentView,這個接下來講,那麼這個mWindow是何時被創建的呢？

//Activity
private Window mWindow;

final void attach(Context context, ActivityThread aThread,····） {
        attachBaseContext(context);
        mFragments.attachHost(null /*parent*/);
        mWindow = new PhoneWindow(this, window, activityConfigCallback);
}
在Activity的attach中創建了PhoneWindow,PhoneWindow是Window的實現類.
繼續剛纔的setContentView
//PhoneWindow
  @Override
    public void setContentView(int layoutResID) {
        if (mContentParent == null) {
            installDecor();
        } else if (!hasFeature(FEATURE_CONTENT_TRANSITIONS)) {
            mContentParent.removeAllViews();
        }

        if (hasFeature(FEATURE_CONTENT_TRANSITIONS)) {
            final Scene newScene = Scene.getSceneForLayout(mContentParent, layoutResID,
                    getContext());
            transitionTo(newScene);
        } else {
            mLayoutInflater.inflate(layoutResID, mContentParent);
        }
    }

在setContentView中，如果mContentParent爲空，會去調用installDecor,最後將佈局infalte到mContentParent.在來看一下installDecor

//PhoneWindow
 // This is the view in which the window contents are placed. It is either
    // mDecor itself, or a child of mDecor where the contents go.
  ViewGroup mContentParent;
  
  private DecorView mDecor;
  
  private void installDecor() {
        mForceDecorInstall = false;
        if (mDecor == null) {
            mDecor = generateDecor(-1);
        } else {
            mDecor.setWindow(this);
        }
        if (mContentParent == null) {
           mContentParent = generateLayout(mDecor);
        }
  }

  protected DecorView generateDecor(int featureId) {
        return new DecorView(context, featureId, this, getAttributes());
    }

在installDecor，創建了一個DecorView.看mContentParent的註釋我們可以知道,他本身就是mDecor或者是mDecor的contents部分.

綜上，我們大概知道了三者的關係，

Activity包含了一個PhoneWindow，
PhoneWindow就是繼承於Window
Activity通過setContentView將View設置到了PhoneWindow上
PhoneWindow裏面包含了DecorView，最終佈局被添加到Decorview上.

理解ViewRootImpl,WindowManager,WindowManagerService(WMS)之間的關係

看了上述三者的關係後，我們知道佈局最終被添加到了DecorView上.那麼DecorView是怎麼被添加到系統的Framework層.

當Activity準備好後，最終會調用到Activity中的makeVisible，並通過WindowManager添加View,代碼如下

//Activity 
 void makeVisible() {
        if (!mWindowAdded) {
            ViewManager wm = getWindowManager();
            wm.addView(mDecor, getWindow().getAttributes());
            mWindowAdded = true;
        }
        mDecor.setVisibility(View.VISIBLE);
    }

那他們到底是什麼關係呢？
(下面提到到客戶端服務端是Binder通訊中的客戶端服務端概念.
)

以下內容是重點需要理解的部分

ViewRootImpl(客戶端):View中持有與WMS鏈接的mAttachInfo，mAttachInfo持有ViewRootImpl.ViewRootImpl是ViewRoot的的實現,WMS管理窗口時，需要通知客戶端進行某種操作，比如事件響應等.ViewRootImpl有個內部類W,W繼承IWindow.Stub，實則就是一個Binder，他用於和WMS IPC交互。ViewRootHandler也是其內部類繼承Handler，用於與遠程IPC回來的數據進行異步調用.

WindowManger(客戶端):客戶端需要創建一個窗口，而具體創建窗口的任務是由WMS完成,WindowManger就像一個部門經理，誰有什麼需求就告訴它，它和WMS交互，客戶端不能直接和WMS交互.

WindowManagerService(WMS)(服務端):負責窗口的創建,顯示等.

View的重繪

從上述關係中，ViewRootImpl是用於接收WMS傳遞來的消息.那麼我們來看一下ViewRootImpl裏面的幾個關於View繪製的代碼.

在這裏在強調一下,ViewRootImpl 兩個重要的內部類

W類繼承Binder 用於接收WMS 傳遞來的消息
ViewRootHandler類繼承Handler 接收W類的異步消息

下面看一下ViewRootHandler類.（以View的setVisible爲例.）

// ViewRootHandler(ViewRootImpl的內部類，用於異步消息處理，和Acitivity的啓動很像)

//第一步 Handler接收W（Binder）傳遞來的消息
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
    switch (msg.what) {
        case MSG_INVALIDATE:
             ((View) msg.obj).invalidate();
            break;
        case MSG_INVALIDATE_RECT:
            final View.AttachInfo.InvalidateInfo info = (View.AttachInfo.InvalidateInfo) msg.obj;
            info.target.invalidate(info.left, info.top, info.right, info.bottom);
            info.recycle();
            break;
        case MSG_DISPATCH_APP_VISIBILITY://處理Visible
            handleAppVisibility(msg.arg1 != 0);
            break;
    }    
}
    
void handleAppVisibility(boolean visible) {
        if (mAppVisible != visible) {
            mAppVisible = visible;
            scheduleTraversals();
            if (!mAppVisible) {
                WindowManagerGlobal.trimForeground();
            }
    }
}
     
 void scheduleTraversals() {
        if (!mTraversalScheduled) {
            mTraversalScheduled = true;
            mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
            //開啓下次刷新，就遍歷View樹
            mChoreographer.postCallback(
                    Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
            if (!mUnbufferedInputDispatch) {
                scheduleConsumeBatchedInput();
            }
            notifyRendererOfFramePending();
            pokeDrawLockIfNeeded();
     }
}

看一下mTraversalRunnable

 final class TraversalRunnable implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            doTraversal();
        }
    }
final TraversalRunnable mTraversalRunnable = new TraversalRunnable();
    
 void doTraversal() {
        if (mTraversalScheduled) {
            mTraversalScheduled = false;
            mHandler.getLooper().getQueue().removeSyncBarrier(mTraversalBarrier);
            performTraversals();
        }
    }

在TraversalRunnable中，執行doTraversal.並在doTraversal執行performTraversals(),是不是看到了我們熟悉的performTraversals()了?是的，在這裏纔開始View的繪製工作.
在ViewRootImpl中的performTraversals()，這個方法代碼很長（大約800行代碼），大致流程是

判斷是否需要重新計算視圖大小,如果需要就執行performMeasure()
是否需要重新安置所在的位置,performLayout()
是否需要重新繪製performDraw()

那麼是什麼導致View的重繪呢？這裏總結了3個主要原因

視圖本身內部狀態(enable，pressed等)變化,可能引起重繪
View內部添加或者刪除了View
View本身的大小和可見性發生了變化

View的繪製流程

在上一小節了,講述了performTraversals()的是被WMS IPC調用執行的.View的繪製流程一般是
從performTraversals -> performMeasure() -> performLayout() -> performDraw().
下面看一下performMeasure()

//ViewRootImpl
private void performMeasure(int childWidthMeasureSpec, int childHeightMeasureSpec) {
        if (mView == null) {
            return;
        }
        Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_VIEW, "measure");
        try {
            mView.measure(childWidthMeasureSpec, childHeightMeasureSpec);
        } finally {
            Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_VIEW);
        }
    }
    
    public final void measure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec) {
        MeasureSpec.getMode(widthMeasureSpec) == MeasureSpec.EXACTLY
                && MeasureSpec.getMode(heightMeasureSpec) == MeasureSpec.EXACTLY;
        final boolean matchesSpecSize = getMeasuredWidth() == MeasureSpec.getSize(widthMeasureSpec)
                && getMeasuredHeight() == MeasureSpec.getSize(heightMeasureSpec);
        final boolean needsLayout = specChanged
                && (sAlwaysRemeasureExactly || !isSpecExactly || !matchesSpecSize);

          if (forceLayout || needsLayout) {
            mPrivateFlags &= ~PFLAG_MEASURED_DIMENSION_SET;

            resolveRtlPropertiesIfNeeded();

            int cacheIndex = forceLayout ? -1 : mMeasureCache.indexOfKey(key);
            if (cacheIndex < 0 || sIgnoreMeasureCache) {
            //在這裏調用了onMeasure 方法
                onMeasure(widthMeasureSpec, heightMeasureSpec);
                mPrivateFlags3 &= ~PFLAG3_MEASURE_NEEDED_BEFORE_LAYOUT;
            } 
        }
    }

最終調用了View的measure方法，而View中的measure()方法被定義成final類型,保證整個流程的執行.performLayout()和performDraw()也是類似的過程.

而對於程序員，自定義View只需要關注他提供出來幾個對應的方法,onMeasure/onLayout/onDraw.
關於這方面知識的網上介紹的資料很多，也可以很容易的看到View及ViewGroup裏面的代碼,推薦看LinerLayout的源碼理解這部分知識，在這裏不詳細展開.

Android的繪圖原理淺析

Android屏幕繪製

關於繪製，就要從performDraw()說起，我們來看一下這個流程到底是怎麼繪製的.

//ViewRootImpl
//1
 private void performDraw() {
    try {
        draw(fullRedrawNeeded);
    } finally {
        mIsDrawing = false;
        Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_VIEW);
    }
 }
 
 //2
  private void draw(boolean fullRedrawNeeded) {
    Surface surface = mSurface;
    if (!surface.isValid()) {
            return;
        }
        
     if (!drawSoftware(surface, mAttachInfo, xOffset, yOffset, scalingRequired, dirty)) {
          return;
      }
  }
 
 //3
    private boolean drawSoftware(Surface surface, AttachInfo attachInfo, int xoff, int yoff,
            boolean scalingRequired, Rect dirty) {

     Canvas canvas = mSurface.lockCanvas(dirty);
 }

看代碼執行流程，1—>2->3, 最終拿到了Java層的canvas,然後進行一系列繪製操作.而canvas是通過Suface.lockCanvas()得到的.
那麼Surface又是一個什麼呢？在這裏Surface只是一個抽象,在APP創建窗口時，會調用WindowManager向WMS服務發起一個請求，攜帶上surface對象,只有他被分配完一段屏幕緩衝區才能真正對應屏幕上的一個窗口.

來看一下Framework中的繪圖架構.更好的理解Surface

Surface本質上僅僅代表了一個平面，繪製不同圖案顯然是一種操作，而不是一段數據，Android使用了Skia繪圖驅動庫來進行平面上的繪製，在程序中使用canvas來表示這個功能.

雙緩衝技術的介紹

在ViewRootImpl中,我們看到接收到繪製消息後，不是立刻繪製而是調用scheduleTraversals,在scheduleTraversals調用Choreographer.postCallback()，這又是因爲什麼呢？這其實涉及到屏幕繪製原理(除了Android其他平臺也是類似的).

我們都知道顯示器以固定的頻率刷新，比如 iPhone的 60Hz、iPad Pro的 120Hz。當一幀圖像繪製完畢後準備繪製下一幀時，顯示器會發出一個垂直同步信號（VSync），所以 60Hz的屏幕就會一秒內發出 60次這樣的信號。

並且一般地來說，計算機系統中，CPU、GPU和顯示器以一種特定的方式協作：CPU將計算好的顯示內容提交給 GPU，GPU渲染後放入幀緩衝區，然後視頻控制器按照 VSync信號從幀緩衝區取幀數據傳遞給顯示器顯示.

但是如果屏幕的緩衝區只有一塊，那麼這個VSync同步信號發出時，
開始刷新屏幕，那麼你看到的屏幕就是一條一條的數據在變化.爲了讓屏幕看上去是一幀一幀的數據，一般都有兩塊緩衝區(也被成爲雙緩衝區).當數據要刷新時，直接替換另一個緩衝區的數據.

雙緩衝技術裏面，如果不能特定時間刷新完的話(如果60HZ的話，就是16ms內)把這個緩衝區數據刷新完成,屏幕發出VSync同步信號,無法完成兩個緩衝區的切換，那麼就會造成卡頓現象.

回到scheduleTraversals()上，這個地方就是使用了雙緩衝技術(或者三緩衝技術),Choreographer接收VSync的同步信號，當屏幕刷新來時，開始屏幕的刷新操作.

作者：北斗星_And
鏈接：https://juejin.im/post/5d4176365188255d8919be91
來源：掘金
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本文介紹思路

View 繪製工作原理

理解ViewRootImpl,WindowManager,WindowManagerService(WMS)之間的關係

以下內容是重點需要理解的部分

View的重繪

View的繪製流程

Android的繪圖原理淺析

Android屏幕繪製

雙緩衝技術的介紹

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2019-08-03

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