面试官：在Android中，如何监测应用的 FPS ？

作者: 10块钱new一个对象 | 来源:发表于2020-11-02 17:12 被阅读0次

什么是 FPS ？

即使你不知道 FPS，但你一定听说过这么一句话，在 Android 中，每一帧的绘制时间不要超过 16.67ms。那么，这个 16.67ms 是怎么来的呢？就是由 FPS 决定的。

FPS，Frame Per Second，每秒显示的帧数，也叫帧率。Android 设备的 FPS 一般是 60，也即每秒要刷新 60 帧，所以留给每一帧的绘制时间最多只有 1000/60 = 16.67ms 。一旦某一帧的绘制时间超过了限制，就会发生掉帧，用户在连续两帧会看到同样的画面。

监测 FPS 在一定程度上可以反应应用的卡顿情况，原理也很简单，但前提是你对屏幕刷新机制和绘制流程很熟悉。所以我不会直接进入主题，让我们先从 View.invalidate() 说起。

从 View.invalidate() 说起

要探究屏幕刷新机制和 View 绘制流程，View.invalidate() 无疑是个好选择，它会发起一次绘制流程。

> View.java

public void invalidate() {
    invalidate(true);
}

public void invalidate(boolean invalidateCache) {
    invalidateInternal(0, 0, mRight - mLeft, mBottom - mTop, invalidateCache, true);
}

void invalidateInternal(int l, int t, int r, int b, boolean invalidateCache,
    boolean fullInvalidate) {
    ......
    final AttachInfo ai = mAttachInfo;
    final ViewParent p = mParent;
    if (p != null && ai != null && l < r && t < b) {
        final Rect damage = ai.mTmpInvalRect;
        damage.set(l, t, r, b);
    // 调用 ViewGroup.invalidateChild()
        p.invalidateChild(this, damage);
    }
    ......
}

image.gif

这里调用到 ViewGroup.invalidateChild() 。

> ViewGroup.java

public final void invalidateChild(View child, final Rect dirty) {
    final AttachInfo attachInfo = mAttachInfo;
    ......
    ViewParent parent = this;
    if (attachInfo != null) {
        ......
        do {
            View view = null;
            if (parent instanceof View) {
                view = (View) parent;
            }
            ......
            parent = parent.invalidateChildInParent(location, dirty);
            ......
        } while (parent != null);
    }
}

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这里有一个递归，不停的调用父 View 的 invalidateChildInParent() 方法，直到最顶层父 View 为止。这很好理解，仅靠 View 本身是无法绘制自己的，必须依赖最顶层的父 View 才可以测量，布局，绘制整个 View 树。但是最顶层的父 View 是谁呢？是 setContentView() 传入的布局文件吗？不是，它解析之后被塞进了 DecorView 中。是 DecorView 吗？也不是，它也是有父亲的。

DecorView 的 parent 是谁呢？这就得来到 ActivityThread.handleResume() 方法中。

> ActivityThread.java

public void handleResumeActivity(IBinder token, boolean finalStateRequest, boolean isForward, String reason) {
    ......
    // 1\. 回调 onResume()
    final ActivityClientRecord r = performResumeActivity(token, finalStateRequest, reason);
    ......
    View decor = r.window.getDecorView();
    decor.setVisibility(View.INVISIBLE);
    ViewManager wm = a.getWindowManager();
    // 2\. 添加 decorView 到 WindowManager
    wm.addView(decor, l);
    ......
}

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第二步中实际调用的是 WindowManagerImpl.addView() 方法，WindowManagerImpl 中又调用了 WindowManagerGlobal.addView() 方法。

> WindowManagerGlobal.java

// 参数 view 就是 DecorView
public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params, Display display, Window parentWindow) {
    ......
    ViewRootImpl root;
    // 1\. 初始化 ViewRootImpl
    root = new ViewRootImpl(view.getContext(), display);

    mViews.add(view);
    mRoots.add(root);
    // 2\. 重点在这
    root.setView(view, wparams, panelParentView);
    ......
}

image.gif

跟进 ViewRootImpl.setView() 方法。

> ViewRootImpl.java

// 参数 view 就是 DecorView
public void setView(View view, WindowManager.LayoutParams attrs, View panelParentView) {
    synchronized (this) {
        if (mView == null) {
            mView = view;

            // 1\. 发起首次绘制
            requestLayout();

            // 2\. Binder 调用 Session.addToDisplay()，将 window 添加到屏幕
                    res = mWindowSession.addToDisplay(mWindow, mSeq, mWindowAttributes,
                            getHostVisibility(), mDisplay.getDisplayId(), mWinFrame,
                            mAttachInfo.mContentInsets, mAttachInfo.mStableInsets,
                            mAttachInfo.mOutsets, mAttachInfo.mDisplayCutout, mInputChannel);

            // 3\. 重点在这，注意 view 是 DecorView，this 是 ViewRootImpl 本身
            view.assignParent(this);
        }
    }
}

image.gif

跟进 View.assignParent() 方法。

> View.java

// 参数 parent 是 ViewRootImpl
void assignParent(ViewParent parent) {
    if (mParent == null) {
        mParent = parent;
    } else if (parent == null) {
        mParent = null;
    } else {
        throw new RuntimeException("view " + this + " being added, but"
                + " it already has a parent");
    }
}

image.gif

还记得我们跟了这么久在干嘛吗？为了探究 View 的刷新流程，我们跟着 View.invalidate() 方法一路追到 ViewGroup.invalidateChild() ，其中递归调用 parent 的 invalidateChildInParent() 方法。所以我们在 给 DecorView 找爸爸 。现在很清晰了，DecorView 的爸爸就是 ViewRootImpl ，所以最终调用的就是 ViewRootImpl.invalidateChildInParent() 方法。

> ViewRootImpl.java

public ViewParent invalidateChildInParent(int[] location, Rect dirty) {
    // 1\. 线程检查
    checkThread();

    if (dirty == null) {
        // 2\. 调用 scheduleTraversals()
        invalidate();
        return null;
    } else if (dirty.isEmpty() && !mIsAnimating) {
        return null;
    }
    ......
    // 3\. 调用 scheduleTraversals()
    invalidateRectOnScreen(dirty);

    return null;
}

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无论是注释 2 处的 invalite() 还是注释 3 处的 invalidateRectOnScreen() ，最终都会调用到 scheduleTraversals() 方法。

scheduleTraversals() 在 View 绘制流程中是个极其重要的方法，我不得不单独开一节来聊聊它。

承上启下的 “编舞者”

上一节中，我们从 View.invalidate() 方法开始追踪，一直跟到 ViewRootImpl.scheduleTraversals() 方法。

> ViewRootImpl.java

void scheduleTraversals() {
    // 1\. 防止重复调用
    if (!mTraversalScheduled) {
        mTraversalScheduled = true;
        // 2\. 发送同步屏障，保证优先处理异步消息
        mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
        // 3\. 最终会执行 mTraversalRunnable 这个任务
        mChoreographer.postCallback(
                Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
        ......
    }
}

image.gif

mTraversalScheduled 是个布尔值，防止重复调用，在一次 vsync 信号期间多次调用是没有意义的
利用 Handler 的同步屏障机制，优先处理异步消息
Choreographer 登场

到这里，鼎鼎大名的 编舞者 —— Choreographer [ˌkɔːriˈɑːɡrəfər] 就该出场了（为了避免面试中出现不会读单词的尴尬，掌握一下发音还是必须的）。

通过 mChoreographer 发送了一个任务 mTraversalRunnable ，最终会在某个时刻被执行。在看源码之前，先抛出来几个问题：

mChoreographer 是在什么时候初始化的？
mTraversalRunnable 是个什么鬼？
mChoreographer 是如何发送任务以及任务是如何被调度执行的？

围绕这三个问题，我们再回到源码中。

先来看第一个问题，这就得回到上一节介绍过的 WindowManagerGlobal.addView() 方法。

> WindowManagerGlobal.java

// 参数 view 就是 DecorView
public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params, Display display, Window parentWindow) {
    ......
    ViewRootImpl root;
    // 1\. 初始化 ViewRootImpl
    root = new ViewRootImpl(view.getContext(), display);

    mViews.add(view);
    mRoots.add(root);

    root.setView(view, wparams, panelParentView);
    ......
}

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注释 1 处新建了 ViewRootImpl 对象，跟进 ViewRootImpl 的构造函数。

> ViewRootImpl.java

public ViewRootImpl(Context context, Display display) {
    mContext = context;
    // 1\. IWindowSession 代理对象，与 WMS 进行 Binder 通信
    mWindowSession = WindowManagerGlobal.getWindowSession();
    ......
    mThread = Thread.currentThread();
    ......
    // IWindow Binder 对象
    mWindow = new W(this);
    ......
    // 2\. 初始化 mAttachInfo
    mAttachInfo = new View.AttachInfo(mWindowSession, mWindow, display, this, mHandler, this,
                context);
    ......
    // 3\. 初始化 Choreographer，通过 Threadlocal 存储
    mChoreographer = Choreographer.getInstance();
    ......
}

image.gif

在 ViewRootImpl 的构造函数中，注释 3 处初始化了 mChoreographer，调用的是 Choreographer.getInstance() 方法。

> Choreographer.java

public static Choreographer getInstance() {
    return sThreadInstance.get();
}

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sThreadInstance 是一个 ThreadLocal<Choreographer> 对象。

> Choreographer.java

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!");
        }
        // 新建 Choreographer 对象
        Choreographer choreographer = new Choreographer(looper, VSYNC_SOURCE_APP);
        if (looper == Looper.getMainLooper()) {
            mMainInstance = choreographer;
        }
        return choreographer;
    }
};

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所以 mChoreographer 保存在 ThreadLocal 中的线程私有对象。它的构造函数中需要传入当前线程(这里就是主线程)的 Looper 对象。

这里再插一个题外话，主线程 Looper 是在什么时候创建的？ 回顾一下应用进程的创建流程：

调用 Process.start() 创建应用进程
ZygoteProcess 负责和 Zygote 进程建立 socket 连接，并将创建进程需要的参数发送给 Zygote 的 socket 服务端
Zygote 服务端接收到参数之后调用 ZygoteConnection.processOneCommand() 处理参数，并 fork 进程
最后通过 findStaticMain() 找到 ActivityThread 类的 main() 方法并执行，子进程就启动了

ActivityThread 并不是一个线程，但它是运行在主线程上的，主线程 Looper 就是在它的 main() 方法中执行的。

> ActivityThread.java

public static void main(String[] args) {
    ......
    // 创建主线程 Looper
    Looper.prepareMainLooper(); 
    ......
    // 创建 ActivityThread ，并 attach(false)
    ActivityThread thread = new ActivityThread();
    thread.attach(false, startSeq);
    ......
    // 开启主线程消息循环
    Looper.loop();
}

image.gif

Looper 也是存储在 ThreadLocal 中的。

再回到 Choreographer，我们来看一下它的构造函数。

> Choreographer.java

private Choreographer(Looper looper, int vsyncSource) {
    mLooper = looper;
    // 处理事件
    mHandler = new FrameHandler(looper);
    // USE_VSYNC 在 Android 4.1 之后默认为 true，
    // FrameDisplayEventReceiver 是个 vsync 事件接收器 
    mDisplayEventReceiver = USE_VSYNC
            ? new FrameDisplayEventReceiver(looper, vsyncSource)
            : null;
    mLastFrameTimeNanos = Long.MIN_VALUE;

    // 一帧的时间，60pfs 的话就是 16.7ms
    mFrameIntervalNanos = (long)(1000000000 / getRefreshRate());
    // 回调队列
    mCallbackQueues = new CallbackQueue[CALLBACK_LAST + 1];
    for (int i = 0; i <= CALLBACK_LAST; i++) {
        mCallbackQueues[i] = new CallbackQueue();
    }
}

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这里出现了几个新面孔，FrameHandler、FrameDisplayEventReceiver、CallbackQueue，这里暂且不表，先混个脸熟，后面会一一说到。

介绍完 Choreographer 是如何初始化的，再回到 Choreographer 发送任务那块。

mChoreographer.postCallback(
                Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);

image.gif

我们看看 mTraversalRunnable 是什么东西。

> ViewRootImpl.java

final TraversalRunnable mTraversalRunnable = new TraversalRunnable();

final class TraversalRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        doTraversal();
    }
}

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没什么特别的，它就是一个 Runnable 对象，run() 方法中会执行 doTraversal() 方法。

> ViewRootImpl.java

void doTraversal() {
    if (mTraversalScheduled) {
        // 1\. mTraversalScheduled 置为 false
        mTraversalScheduled = false;
    // 2\. 移除同步屏障
        mHandler.getLooper().getQueue().removeSyncBarrier(mTraversalBarrier);

    // 3\. 开始布局，测量，绘制流程
        performTraversals();
        ......
    }

image.gif

再对比一下最开始发起绘制的 scheduleTraversals() 方法：

> ViewRootImpl.java

void scheduleTraversals() {
    // 1\. mTraversalScheduled 置为 true，防止重复调用
    if (!mTraversalScheduled) {
        mTraversalScheduled = true;
    // 2\. 发送同步屏障，保证优先处理异步消息
        mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
    // 3\. 最终会执行 mTraversalRunnable 这个任务
        mChoreographer.postCallback(
                Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
        ......
    }
}

image.gif

仔细分别看一下上面两个方法的注释 1、2、 3，还是很清晰的。mTraversalRunnable 被执行后最终会调用 performTraversals() 方法，来完成整个 View 的测量，布局和绘制流程。

分析到这里，就差最后一步了，mTraversalRunnable 是如何被调度执行的？ 我们再回到 Choreographer.postCallback() 方法。

> Choreographer.java

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

public void postCallbackDelayed(int callbackType,
        Runnable action, Object token, long delayMillis) {
    ......
    postCallbackDelayedInternal(callbackType, action, token, delayMillis);
}

// 传入的参数依次是 Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null，0
private void postCallbackDelayedInternal(int callbackType,
        Object action, Object token, long delayMillis) {
    ......
    synchronized (mLock) {
        final long now = SystemClock.uptimeMillis();
        final long dueTime = now + delayMillis;
        // 1\. 将 mTraversalRunnable 塞入队列
        mCallbackQueues[callbackType].addCallbackLocked(dueTime, action, token);

        if (dueTime <= now) { // 立即执行
            // 2\. 由于 delayMillis 是 0，所以会执行到这里
            scheduleFrameLocked(now);
        } else { // 延迟执行
            Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_SCHEDULE_CALLBACK, action);
            msg.arg1 = callbackType;
            msg.setAsynchronous(true);
            mHandler.sendMessageAtTime(msg, dueTime);
        }
    }
}

image.gif

首先根据 callbackType(这里是 CALLBACK_TRAVERSAL) 将稍后要执行的 mTraversalRunnable 放入相应队列中，其中的具体逻辑就不看了。

然后由于 delayMillis 是 0，所以 dueTime 和 now 是相等的，所以直接执行 scheduleFrameLocked(now) 方法。如果 delayMillis 不为 0 的话，会通过 FrameHandler 发送一个延时消息，最后执行的仍然是 scheduleFrameLocked(now) 方法。

> Choreographer.java

private void scheduleFrameLocked(long now) {
    if (!mFrameScheduled) {
        mFrameScheduled = true;
        if (USE_VSYNC) { // Android 4.1 之后 USE_VSYNCUSE_VSYNC 默认为 true

            // 如果是当前线程，直接申请 vsync，否则通过 handler 通信
            if (isRunningOnLooperThreadLocked()) {
                scheduleVsyncLocked();
            } else {
                // 发送异步消息
                Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_SCHEDULE_VSYNC);
                msg.setAsynchronous(true);
                mHandler.sendMessageAtFrontOfQueue(msg);
            }
        } else { // 未开启 vsync，4.1 之后默认开启
            final long nextFrameTime = Math.max(
                    mLastFrameTimeNanos / TimeUtils.NANOS_PER_MS + sFrameDelay, now);
            Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_FRAME);
            msg.setAsynchronous(true);
            mHandler.sendMessageAtTime(msg, nextFrameTime);
        }
    }
}

image.gif

开头到现在，已经好几次提到了 VSYNC，官方也有一个视频介绍 Android Performance Patterns: Understanding VSYNC ，大家可以看一看。简而言之，VSYNC 是为了解决屏幕刷新率和 GPU 帧率不一致导致的 “屏幕撕裂” 问题。VSYNC 在 PC 端是很久以来就存在的技术，但在 4.1 之后，Google 才将其引入到 Android 显示系统中，以解决饱受诟病的 UI 显示不流畅问题。

再说的简单点，可以把 VSYNC 看成一个由硬件发出的定时信号，通过 Choreographer 监听这个信号。每当信号来临时，统一开始绘制工作。这就是 scheduleVsyncLocked() 方法的工作内容。

> Choreographer.java

private void scheduleVsyncLocked() {
    mDisplayEventReceiver.scheduleVsync();
}

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mDisplayEventReceiver 是 FrameDisplayEventReceiver 对象，但它并没有 scheduleVsync() 方法，而是直接调用的父类方法。FrameDisplayEventReceiver 的父类是 DisplayEventReceiver 。

> DisplayEventReceiver.java

public abstract class 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 {
            // 注册监听 vsync 信号，会回调 dispatchVsync() 方法
            nativeScheduleVsync(mReceiverPtr);
        }
    }

    // 有 vsync 信号时，由 native 调用此方法
    private void dispatchVsync(long timestampNanos, int builtInDisplayId, int frame) {
        // timestampNanos 是 vsync 回调的时间
        onVsync(timestampNanos, builtInDisplayId, frame);
    }

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

image.gif

在 scheduleVsync() 方法中会通过 nativeScheduleVsync() 方法注册下一次 vsync 信号的监听，从方法名也能看出来，下面会进入 native 调用，水平有限，就不追进去了。

注册监听之后，当下次 vsync 信号来临时，会通过 jni 回调 java 层的 dispatchVsync() 方法，其中又调用了 onVsync() 方法。父类 DisplayEventReceiver 的 onVsync() 方法是个空实现，我们再回到子类 FrameDisplayEventReceiver ，它是 Choreographer 的内部类。

> Choreographer.java

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

    // vsync 信号监听回调
    @Override
    public void onVsync(long timestampNanos, int builtInDisplayId, int frame) {
        ......
        long now = System.nanoTime();
        // // timestampNanos 是 vsync 回调的时间，不能比 now 大
        if (timestampNanos > now) {
            Log.w(TAG, "Frame time is " + ((timestampNanos - now) * 0.000001f)
                    + " ms in the future!  Check that graphics HAL is generating vsync "
                    + "timestamps using the correct timebase.");
            timestampNanos = now;
        }
        ......
        mTimestampNanos = timestampNanos;
        mFrame = frame;
        // 这里传入的是 this，会回调本身的 run() 方法
        Message msg = Message.obtain(mHandler, this);
        // 这是一个异步消息，保证优先执行
        msg.setAsynchronous(true);
        mHandler.sendMessageAtTime(msg, timestampNanos / TimeUtils.NANOS_PER_MS);
    }

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

image.gif

在 onVsync() 回调中，向主线程发送了一个异步消息，注意 sendMessageAtTime() 方法参数中的时间是 timestampNanos / TimeUtils。timestampNanos 是 vsync 信号的时间戳，单位是纳秒，所以这里做一个除法转换为毫秒。代码执行到这里的时候 vsync 信号已经发生，所以 timestampNanos 是比当前时间小的。这样这个消息塞进 MessageQueue 的时候就可以直接塞到前面了。另外 callback 是 this，所以当消息被执行时，调用的是自己的 run() 方法，run() 方法中调用的是 doFrame() 方法。

> Choreographer.java

void doFrame(long frameTimeNanos, int frame) {
    final long startNanos;
    synchronized (mLock) {
        if (!mFrameScheduled) {
            return; // no work to do
        }
        ......

        long intendedFrameTimeNanos = frameTimeNanos;
        startNanos = System.nanoTime();
        // 计算超时时间
        // frameTimeNanos 是 vsync 信号回调的时间，startNanos 是当前时间戳
        // 相减得到主线程的耗时时间
        final long jitterNanos = startNanos - frameTimeNanos;
        // mFrameIntervalNanos 是一帧的时间
        if (jitterNanos >= mFrameIntervalNanos) {
            final long skippedFrames = jitterNanos / mFrameIntervalNanos;
            // 掉帧超过 30 帧，打印 log
            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;
            frameTimeNanos = startNanos - lastFrameOffset;
        }
        ......
    }

    try {
        AnimationUtils.lockAnimationClock(frameTimeNanos / TimeUtils.NANOS_PER_MS);

        // doCallBacks() 开始执行回调
        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);
    } finally {
        AnimationUtils.unlockAnimationClock();
    }
    ......
}

image.gif

在 Choreographer.postCallback() 方法中将 mTraversalRunnable 塞进了 mCallbackQueues[] 数组中，下面的 doCallbacks() 方法就要把它取出来执行了。

> Choreographer.java

    void doCallbacks(int callbackType, long frameTimeNanos) {
        CallbackRecord callbacks;
        synchronized (mLock) {
            final long now = System.nanoTime();
            // 根据 callbackType 找到对应的 CallbackRecord 对象
            callbacks = mCallbackQueues[callbackType].extractDueCallbacksLocked(
                    now / TimeUtils.NANOS_PER_MS);
            if (callbacks == null) {
                return;
            }
            mCallbacksRunning = true;
            ......
        }
        try {
            for (CallbackRecord c = callbacks; c != null; c = c.next) {
                // 执行 callBack
                c.run(frameTimeNanos);
            }
        } finally {
           ......
        }
    }

image.gif

根据 callbackType 找到对应的 mCallbackQueues ，然后执行，具体流程就不深入分析了。callbackType 共有四个类型，分别是 CALLBACK_INPUT、CALLBACK_ANIMATION、CALLBACK_TRAVERSAL、CALLBACK_COMMIT 。

> Choreographer.CallbackRecord

public void run(long frameTimeNanos) {
            if (token == FRAME_CALLBACK_TOKEN) {
                ((FrameCallback)action).doFrame(frameTimeNanos);
            } else {
                ((Runnable)action).run();
            }
        }

image.gif

到此为止，mTraversalRunnable 得以被执行，View.invalidate() 的整个流程就走通了。总结一下：

从 View.invalidate() 开始，最后会递归调用 parent.invalidateChildInParent() 方法。这里最顶层的 parent 是 ViewRootImpl 。ViewRootImpl 是 DecorView 的 parent，这个赋值调用链是这样的 ActivityThread.handleResumeActivity -> WindowManagerImpl.addView() -> WindowManagerGlobal.addView() -> ViewRootImpl.setView() -> View.assignParent() 。
ViewRootImpl.invalidateChildInParent() 最终调用到 scheduleTraversals() 方法，其中建立同步屏障之后，通过 Choreographer.postCallback() 方法提交了任务 mTraversalRunnable，这个任务就是负责 View 的测量，布局，绘制。
Choreographer.postCallback() 方法通过 DisplayEventReceiver.nativeScheduleVsync() 方法向系统底层注册了下一次 vsync 信号的监听。当下一次 vsync 来临时，系统会回调其 dispatchVsync() 方法，最终回调 FrameDisplayEventReceiver.onVsync() 方法。
FrameDisplayEventReceiver.onVsync() 方法中取出之前提交的 mTraversalRunnable 并执行。这样就完成了整个绘制流程。

如何监测应用的 FPS？

监测当前应用的 FPS 很简单。每次 vsync 信号回调中，都会执行四种类型的 mCallbackQueues 队列中的回调任务。而 Choreographer 又对外提供了提交回调任务的方法，这个方法就是 Choreographer.getInstance().postFrameCallback() 。简单跟进去看一下。

> Choreographer.java

public void postFrameCallback(FrameCallback callback) {
    postFrameCallbackDelayed(callback, 0);
}

public void postFrameCallbackDelayed(FrameCallback callback, long delayMillis) {
    ......
    // 这里的类型是 CALLBACK_ANIMATION
    postCallbackDelayedInternal(CALLBACK_ANIMATION,
            callback, FRAME_CALLBACK_TOKEN, delayMillis);
}

image.gif

和 View.invalite() 流程中调用的 Choreographer.postCallback() 基本一致，仅仅只是 callback 类型不一致，这里是 CALLBACK_ANIMATION 。

我直接给出实现代码：FpsMonitor.kt

object FpsMonitor {

    private const val FPS_INTERVAL_TIME = 1000L
    private var count = 0
    private var isFpsOpen = false
    private val fpsRunnable by lazy { FpsRunnable() }
    private val mainHandler by lazy { Handler(Looper.getMainLooper()) }
    private val listeners = arrayListOf<(Int) -> Unit>()

    fun startMonitor(listener: (Int) -> Unit) {
        // 防止重复开启
        if (!isFpsOpen) {
            isFpsOpen = true
            listeners.add(listener)
            mainHandler.postDelayed(fpsRunnable, FPS_INTERVAL_TIME)
            Choreographer.getInstance().postFrameCallback(fpsRunnable)
        }
    }

    fun stopMonitor() {
        count = 0
        mainHandler.removeCallbacks(fpsRunnable)
        Choreographer.getInstance().removeFrameCallback(fpsRunnable)
        isFpsOpen = false
    }

    class FpsRunnable : Choreographer.FrameCallback, Runnable {
        override fun doFrame(frameTimeNanos: Long) {
            count++
            Choreographer.getInstance().postFrameCallback(this)
        }

        override fun run() {
            listeners.forEach { it.invoke(count) }
            count = 0
            mainHandler.postDelayed(this, FPS_INTERVAL_TIME)
        }
    }
}

image.gif

大致逻辑是这样的：

声明变量 count 用于统计回调次数
通过 Choreographer.getInstance().postFrameCallback(fpsRunnable) 注册监听下一次 vsync信号，提交任务，任务回调只做两件事，一是 count++，二是继续注册监听下一次 vsync 信号。
通过 Handler 做个定时任务，每隔一秒统计 count 值并清空。

来张 GIF 感受一下，源码已经上传到我的开源项目 Mamba 。

image

最后

目前也有很多开源项目实现了 FPS 监测或者流畅度检测的功能。

滴滴开源的 DoraemonKit 的做法和上面介绍的是一致的（没错，我就是仿照它写的，/goutou），可以看一下 PerformanceDataManager.startMonitorFrameInfo() 方法的实现。

腾讯开源的 Matrix 虽然也是在 Choreographer 上动手脚，但做的更加彻底，它可以监听到 CALLBACK_INPUT、CALLBACK_ANIMATION、CALLBACK_TRAVERSAL 三种事件各自精确的耗时，重点关注 LooperMonitor 和 UIThreadMonitor 这两个类。具体原理这里就不再分析了，可以给大家推荐一篇文章， Matrix-TraceCanary的设计和原理分析手册。

这一期的文章到这就结束了。以 如何监测应用的 FPS 为引子，重点讲述了屏幕刷新机制和 Choreographer 的工作流程，中间也掺杂了一些其他内容。后续的文章也将延续此风格，尽量涵括更多的知识点，敬请期待。

最后留下一个简单的问题，为什么会发生掉帧？ 欢迎在评论区进行交流。

我是秉心说，下期再见。

作者：秉心说TM
链接：https://juejin.im/post/6890407553457963022

面试官：在Android中，如何监测应用的 FPS ？

什么是 FPS ？

从 View.invalidate() 说起

承上启下的 “编舞者”

如何监测应用的 FPS？

最后

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