本文主要解决以下几个问题：

• 我们都知道Android的刷新频率是60帧/秒，这是不是意味着每隔16ms就会调用一次onDraw方法？
• 如果界面不需要重绘，那么16ms到后还会刷新屏幕吗？
• 我们调用invalidate()之后会马上进行屏幕刷新吗？
• 我们说丢帧是因为主线程做了耗时操作，为什么主线程做了耗时操作就会引起丢帧？
• 如果在屏幕快要刷新的时候才去OnDraw（）绘制，会丢帧吗？

好了，带着以上问题，我们进入源码来找寻答案。

一、屏幕绘制流程

屏幕绘制机制的基本原理可以概括如下：

Android的UI刷新机制,你了解多少？

整个屏幕绘制的基本流程是：

• 应用向系统服务申请buffer
• 系统服务返回buffer
• 应用绘制后提交buffer给系统服务

如果放到Android中来，那么就是：

Android的UI刷新机制,你了解多少？

在Android中，一块Surface对应一块内存，当内存申请成功后，App端才有绘图的地方。由于Android的view绘制不是今天的重点，所以这里点到为止~

二、屏幕刷新分析

屏幕刷新的时机是当Vsync信号到来的时候，具体如图：

Android的UI刷新机制,你了解多少？

在Android端，是谁在控制Vsync的产生？又是谁来通知我们应用进行刷新的呢？在Android中，Vysnc信号的产生是由底层HWComposer负责的，而通知应用进行刷新，是Java层的Choreographer，Android整个屏幕刷新的核心就在于这个Choreographer。下面我们结合代码一起来看一下。每次当我们要进行ui重绘的时候，都会调用requestLayout()，所以，我们从这个方法入手：

2.1 requestLayout()

----》类名:ViewRootImpl    @Override    public void requestLayout() {        if (!mHandlingLayoutInLayoutRequest) {            checkThread();            mLayoutRequested = true;            //重点            scheduleTraversals();        }    }

2.2 scheduleTraversals()

----》类名:ViewRootImpl    void scheduleTraversals() {        if (!mTraversalScheduled) {            mTraversalScheduled = true;            mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();            mChoreographer.postCallback(                    Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);           ......        }    }

可以看到，在这里并没有立即进行重绘，而是做了两件事情：

• 往消息队列里面插入一条SyncBarrier（同步屏障）
• 通过Cherographer post了一个callback

接下来，我们简单说一下这个SyncBarrier（同步屏障）。异步屏障的作用在于：

• 阻止同步消息的执行
• 优先执行异步消息

为什么要设计这个SyncBarrier呢？主要原因在于，在Android中，有些消息是十分紧急的，需要马上执行，如果说消息队列里面普通消息太多的话，那等到执行它的时候可能早就过了时机了。

到这里，可能有人会跟我一样，觉得为什么不干脆在Message里搞个优先级，按照优先级来进行排序呢？弄个PriorityQueue不就完了吗？

我自己的理解是，在Android中，消息队列的设计是一个单链表，整个链表的排序是根据时间进行排序的，如果此时再加入一个优先级的排序规则，一方面会复杂会排序规则，另一方面，也会使得消息不可控。因为优先级是可以用户自己在外面填的，那样不就乱套了吗？如果用户每次总填最高的优先级，这样就会导致系统消息很久才会消费，整个系统运作就会出问题，最后影响用户体验，所以，我自己觉得Android的同步屏障这个设计还是挺巧妙的~

好了，总结一下，执行scheduleTraversals() 后，会插入一个屏障，保证异步消息的优先执行。

插入一个小小的思考题：如果说我们在一个方法里连续调用了requestLayout()多次，那么请问：系统会插入多条屏障或者post多个Callback吗？答案是不会，为什么呢？看到mTraversalScheduled这个变量了吗？它就是答案~

2.3 Choreographer.postCallback()

先来简单说一下Choreographer，Choreographer中文翻译叫编舞者，它的主要作用是进行系统协调的。（大家可以上网google下实际工作中的编舞者，这个类名真的起的很贴切了~） Choreographer这个类是应用怎么初始化的呢？是通过getInstance()方法：

    public static Choreographer getInstance() {        return sThreadInstance.get();    }            // Thread local storage for the choreographer.    private static final ThreadLocal<Choreographer> sThreadInstance =            new ThreadLocal<Choreographer>() {        @Override        protected Choreographer initialValue() {            Looper looper = Looper.myLooper();            if (looper == null) {                throw new IllegalStateException("The current thread must have a looper!");            }            Choreographer choreographer = new Choreographer(looper, VSYNC_SOURCE_APP);            if (looper == Looper.getMainLooper()) {                mMainInstance = choreographer;            }            return choreographer;        }    };

这里贴出来是为了提醒大家，Choreographer不是单例，而是每个线程都有单独的一份。

好了，回到我们的代码：

 ----》类名:Choreographer //1    public void postCallback(int callbackType, Runnable action, Object token) {        postCallbackDelayed(callbackType, action, token, 0);    }  //2     public void postCallbackDelayed(int callbackType,            Runnable action, Object token, long delayMillis) {       ....        postCallbackDelayedInternal(callbackType, action, token, delayMillis);    }    //3      private void postCallbackDelayedInternal(int callbackType,            Object action, Object token, long delayMillis) {                ...                mCallbackQueues[callbackType].addCallbackLocked(dueTime, action, token);                if (dueTime <= now) {                scheduleFrameLocked(now);            } else {                ...              }            }

Choreographerpost的callback会放入CallbackQueue里面，这个CallbackQueue是一个单链表。

首先会根据callbackType得到一条CallbackQueue单链表，之后会根据时间顺序，将这个callback插入到单链表中；

2.4 scheduleFrameLocked（）

 ----》类名:Choreographer  private void scheduleFrameLocked(long now) {       ...       // 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()) {                    scheduleVsyncLocked();                } else {                    Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_SCHEDULE_VSYNC);                    msg.setAsynchronous(true);                    mHandler.sendMessageAtFrontOfQueue(msg);                }            } else {               ...            }        }    }

scheduleFrameLocked的作用是：

如果当前线程就是Cherographer的工作线程的话，那么就直接执行scheduleVysnLocked

否则，就发送一个异步消息到消息队列里面去 ，这个异步消息是不受同步屏障影响的，而且这个消息还要插入到消息队列的头部，可见这个消息是非常紧急的

跟踪源代码，我们发现，其实MSG_DO_SCHEDULE_VSYNC这条消息，最终执行的也是scheduleFrameLocked这个方法，所以我们直接跟踪scheduleVsyncLocked()这个方法。

2.5 scheduleVsyncLocked()

 ----》类名:Choreographer     private void scheduleVsyncLocked() {        mDisplayEventReceiver.scheduleVsync();    }     ----》类名:DisplayEventReceiver         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 {        //mReceiverPtr是Native层一个类的指针地址        //这里这个类指的是底层NativeDisplayEventReceiver这个类        //nativeScheduleVsync底层会调用到requestNextVsync（）去请求下一个Vsync，        //具体不跟踪了，native层代码更长，还涉及到各种描述符监听以及跨进程数据传输            nativeScheduleVsync(mReceiverPtr);        }    }

这里我们可以看到一个新的类：DisplayEventReceiver,这个类的作用是注册Vsync信号的监听，当下个Vsync信号到来的时候就会通知到这个DisplayEventReceiver了。

在哪里通知呢？源码里注释写的非常清楚了：

 ----》类名:DisplayEventReceiver     // Called from native code.  <---注释还是很良心的    private void dispatchVsync(long timestampNanos, int builtInDisplayId, int frame) {        onVsync(timestampNanos, builtInDisplayId, frame);    }

当下一个Vysnc信号到来的时候，会最终调用onVsync方法：

    public void onVsync(long timestampNanos, int builtInDisplayId, int frame) {    }

点进去一看，是个空实现，回到类定义，原来是个抽象类，它的实现类是：FrameDisplayEventReceiver,定义在Cherographer里面：

 ----》类名:Choreographer private final class FrameDisplayEventReceiver extends DisplayEventReceiver            implements Runnable {            ....            }

2.6 FrameDisplayEventReceiver.onVysnc()

 ----》类名:Choreographer  private final class FrameDisplayEventReceiver extends DisplayEventReceiver            implements Runnable {        @Override        public void onVsync(long timestampNanos, int builtInDisplayId, int frame) {             ....            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() {            ....            doFrame(mTimestampNanos, mFrame);        }    }

onVsync方法往Cherographer所在线程的消息队列中发送的一个消息，这个消息是就是它自己（它实现了Runnable），所以最终会调用到doFrame()方法。

2.7 doFrame(mTimestampNanos, mFrame)

doFrame（）的处理分为两个阶段：

   void doFrame(long frameTimeNanos, int frame) {        final long startNanos;        synchronized (mLock) {           //1、阶段一            long intendedFrameTimeNanos = frameTimeNanos;            startNanos = System.nanoTime();            final long jitterNanos = startNanos - frameTimeNanos;            if (jitterNanos >= mFrameIntervalNanos) {                final long skippedFrames = jitterNanos / mFrameIntervalNanos;                if (skippedFrames >= SKIPPED_FRAME_WARNING_LIMIT) {                    Log.i(TAG, "Skipped " + skippedFrames + " frames!  "                            + "The application may be doing too much work on its main thread.");                }                ...            }            ...        }

frameTimeNanos是当前的时间戳，将当前的时间和开始时间相减，得到这一帧处理花费了多长，如果大于mFrameIntervalNano，说明处理耗时了，之后就打印出我们日常见到的The application may be doing too much work on its main thread。

阶段二：

 void doFrame(long frameTimeNanos, int frame) { ...try {//阶段2            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);            mFrameInfo.markPerformTraversalsStart();            doCallbacks(Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, frameTimeNanos);            doCallbacks(Choreographer.CALLBACK_COMMIT, frameTimeNanos);        }        ...        }

doFrame()的第二个阶段做的是处理各种callback，从CallbackQueue里面取出到执行时间的callback进行处理，那这个callback是怎么样呢？

这里要回忆一下之前的postCallback()操作：

面试官：说说Android的UI刷新机制？

这个Callback其实就一个mTraversalRunnable，它是一个Runnable，最终会调用到run()方法，实现界面的真正刷新：

 ----》类名:ViewRootImpl    final class TraversalRunnable implements Runnable {        @Override        public void run() {            doTraversal();        }    }        void doTraversal() {        if (mTraversalScheduled) {          ...            performTraversals();         ...        }    }        private void performTraversals() {      ...      //开始真正的界面绘制       performDraw();      ...    }

三、总结

经过漫长的代码跟踪，整个界面刷新流程算是跟踪完了，下面我们来总结一下：

Android的UI刷新机制,你了解多少？

四、问题解答

Q: 我们都知道Android的刷新频率是60帧/秒，这是不是意味着每隔16ms就会调用一次onDraw方法？

A: 这里60帧/秒是屏幕刷新频率，但是是否会调用onDraw()方法要看应用是否调用requestLayout()进行注册监听。

Q: 如果界面不需要重绘，那么还16ms到后还会刷新屏幕吗？

A: 如果不需要重绘，那么应用就不会受到Vsync信号，但是还是会进行刷新，只不过绘制的数据不变而已；

Q: 我们调用invalidate()之后会马上进行屏幕刷新吗？

A: 不会，到等到下一个Vsync信号到来

Q: 我们说丢帧是因为主线程做了耗时操作，为什么主线程做了耗时操作就会引起丢帧

A: 原因是，如果在主线程做了耗时操作，就会影响下一帧的绘制，导致界面无法在这个Vsync时间进行刷新，导致丢帧了。

Q: 如果在屏幕快要刷新的时候才去OnDraw（）绘制，会丢帧吗？

这个没有太大关系，因为Vsync信号是周期的，我们什么时候发起onDraw（）不会影响界面刷新；

最后

最后我想说：对于程序员来说，要学习的知识内容、技术有太多太多，要想不被环境淘汰就只有不断提升自己，从来都是我们去适应环境，而不是环境来适应我们！