Android 重学系列 Vsync同步信号原理

作者: yjy239 | 来源:发表于2020-02-25 22:25 被阅读0次

前言

经过前面系列文章的学习，我们的已经理解了SurfaceFlinger运行机制以及同步机制，但是SurfaceFlinger又是以什么方法是把需要刷新的信号发送给App进程的，本文将会和探讨这个问题。

如果遇到问题可以来本文进行讨论：https://www.jianshu.com/p/82c0556e9c76

正文

还记得我写的SurfaceFlinger的第一篇SurfaceFlinger初始化一文里面有探讨过一个十分重要的类EventThread，在EventThread初始化中，持有一个十分核心对象DispSyncSource。而DispSyncSource又持有DispSync。

mEventThreadSource =
            std::make_unique<DispSyncSource>(&mPrimaryDispSync, SurfaceFlinger::vsyncPhaseOffsetNs,
                                             true, "app");
    mEventThread = std::make_unique<impl::EventThread>(mEventThreadSource.get(),
                                                       [this]() { resyncWithRateLimit(); },
                                                       impl::EventThread::InterceptVSyncsCallback(),
                                                       "appEventThread");
    mSfEventThreadSource =
            std::make_unique<DispSyncSource>(&mPrimaryDispSync,
                                             SurfaceFlinger::sfVsyncPhaseOffsetNs, true, "sf");

    mSFEventThread =
            std::make_unique<impl::EventThread>(mSfEventThreadSource.get(),
                                                [this]() { resyncWithRateLimit(); },
                                                [this](nsecs_t timestamp) {
                                                    mInterceptor->saveVSyncEvent(timestamp);
                                                },
                                                "sfEventThread");

分别创建两个EventThread，一个是名字为sf，一个是app。我在初始化一文就说过，这两个对象在控制着什么时候发送vsync信号。首先来看看DispSync的初始化方法：

dispSyncPresentTimeOffset = getInt64< ISurfaceFlingerConfigs,
            &ISurfaceFlingerConfigs::presentTimeOffsetFromVSyncNs>(0);

mPrimaryDispSync.init(SurfaceFlinger::hasSyncFramework, SurfaceFlinger::dispSyncPresentTimeOffset);

DispSync 初始化

文件：/frameworks/native/services/surfaceflinger/DispSync.cpp

DispSync::DispSync(const char* name)
      : mName(name), mRefreshSkipCount(0), mThread(new DispSyncThread(name)) {}

DispSync::~DispSync() {}

void DispSync::init(bool hasSyncFramework, int64_t dispSyncPresentTimeOffset) {
    mIgnorePresentFences = !hasSyncFramework;
    mPresentTimeOffset = dispSyncPresentTimeOffset;
    mThread->run("DispSync", PRIORITY_URGENT_DISPLAY + PRIORITY_MORE_FAVORABLE);

    // set DispSync to SCHED_FIFO to minimize jitter
    struct sched_param param = {0};
    param.sched_priority = 2;
    if (sched_setscheduler(mThread->getTid(), SCHED_FIFO, &param) != 0) {
        ALOGE("Couldn't set SCHED_FIFO for DispSyncThread");
    }

    reset();
    beginResync();

    if (kTraceDetailedInfo) {
        if (!mIgnorePresentFences && kEnableZeroPhaseTracer) {
            mZeroPhaseTracer = std::make_unique<ZeroPhaseTracer>();
            addEventListener("ZeroPhaseTracer", 0, mZeroPhaseTracer.get());
        }
    }
}

在DispSync中初始化了DispSyncThread线程，并且在init方法中运行起来，并且设置该线程的task_struct处于最高优先级，调用beginResync初始化所有Vsync中的参数。

DispSyncThread 初始化

Android中native中的Thread最后会走到threadLoop中：

    virtual bool threadLoop() {
        status_t err;
        nsecs_t now = systemTime(SYSTEM_TIME_MONOTONIC);

        while (true) {
            Vector<CallbackInvocation> callbackInvocations;

            nsecs_t targetTime = 0;

            { // Scope for lock
                Mutex::Autolock lock(mMutex);

                if (kTraceDetailedInfo) {
                    ATRACE_INT64("DispSync:Frame", mFrameNumber);
                }
                ALOGV("[%s] Frame %" PRId64, mName, mFrameNumber);
                ++mFrameNumber;

                if (mStop) {
                    return false;
                }

                if (mPeriod == 0) {
                    err = mCond.wait(mMutex);
                    if (err != NO_ERROR) {
                        ALOGE("error waiting for new events: %s (%d)", strerror(-err), err);
                        return false;
                    }
                    continue;
                }

                targetTime = computeNextEventTimeLocked(now);

                bool isWakeup = false;

                if (now < targetTime) {
                    if (kTraceDetailedInfo) ATRACE_NAME("DispSync waiting");

                    if (targetTime == INT64_MAX) {
                        ALOGV("[%s] Waiting forever", mName);
                        err = mCond.wait(mMutex);
                    } else {
                        ALOGV("[%s] Waiting until %" PRId64, mName, ns2us(targetTime));
                        err = mCond.waitRelative(mMutex, targetTime - now);
                    }

                    if (err == TIMED_OUT) {
                        isWakeup = true;
                    } else if (err != NO_ERROR) {
                        ALOGE("error waiting for next event: %s (%d)", strerror(-err), err);
                        return false;
                    }
                }

                now = systemTime(SYSTEM_TIME_MONOTONIC);

                // Don't correct by more than 1.5 ms
                static const nsecs_t kMaxWakeupLatency = us2ns(1500);

                if (isWakeup) {
                    mWakeupLatency = ((mWakeupLatency * 63) + (now - targetTime)) / 64;
                    mWakeupLatency = min(mWakeupLatency, kMaxWakeupLatency);
                    
                }

                callbackInvocations = gatherCallbackInvocationsLocked(now);
            }

            if (callbackInvocations.size() > 0) {
                fireCallbackInvocations(callbackInvocations);
            }
        }

        return false;
    }

1. 每一次循环都会把mFrameNumber 代表帧数加1.
1. 如果mPeriod(周期)为0，则进行等待有人通过updateModel方法更新了mPeriod为一个有效的数值，才继续线程的计算。
1. 每一次执行都会通过computeNextEventTimeLocked计算下一次vsync发送的时间。
1. 如果目标时间大于当前时间，则会通过Condtion进行等待target时间和now时间差，如果超过最大的int64(也就是long最大数值)，则会直接阻塞等待更新。如果当前时间超过目标时间，则需要立即唤醒需要，isWakeup 设置为true。
1. 每一次计算，都会记录上一次的时间差值。在下一次计算会把当前的差值计算下去，进行一次调整。其实就是把计算出来需要等待的差值获得64分之一保存起来。当下一次获得新的差值，把时间向后推移当前差值63倍数，这样就有最后一份的调整时间，加上下一次的新的差值，就能找到间隔相似的时间点。但是要注意，每一次发送最大不能超过1500ms，超过了就取1500ms。
1. 在每一次的发送都会计算调整每一个mEventListeners监听的回调时间，只有当前时间大于预期发送时间，才会加入发送集合中，并把时间和回调时间保存在CallbackInvocation。

 Vector<CallbackInvocation> gatherCallbackInvocationsLocked(nsecs_t now) {
        if (kTraceDetailedInfo) ATRACE_CALL();
        ALOGV("[%s] gatherCallbackInvocationsLocked @ %" PRId64, mName, ns2us(now));

        Vector<CallbackInvocation> callbackInvocations;
        nsecs_t onePeriodAgo = now - mPeriod;

        for (size_t i = 0; i < mEventListeners.size(); i++) {
            nsecs_t t = computeListenerNextEventTimeLocked(mEventListeners[i], onePeriodAgo);

            if (t < now) {
                CallbackInvocation ci;
                ci.mCallback = mEventListeners[i].mCallback;
                ci.mEventTime = t;
                ALOGV("[%s] [%s] Preparing to fire", mName, mEventListeners[i].mName);
                callbackInvocations.push(ci);
                mEventListeners.editItemAt(i).mLastEventTime = t;
            }
        }

        return callbackInvocations;
    }

1. 如果发现需要发送集合大于0，将会调用fireCallbackInvocations，发送信号回调

    void fireCallbackInvocations(const Vector<CallbackInvocation>& callbacks) {
        if (kTraceDetailedInfo) ATRACE_CALL();
        for (size_t i = 0; i < callbacks.size(); i++) {
            callbacks[i].mCallback->onDispSyncEvent(callbacks[i].mEventTime);
        }
    }

那么这个监听是哪里注册的呢？我们稍后解析。mCallback回调就是DispSyncSource，mCallback在这个方法调用onVSyncEvent。这个逻辑我们稍后再看。

让我们回到持有DispSync的对象DispSyncSource。DispSyncSource这个对象只是简单的调用了构造函数，我们需要看看持有DispSyncSource的EventThread对象。

EventThread初始化中DispSync的工作

EventThread::EventThread(VSyncSource* src, ResyncWithRateLimitCallback resyncWithRateLimitCallback,
                         InterceptVSyncsCallback interceptVSyncsCallback, const char* threadName)
      : mVSyncSource(src),
        mResyncWithRateLimitCallback(resyncWithRateLimitCallback),
        mInterceptVSyncsCallback(interceptVSyncsCallback) {
    for (auto& event : mVSyncEvent) {
        event.header.type = DisplayEventReceiver::DISPLAY_EVENT_VSYNC;
        event.header.id = 0;
        event.header.timestamp = 0;
        event.vsync.count = 0;
    }

....
}

EventThread自己本身也是一个线程，它持有一个方法指针，这个方法是SF的resyncWithRateLimit()，该方法实际上就是DispSync中重新设置mPeriod的关键函数。

同时设置初始化了mVSyncEvent每一个时间的类型为DISPLAY_EVENT_VSYNC。mVSyncEvent这个集合大小其实就是Android允许接入的屏幕个数，这个id也是对应屏幕的type类型，在这里是2.

EventThread发送Vsync信号

还记得图元的消费一文中有提到过，当SF执行完queueBuffer方法之后，通过onFrameAvailable回调到MessageQueue::invalidate方法中。这个方法如下：

void MessageQueue::invalidate() {
    mEvents->requestNextVsync();
}

接下来会调用如下方法：

void EventThread::requestNextVsync(const sp<EventThread::Connection>& connection) {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mMutex);

    if (mResyncWithRateLimitCallback) {
        mResyncWithRateLimitCallback();
    }

    if (connection->count < 0) {
        connection->count = 0;
        mCondition.notify_all();
    }
}

能看到此时就调用了EventThread中持有的mResyncWithRateLimitCallback方法指针，进行Period设定之后，才唤醒EventThread中的阻塞。这个方法就是resyncWithRateLimit。

文件：/frameworks/native/services/surfaceflinger/SurfaceFlinger.cpp

void SurfaceFlinger::resyncWithRateLimit() {
    static constexpr nsecs_t kIgnoreDelay = ms2ns(500);

    static nsecs_t sLastResyncAttempted = 0;
    const nsecs_t now = systemTime();
    if (now - sLastResyncAttempted > kIgnoreDelay) {
        resyncToHardwareVsync(false);
    }
    sLastResyncAttempted = now;
}

这里的方法很简单，其实就是如果两次进行resyncWithRateLimit 同步信号的采样调整时间差小于50纳秒就忽略。

void SurfaceFlinger::resyncToHardwareVsync(bool makeAvailable) {
    Mutex::Autolock _l(mHWVsyncLock);

    if (makeAvailable) {
        mHWVsyncAvailable = true;
    } else if (!mHWVsyncAvailable) {
        return;
    }

    const auto& activeConfig = getBE().mHwc->getActiveConfig(HWC_DISPLAY_PRIMARY);
    const nsecs_t period = activeConfig->getVsyncPeriod();

    mPrimaryDispSync.reset();
    mPrimaryDispSync.setPeriod(period);

    if (!mPrimaryHWVsyncEnabled) {
        mPrimaryDispSync.beginResync();
        //eventControl(HWC_DISPLAY_PRIMARY, SurfaceFlinger::EVENT_VSYNC, true);
        mEventControlThread->setVsyncEnabled(true);
        mPrimaryHWVsyncEnabled = true;
    }
}

此时会从HWC的Hal层拿到硬件层中的Vsync周期，并且设置到DispSync。如果，此时主屏幕的HWC的Vsync标志mPrimaryHWVsyncEnabled是挂壁，会通过EventControlThread通过setVsyncEnabled为true。

DispSync setPeriod

void DispSync::setPeriod(nsecs_t period) {
    Mutex::Autolock lock(mMutex);
    mPeriod = period;
    mPhase = 0;
    mReferenceTime = 0;
    mThread->updateModel(mPeriod, mPhase, mReferenceTime);
}

把周期交给给DispSyncThread.updateModel处理。mPhase，mReferenceTime都设置为0

DispSyncThread updateModel

    void updateModel(nsecs_t period, nsecs_t phase, nsecs_t referenceTime) {
        if (kTraceDetailedInfo) ATRACE_CALL();
        Mutex::Autolock lock(mMutex);
        mPeriod = period;
        mPhase = phase;
        mReferenceTime = referenceTime;
        mCond.signal();
    }

在updateModel中就会开始唤醒阻塞调整等待时间差的DispSyncThread线程。

EventControlThread setVsyncEnabled

void EventControlThread::threadMain() NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS {
    auto keepRunning = true;
    auto currentVsyncEnabled = false;

    while (keepRunning) {
        mSetVSyncEnabled(currentVsyncEnabled);

        std::unique_lock<std::mutex> lock(mMutex);
        mCondition.wait(lock, [this, currentVsyncEnabled, keepRunning]() NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS {
            return currentVsyncEnabled != mVsyncEnabled || keepRunning != mKeepRunning;
        });
        currentVsyncEnabled = mVsyncEnabled;
        keepRunning = mKeepRunning;
    }
}

在这个线程循环中，会被mCondition阻塞起来，直到currentVsyncEnabled当前设置的状态和mVsyncEnabled不同就会进入下一个循环，调用mSetVSyncEnabled方法。这个方法其实是从SF传进来的SurfaceFlinger::setVsyncEnabled方法指针：

    mEventControlThread = std::make_unique<impl::EventControlThread>(
            [this](bool enabled) { setVsyncEnabled(HWC_DISPLAY_PRIMARY, enabled); });

HWC setVsyncEnabled

void SurfaceFlinger::setVsyncEnabled(int disp, int enabled) {
    ATRACE_CALL();
    Mutex::Autolock lock(mStateLock);
    getHwComposer().setVsyncEnabled(disp,
            enabled ? HWC2::Vsync::Enable : HWC2::Vsync::Disable);
}

此时调用了HWC的setVsyncEnabled方法，设置了vsync信号是否允许被发出。由于我们已经熟悉整个SurfaceFlinger的Hal层设计，我们直奔其中的Hal层的核心方法：

Error HWC2On1Adapter::Display::setVsyncEnabled(Vsync enable) {
    if (!isValid(enable)) {
        return Error::BadParameter;
    }
    if (enable == mVsyncEnabled) {
        return Error::None;
    }

    std::unique_lock<std::recursive_mutex> lock(mStateMutex);

    int error = mDevice.mHwc1Device->eventControl(mDevice.mHwc1Device,
            mHwc1Id, HWC_EVENT_VSYNC, enable == Vsync::Enable);

    mVsyncEnabled = enable;
    return Error::None;
}

本质上就是调用了硬件对接层的eventControl方法指针。
文件：/hardware/qcom/display/msm8960/libhwcomposer/hwc.cpp
这里继续用msm8960的源码看看做了什么。

static int hwc_eventControl(struct hwc_composer_device_1* dev, int dpy,
                             int event, int enable)
{
    int ret = 0;
    hwc_context_t* ctx = (hwc_context_t*)(dev);
    if(!ctx->dpyAttr[dpy].isActive) {
        ALOGE("Display is blanked - Cannot %s vsync",
              enable ? "enable" : "disable");
        return -EINVAL;
    }

    switch(event) {
        case HWC_EVENT_VSYNC:
            if (ctx->vstate.enable == enable)
                break;
            ret = hwc_vsync_control(ctx, dpy, enable);
            if(ret == 0)
                ctx->vstate.enable = !!enable;
            break;
        default:
            ret = -EINVAL;
    }
    return ret;
}

还记得我在SurfaceFlinger的Hal层初始化一文就有解析过，其实vsync是基于一个线程在底层运转，等到硬件发送vsync同步信号后唤醒线程继续发送回调。

当然在hwc_eventControl此时会记录把当前的标志记录在ctx->vstate.enable中。

int hwc_vsync_control(hwc_context_t* ctx, int dpy, int enable)
{
    int ret = 0;
    if(!ctx->vstate.fakevsync &&
       ioctl(ctx->dpyAttr[dpy].fd, MSMFB_OVERLAY_VSYNC_CTRL,
             &enable) < 0) {
        ret = -errno;
    }
    return ret;
}

此时会通过ioctl发送一个MSMFB_OVERLAY_VSYNC_CTRL命令，告诉底层GPU是否继续发送vsync。

此时如果是软件模拟vsync，则只是在用户空间创建的一个线程在模拟运作，每一次停止16.666ms后，判断enable标志为，判断是否需要回调到SF中：

do {
        if (LIKELY(!ctx->vstate.fakevsync)) {
//阻塞获取硬件发送的vsync信号
...
        } else {
            usleep(16666);
            cur_timestamp = systemTime();
        }
        // send timestamp to HAL
        if(ctx->vstate.enable) {
            ctx->proc->vsync(ctx->proc, dpy, cur_timestamp);
        }

    } while (true);

我们探明了本质上vsync在底层中的暂停和运行机制，那么哪里进行了整个vsync的监听呢？其实在SurfaceFlinger的Hal层初始化已经提到过了。EventThread::requestNextVsync方法中把EventThread的阻塞打开了，将会运行监听添加删除以及监听回调的工作。

Vsync 监听逻辑

EventThread中的线程中有这么一个Looper：
文件：/frameworks/native/services/surfaceflinger/EventThread.cpp

void EventThread::threadMain() NO_THREAD_SAFETY_ANALYSIS {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(mMutex);
    while (mKeepRunning) {
        DisplayEventReceiver::Event event;
        Vector<sp<EventThread::Connection> > signalConnections;
        signalConnections = waitForEventLocked(&lock, &event);

        // dispatch events to listeners...
        const size_t count = signalConnections.size();
        for (size_t i = 0; i < count; i++) {
            const sp<Connection>& conn(signalConnections[i]);
            status_t err = conn->postEvent(event);
            if (err == -EAGAIN || err == -EWOULDBLOCK) {
            } else if (err < 0) {
                removeDisplayEventConnectionLocked(signalConnections[i]);
            }
        }
    }
}

在这个Looper会被waitForEventLocked调用Condition给阻塞起来。

Vector<sp<EventThread::Connection> > EventThread::waitForEventLocked(
        std::unique_lock<std::mutex>* lock, DisplayEventReceiver::Event* event) {
    Vector<sp<EventThread::Connection> > signalConnections;

    while (signalConnections.isEmpty() && mKeepRunning) {
        bool eventPending = false;
        bool waitForVSync = false;

        size_t vsyncCount = 0;
        nsecs_t timestamp = 0;
        for (int32_t i = 0; i < DisplayDevice::NUM_BUILTIN_DISPLAY_TYPES; i++) {
            timestamp = mVSyncEvent[i].header.timestamp;
            if (timestamp) {
                // we have a vsync event to dispatch
                if (mInterceptVSyncsCallback) {
                    mInterceptVSyncsCallback(timestamp);
                }
                *event = mVSyncEvent[i];
                mVSyncEvent[i].header.timestamp = 0;
                vsyncCount = mVSyncEvent[i].vsync.count;
                break;
            }
        }

        if (!timestamp) {
            // no vsync event, see if there are some other event
            eventPending = !mPendingEvents.isEmpty();
            if (eventPending) {
                *event = mPendingEvents[0];
                mPendingEvents.removeAt(0);
            }
        }

        // find out connections waiting for events
        size_t count = mDisplayEventConnections.size();
        for (size_t i = 0; i < count;) {
            sp<Connection> connection(mDisplayEventConnections[i].promote());
            if (connection != nullptr) {
                bool added = false;
                if (connection->count >= 0) {
                    waitForVSync = true;
                    if (timestamp) {
                        if (connection->count == 0) {
                            // fired this time around
                            connection->count = -1;
                            signalConnections.add(connection);
                            added = true;
                        } else if (connection->count == 1 ||
                                   (vsyncCount % connection->count) == 0) {
                            signalConnections.add(connection);
                            added = true;
                        }
                    }
                }

                if (eventPending && !timestamp && !added) {
                    signalConnections.add(connection);
                }
                ++i;
            } else {
                // we couldn't promote this reference, the connection has
                // died, so clean-up!
                mDisplayEventConnections.removeAt(i);
                --count;
            }
        }

        // Here we figure out if we need to enable or disable vsyncs
        if (timestamp && !waitForVSync) {
            disableVSyncLocked();
        } else if (!timestamp && waitForVSync) {
            enableVSyncLocked();
        }

        if (!timestamp && !eventPending) {
            if (waitForVSync) {
                bool softwareSync = mUseSoftwareVSync;
                auto timeout = softwareSync ? 16ms : 1000ms;
                if (mCondition.wait_for(*lock, timeout) == std::cv_status::timeout) {
                    if (!softwareSync) {
                        ALOGW("Timed out waiting for hw vsync; faking it");
                    }
                    mVSyncEvent[0].header.type = DisplayEventReceiver::DISPLAY_EVENT_VSYNC;
                    mVSyncEvent[0].header.id = DisplayDevice::DISPLAY_PRIMARY;
                    mVSyncEvent[0].header.timestamp = systemTime(SYSTEM_TIME_MONOTONIC);
                    mVSyncEvent[0].vsync.count++;
                }
            } else {
                mCondition.wait(*lock);
            }
        }
    }

    return signalConnections;
}

在这个过程中，timestamp为0且waitForVSync为true则会通过enableVSyncLocked打开进行Vsync信号的监听，说明是第一次打开。如果timestamp不为0，且waitForVSync为false，则说明是从打开到关闭的状态，将会调用disableVSyncLocked。

timestamp是记录每一次打开开始之后开始记录每一次Vsync的时间，waitForVSync则是判断是否有外部应用设置监听到EventThread中。有则会为true。

还记得在EventThread::requestNextVsync中唤醒的阻塞的Condition实际上就是这个循环最后的mCondition。

打开阻塞之后，将会到threadMain中，把信号发送出去。

EventThread::enableVSyncLocked

void EventThread::enableVSyncLocked() {
    if (!mUseSoftwareVSync) {
        // never enable h/w VSYNC when screen is off
        if (!mVsyncEnabled) {
            mVsyncEnabled = true;
            mVSyncSource->setCallback(this);
            mVSyncSource->setVSyncEnabled(true);
        }
    }
    mDebugVsyncEnabled = true;
}

如果不是使用软件渲染，则会把EventThread添加一个监听到mVSyncSource也就是DispSyncSource中，并且调用DispSyncSource的setVSyncEnabled。

DispSyncSource setCallback

文件：/frameworks/native/services/surfaceflinger/SurfaceFlinger.cpp

    void setCallback(VSyncSource::Callback* callback) override{
        Mutex::Autolock lock(mCallbackMutex);
        mCallback = callback;
    }

记住就在这里设置监听了，免得之后找不到了。

DispSyncSource setVSyncEnabled

 void setVSyncEnabled(bool enable) override {
        Mutex::Autolock lock(mVsyncMutex);
        if (enable) {
            status_t err = mDispSync->addEventListener(mName, mPhaseOffset,
                    static_cast<DispSync::Callback*>(this));
            if (err != NO_ERROR) {
                ALOGE("error registering vsync callback: %s (%d)",
                        strerror(-err), err);
            }
            //ATRACE_INT(mVsyncOnLabel.string(), 1);
        } else {
            status_t err = mDispSync->removeEventListener(
                    static_cast<DispSync::Callback*>(this));
            if (err != NO_ERROR) {
                ALOGE("error unregistering vsync callback: %s (%d)",
                        strerror(-err), err);
            }
            //ATRACE_INT(mVsyncOnLabel.string(), 0);
        }
        mEnabled = enable;
    }

如果允许Vsync的监听，则把DispSyncSource注册到DispSync中，否则则移除出来。

DispSync addEventListener

文件：/frameworks/native/services/surfaceflinger/DispSync.cpp

status_t addEventListener(const char* name, nsecs_t phase, DispSync::Callback* callback) {
        if (kTraceDetailedInfo) ATRACE_CALL();
        Mutex::Autolock lock(mMutex);

        for (size_t i = 0; i < mEventListeners.size(); i++) {
            if (mEventListeners[i].mCallback == callback) {
                return BAD_VALUE;
            }
        }

        EventListener listener;
        listener.mName = name;
        listener.mPhase = phase;
        listener.mCallback = callback;
        listener.mLastEventTime = systemTime() - mPeriod / 2 + mPhase - mWakeupLatency;

        mEventListeners.push(listener);

        mCond.signal();

        return NO_ERROR;
    }

实际上很简答，这里就解释了DispSync中threadLoop需要唤醒的监听是从哪里来的，就是在DispSyncSource的setVsyncEnable方法时候，把Callback添加到DispSync的mEventListeners集合中，等待被唤醒。

Vsync监听回调逻辑

让我们把目光集中回DispSync中。当DispSync计算出需要唤醒的时间之后，进行解锁，将会调用如下方法：

    void fireCallbackInvocations(const Vector<CallbackInvocation>& callbacks) {
        if (kTraceDetailedInfo) ATRACE_CALL();
        for (size_t i = 0; i < callbacks.size(); i++) {
            callbacks[i].mCallback->onDispSyncEvent(callbacks[i].mEventTime);
        }
    }

而此时的Callback实际上就是DispSyncSource的onDispSyncEvent。
文件：/frameworks/native/services/surfaceflinger/SurfaceFlinger.cpp

    virtual void onDispSyncEvent(nsecs_t when) {
        VSyncSource::Callback* callback;
        {
            Mutex::Autolock lock(mCallbackMutex);
            callback = mCallback;

            if (mTraceVsync) {
                mValue = (mValue + 1) % 2;
                ATRACE_INT(mVsyncEventLabel.string(), mValue);
            }
        }

        if (callback != nullptr) {
            callback->onVSyncEvent(when);
        }
    }

而这个callback其实就是EventThread注册的回调，也就是EventThread::onVSyncEvent。

EventThread::onVSyncEvent

文件：/frameworks/native/services/surfaceflinger/EventThread.cpp

void EventThread::onVSyncEvent(nsecs_t timestamp) {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mMutex);
    mVSyncEvent[0].header.type = DisplayEventReceiver::DISPLAY_EVENT_VSYNC;
    mVSyncEvent[0].header.id = 0;
    mVSyncEvent[0].header.timestamp = timestamp;
    mVSyncEvent[0].vsync.count++;
    mCondition.notify_all();
}

能看到此时会把DispSync通过computeNextEventTimeLocked计算出来Vsync预期需要发送的时间。此时通过mCondition唤醒waitForEventLocked中的阻塞，发送通过socket正在监听EventThread。这一块的逻辑可以阅读，我写的SurfaceFlinger 的初始化一文。

在SurfaceFlinger中有2中EventThread，一种是名为sf的EventThread，一种是名为app的EventThread。

最终在名字为sf的EventThread中最终以Vsync信号到达的基准，执行对应的Handler的回调。

sf的EventThread，我们明白了，那么app的EventThread又是做了什么。这两者又有什么区别呢？

sf的EventThread和app的EventThread的区别

app的EventThread

先来看看app的EventThread：

mEventThreadSource =
            std::make_unique<DispSyncSource>(&mPrimaryDispSync, SurfaceFlinger::vsyncPhaseOffsetNs,
                                             true, "app");
    mEventThread = std::make_unique<impl::EventThread>(mEventThreadSource.get(),
                                                       [this]() { resyncWithRateLimit(); },
                                                       impl::EventThread::InterceptVSyncsCallback(),
                                                       "appEventThread");

    vsyncPhaseOffsetNs = getInt64< ISurfaceFlingerConfigs,
            &ISurfaceFlingerConfigs::vsyncEventPhaseOffsetNs>(1000000);

设置了DispSyncSource的的Phase为vsyncPhaseOffsetNs，也就是1000000ns(VSYNC_EVENT_PHASE_OFFSET_NS mk中配置0.002s)。其中EventThread::InterceptVSyncsCallback()是一个空函数，我们不用去管它。

sf的EventThread

再来看看sf中的EventThread的实例化

   mSfEventThreadSource =
            std::make_unique<DispSyncSource>(&mPrimaryDispSync,
                                             SurfaceFlinger::sfVsyncPhaseOffsetNs, true, "sf");

    mSFEventThread =
            std::make_unique<impl::EventThread>(mSfEventThreadSource.get(),
                                                [this]() { resyncWithRateLimit(); },
                                                [this](nsecs_t timestamp) {
                                                    mInterceptor->saveVSyncEvent(timestamp);
                                                },
                                                "sfEventThread");
mEventQueue->setEventThread(mSFEventThread.get());

    sfVsyncPhaseOffsetNs = getInt64< ISurfaceFlingerConfigs,
            &ISurfaceFlingerConfigs::vsyncSfEventPhaseOffsetNs>(1000000);

同理，sf的EventThread的也是基于同一个mPrimaryDispSync也就是DispSync，设置了SF_VSYNC_EVENT_PHASE_OFFSET_NS(mk中的设置0.006s)的phase。

app和sf中设置的10ms的Phase(相位), 就是我在概述中聊到过的两个控制同步信号的Phase。

同时设置了mInterceptor->saveVSyncEvent(timestamp)方法指针到其中进行拦截。而这个方法其实就是记录每一次发送的Vsync到一个SurfaceInterceptor。

唯一和app的EventThread不同的是，SF中的MessageQueue注册了对sf的EventThread的监听。

那么哪里监听了代表了app应用进程的EventThread呢？

App应用监听SF中的appEventThread

Choreographer的初始化

如果熟知View的绘制流程的哥们应该就能清楚，在ViewRootImpl中如何知道什么开始刷新View，其实有一个核心类Choregrapher。这个类，经常出现在我们视野里面。如果阅读Lottie的源码还是性能优化的帧数检测，都是通过注册这个类的监听得到的。监听方法如下：

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

其实，我们猜都能猜到Choreographer肯定是监听了SurfaceFlinger的VSync同步信号。我们来看看Choreographer的构造函数：
文件：/frameworks/base/core/java/android/view/Choreographer.java
是一个单例：

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

能看到实际上Choreographer是一个线程本地对象，在其里面实例化了choreographer。这种方式很值得我们学习，这样就没必要使用volatile和synchronized修饰属性和方法。

这种方式可以提高JVM下的性能，因为volatile在解释执行中，判断到属性带了volatile，则会使用order和atomic的模版类修饰Object。如果带了synchronized修饰，则会为方法带上monitor_enter的指令，会对该代码区域进行胖锁瘦锁的策略调整，瘦锁通过scheme简单的切换进程(超过50次没机会获取转化胖锁)，胖锁则是通过一个mmap内存映射的锁futex(可以不访问内核)进行上锁。详细等后面有时间开启的JVM源码解析和大家聊聊。

private Choreographer(Looper looper, int vsyncSource) {
        mLooper = looper;
        mHandler = new FrameHandler(looper);
        mDisplayEventReceiver = USE_VSYNC
                ? new FrameDisplayEventReceiver(looper, vsyncSource)
                : null;
        mLastFrameTimeNanos = Long.MIN_VALUE;

        mFrameIntervalNanos = (long)(1000000000 / getRefreshRate());

        mCallbackQueues = new CallbackQueue[CALLBACK_LAST + 1];
        for (int i = 0; i <= CALLBACK_LAST; i++) {
            mCallbackQueues[i] = new CallbackQueue();
        }
        // b/68769804: For low FPS experiments.
        setFPSDivisor(SystemProperties.getInt(ThreadedRenderer.DEBUG_FPS_DIVISOR, 1));
    }

注意这里面有两个核心的类FrameDisplayEventReceiver和FrameHandler,他们共用一个Looper。这两个类才是真正的核心，先来看看FrameDisplayEventReceiver的初始化。

先来看简单的FrameHandler。

    private final class FrameHandler extends Handler {
        public FrameHandler(Looper looper) {
            super(looper);
        }

        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
            switch (msg.what) {
                case MSG_DO_FRAME:
                    doFrame(System.nanoTime(), 0);
                    break;
                case MSG_DO_SCHEDULE_VSYNC:
                    doScheduleVsync();
                    break;
                case MSG_DO_SCHEDULE_CALLBACK:
                    doScheduleCallback(msg.arg1);
                    break;
            }
        }
    }

FrameHandler处理了三个消息：

1.MSG_DO_FRAME 处理注册在Choreographer 的Runnable
2.MSG_DO_SCHEDULE_VSYNC 直接请求下一帧的VSync信号
3.MSG_DO_SCHEDULE_CALLBACK 根据Choreographer的配置执行合适的Handler延时处理。

FrameDisplayEventReceiver 初始化

    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);
        }

这个类基础了DisplayEventReceiver，我们再去看看DisplayEventReceiver的实现。

DisplayEventReceiver 初始化

    public DisplayEventReceiver(Looper looper, int vsyncSource) {
        if (looper == null) {
            throw new IllegalArgumentException("looper must not be null");
        }

        mMessageQueue = looper.getQueue();
        mReceiverPtr = nativeInit(new WeakReference<DisplayEventReceiver>(this), mMessageQueue,
                vsyncSource);

        mCloseGuard.open("dispose");
    }

在这个过程，把MessageQueue设置到native层中，初始化了native层中DisplayEventReceiver。

native中DisplayEventReceiver的初始化

文件：/frameworks/base/core/jni/android_view_DisplayEventReceiver.cpp

static jlong nativeInit(JNIEnv* env, jclass clazz, jobject receiverWeak,
        jobject messageQueueObj, jint vsyncSource) {
    sp<MessageQueue> messageQueue = android_os_MessageQueue_getMessageQueue(env, messageQueueObj);
    if (messageQueue == NULL) {
        jniThrowRuntimeException(env, "MessageQueue is not initialized.");
        return 0;
    }

    sp<NativeDisplayEventReceiver> receiver = new NativeDisplayEventReceiver(env,
            receiverWeak, messageQueue, vsyncSource);
    status_t status = receiver->initialize();
...
    receiver->incStrong(gDisplayEventReceiverClassInfo.clazz); // retain a reference for the object
    return reinterpret_cast<jlong>(receiver.get());
}

在这里实际上就是从MessageQueue中获取native队形设置到NativeDisplayEventReceiver，进行初始化，并调用initialize方法。

DisplayEventDispatcher::DisplayEventDispatcher(const sp<Looper>& looper,
        ISurfaceComposer::VsyncSource vsyncSource) :
        mLooper(looper), mReceiver(vsyncSource), mWaitingForVsync(false) {
    ALOGV("dispatcher %p ~ Initializing display event dispatcher.", this);
}

status_t DisplayEventDispatcher::initialize() {
    status_t result = mReceiver.initCheck();
    if (result) {
        ALOGW("Failed to initialize display event receiver, status=%d", result);
        return result;
    }

    int rc = mLooper->addFd(mReceiver.getFd(), 0, Looper::EVENT_INPUT,
            this, NULL);
    if (rc < 0) {
        return UNKNOWN_ERROR;
    }
    return OK;
}

整个方法实际上就是实例化了DisplayEventDispatcher对象，并获取mReceiver中的文件描述符，加入到Looper的监听。而mReceiver就是指DisplayEventReceiver对象，不过这个是在native对应的对象。

DisplayEventReceiver初始化

DisplayEventReceiver::DisplayEventReceiver(ISurfaceComposer::VsyncSource vsyncSource) {
    sp<ISurfaceComposer> sf(ComposerService::getComposerService());
    if (sf != NULL) {
        mEventConnection = sf->createDisplayEventConnection(vsyncSource);
        if (mEventConnection != NULL) {
            mDataChannel = std::make_unique<gui::BitTube>();
            mEventConnection->stealReceiveChannel(mDataChannel.get());
        }
    }
}

DisplayEventReceiver::~DisplayEventReceiver() {
}

status_t DisplayEventReceiver::initCheck() const {
    if (mDataChannel != NULL)
        return NO_ERROR;
    return NO_INIT;
}

能看到在DisplayEventReceiver会通过ComposerService获取SurfaceFlinger对应的Binder服务端的代理对象。

1.调用createDisplayEventConnection 监听SF的Vsync的事件
2.stealReceiveChannel 获取BitTube中接收端的socket 的文件句柄。

我们直接看SurfaceFlinger的createDisplayEventConnection。

SurfaceFlinger的createDisplayEventConnection

文件：/frameworks/native/services/surfaceflinger/SurfaceFlinger.cpp

sp<IDisplayEventConnection> SurfaceFlinger::createDisplayEventConnection(
        ISurfaceComposer::VsyncSource vsyncSource) {
    if (vsyncSource == eVsyncSourceSurfaceFlinger) {
        return mSFEventThread->createEventConnection();
    } else {
        return mEventThread->createEventConnection();
    }
}

其实面向App应用可以注册监听两者Vsync事件，一个是SurfaceFlinger的EventThread，不过这在Choreographer是隐藏的。另一个就是调用mEventThread的createEventConnection，注册一个EventThread::Connection到appEventThread。

从这里开始就可以通过EventThread进行appEventThread的监听，后续的原理可以阅读SurfaceFlinger 的初始化一文。

由于此时把EventThread对应的socket注册到Looper中监听，如果一旦appEventThread有VSync事件来了，将会唤醒Looper的阻塞。

当VSync事件来了将会执行native中MessageQueue的如下代码：

 for (size_t i = 0; i < mResponses.size(); i++) {
        Response& response = mResponses.editItemAt(i);
        if (response.request.ident == POLL_CALLBACK) {
            int fd = response.request.fd;
            int events = response.events;
            void* data = response.request.data;

            int callbackResult = response.request.callback->handleEvent(fd, events, data);
            if (callbackResult == 0) {
                removeFd(fd, response.request.seq);
            }

            response.request.callback.clear();
            result = POLL_CALLBACK;
        }
    }

换句话说就是回调到当前DisplayEventReceiver的handleEvent方法。

DisplayEventReceiver handleEvent接受处理SF的VSync事件

int DisplayEventDispatcher::handleEvent(int, int events, void*) {
...

    // Drain all pending events, keep the last vsync.
    nsecs_t vsyncTimestamp;
    int32_t vsyncDisplayId;
    uint32_t vsyncCount;
    if (processPendingEvents(&vsyncTimestamp, &vsyncDisplayId, &vsyncCount)) {
        mWaitingForVsync = false;
        dispatchVsync(vsyncTimestamp, vsyncDisplayId, vsyncCount);
    }

    return 1; // keep the callback
}
bool DisplayEventDispatcher::processPendingEvents(
        nsecs_t* outTimestamp, int32_t* outId, uint32_t* outCount) {
    bool gotVsync = false;
    DisplayEventReceiver::Event buf[EVENT_BUFFER_SIZE];
    ssize_t n;
    while ((n = mReceiver.getEvents(buf, EVENT_BUFFER_SIZE)) > 0) {
        for (ssize_t i = 0; i < n; i++) {
            const DisplayEventReceiver::Event& ev = buf[i];
            switch (ev.header.type) {
            case DisplayEventReceiver::DISPLAY_EVENT_VSYNC:
                gotVsync = true;
                *outTimestamp = ev.header.timestamp;
                *outId = ev.header.id;
                *outCount = ev.vsync.count;
                break;
            case DisplayEventReceiver::DISPLAY_EVENT_HOTPLUG:
                dispatchHotplug(ev.header.timestamp, ev.header.id, ev.hotplug.connected);
                break;
            default:
               
                break;
            }
        }
    }
    if (n < 0) {
       
    }
    return gotVsync;
}

这段函数会通过processPendingEvents从socket中读取数据出来，并且通过dispatchVsync传递vsync的时间戳，ID,迭代次数等。

NativeDisplayEventReceiver dispatchVsync

void NativeDisplayEventReceiver::dispatchVsync(nsecs_t timestamp, int32_t id, uint32_t count) {
    JNIEnv* env = AndroidRuntime::getJNIEnv();

    ScopedLocalRef<jobject> receiverObj(env, jniGetReferent(env, mReceiverWeakGlobal));
    if (receiverObj.get()) {
        env->CallVoidMethod(receiverObj.get(),
                gDisplayEventReceiverClassInfo.dispatchVsync, timestamp, id, count);
    }

    mMessageQueue->raiseAndClearException(env, "dispatchVsync");
}

能看到实际上就是反射Java层的dispatchVsync方法。

Java层的dispatchVsync

文件：/frameworks/base/core/java/android/view/DisplayEventReceiver.java

    private void dispatchVsync(long timestampNanos, int builtInDisplayId, int frame) {
        onVsync(timestampNanos, builtInDisplayId, frame);
    }

会继续回调到FrameDisplayEventReceiver中的onVsync回调。

FrameDisplayEventReceiver onVsync

 @Override
        public void onVsync(long timestampNanos, int builtInDisplayId, int frame) {
            if (builtInDisplayId != SurfaceControl.BUILT_IN_DISPLAY_ID_MAIN) {
                scheduleVsync();
                return;
            }

            long now = System.nanoTime();
            if (timestampNanos > now) {
...
                timestampNanos = now;
            }

            if (mHavePendingVsync) {
...
            } else {
                mHavePendingVsync = true;
            }

            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);
        }

如果不是主屏幕，则调用scheduleVsync，进行下一帧的请求。如果回调回来的时间比当前大，则timestampNanos直接取当前时间。直接执行sendMessageAtTime，在timestampNanos执行当前的run方法，因为FrameDisplayEventReceiver实现了Runnable。核心是doFrame方法，执行从Choreographer通过postCallback注册进来的Runnable方法。

Choreographer postCallbackDelayedInternal

在Choreographer调用postCallback时候，判断如果需要回调的时间小于当前时间，如果开启了则会走scheduleFrameLocked；如果当前时间大于回调时间，则不需要VSync的回调，立即走FrameHandler逻辑，如下：

 private void postCallbackDelayedInternal(int callbackType,
            Object action, Object token, long delayMillis) {
        synchronized (mLock) {
            final long now = SystemClock.uptimeMillis();
            final long dueTime = now + delayMillis;
            mCallbackQueues[callbackType].addCallbackLocked(dueTime, action, token);

            if (dueTime <= now) {
                scheduleFrameLocked(now);
            } else {
                Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_SCHEDULE_CALLBACK, action);
                msg.arg1 = callbackType;
                msg.setAsynchronous(true);
                mHandler.sendMessageAtTime(msg, dueTime);
            }
        }
    }

scheduleFrameLocked

    private void scheduleFrameLocked(long now) {
        if (!mFrameScheduled) {
            mFrameScheduled = true;
            if (USE_VSYNC) {

                if (isRunningOnLooperThreadLocked()) {
                    scheduleVsyncLocked();
                } else {
                    Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_SCHEDULE_VSYNC);
                    msg.setAsynchronous(true);
                    mHandler.sendMessageAtFrontOfQueue(msg);
                }
            } else {
                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);
            }
        }
    }

1.如果使用了VSync信号的监听，如果通过isRunningOnLooperThreadLocked判断注册的监听是主线程准确点说是Choreograoher注册的线程，则会走scheduleVsyncLocked。否则通过Handler发送一个MSG_DO_SCHEDULE_VSYNC消息到handler的MessageQueue的顶部。
1. 如果关闭了VSync信号的监听，则会直接延时10ms发送MSG_DO_FRAME处理下一帧的绘制行为.

private static final long DEFAULT_FRAME_DELAY = 10;

scheduleVsyncLocked

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

对应的native方法如下：

status_t DisplayEventDispatcher::scheduleVsync() {
    if (!mWaitingForVsync) {

        // Drain all pending events.
        nsecs_t vsyncTimestamp;
        int32_t vsyncDisplayId;
        uint32_t vsyncCount;
        if (processPendingEvents(&vsyncTimestamp, &vsyncDisplayId, &vsyncCount)) {
...
        }

        status_t status = mReceiver.requestNextVsync();
        if (status) {
            return status;
        }

        mWaitingForVsync = true;
    }
    return OK;
}

该方法很简单，只是往SurfaceFlinger请求一个VSync的请求，直到SurfaceFlinger发出回调后，到FrameDisplayEventReceiver的onVSync的onVysnc通过doFrame统一处理应用程序需要刷新界面的时机。

doFrame 处理注册在Choreographer的回调函数

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

...

            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) {
...
                }
                final long lastFrameOffset = jitterNanos % mFrameIntervalNanos;
                frameTimeNanos = startNanos - lastFrameOffset;
            }

            if (frameTimeNanos < mLastFrameTimeNanos) {
                scheduleVsyncLocked();
                return;
            }

            if (mFPSDivisor > 1) {
                long timeSinceVsync = frameTimeNanos - mLastFrameTimeNanos;
                if (timeSinceVsync < (mFrameIntervalNanos * mFPSDivisor) && timeSinceVsync > 0) {
                    scheduleVsyncLocked();
                    return;
                }
            }

            mFrameInfo.setVsync(intendedFrameTimeNanos, frameTimeNanos);
            mFrameScheduled = false;
            mLastFrameTimeNanos = frameTimeNanos;
        }

        try {

            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);
        } finally {
            AnimationUtils.unlockAnimationClock();
        }

    }

在doFrame中依次处理了四种不同的类型Runnable：

1.CALLBACK_INPUT 处理点击事件的回调
2.Choreographer.CALLBACK_ANIMATION 处理动画的回调
3.CALLBACK_TRAVERSAL 处理View的绘制流程的回调
4.CALLBACK_COMMIT 该处理是View 的绘制流程结束之后，进行的绘制结束后的处理，在这里可以进行绘制延时报告等处理，还有onTrimMemory分发到主线程后在进行回收等。

至此就分析完了整个Vsync的回调流程，如何从SurfaceFlinger回调到app进程。

VSync 推算计算原理

在这个过程中，DispSync有一个十分关键的函数computeNextEventTimeLocked用于计算下一个Vsync信号发送的时间，我们来看看这个方法究竟做了什么。

SurfaceFlinger接收到VSync信号进行采样

不过在推算这个方法之前，我们需要看看SurfaceFlinger接受到硬件的VSync信号的调整函数,回调流程在SurfaceFlinger 的HAL层初始化一文中已经讲解过了，和热插拔的回调流程一致：
文件：/frameworks/native/services/surfaceflinger/SurfaceFlinger.cpp

void SurfaceFlinger::onVsyncReceived(int32_t sequenceId,
        hwc2_display_t displayId, int64_t timestamp) {
    Mutex::Autolock lock(mStateLock);
    // Ignore any vsyncs from a previous hardware composer.
    if (sequenceId != getBE().mComposerSequenceId) {
        return;
    }

    int32_t type;
    if (!getBE().mHwc->onVsync(displayId, timestamp, &type)) {
        return;
    }

    bool needsHwVsync = false;

    { // Scope for the lock
        Mutex::Autolock _l(mHWVsyncLock);
        if (type == DisplayDevice::DISPLAY_PRIMARY && mPrimaryHWVsyncEnabled) {
            needsHwVsync = mPrimaryDispSync.addResyncSample(timestamp);
        }
    }

    if (needsHwVsync) {
        enableHardwareVsync();
    } else {
        disableHardwareVsync(false);
    }
}

1.调用DispSync 的addResyncSample对同步信号进行采样校准
2.enableHardwareVsync 在EventControlThread打开Vysnc的开关。

我们主要看addResyncSample的核心原理。

DispSync addResyncSample

文件：/frameworks/native/services/surfaceflinger/DispSync.cpp

enum { MAX_RESYNC_SAMPLES = 32 };

bool DispSync::addResyncSample(nsecs_t timestamp) {
    Mutex::Autolock lock(mMutex);

    size_t idx = (mFirstResyncSample + mNumResyncSamples) % MAX_RESYNC_SAMPLES;
    mResyncSamples[idx] = timestamp;
    if (mNumResyncSamples == 0) {
        mPhase = 0;
        mReferenceTime = timestamp;
        mThread->updateModel(mPeriod, mPhase, mReferenceTime);
    }

    if (mNumResyncSamples < MAX_RESYNC_SAMPLES) {
        mNumResyncSamples++;
    } else {
        mFirstResyncSample = (mFirstResyncSample + 1) % MAX_RESYNC_SAMPLES;
    }

    updateModelLocked();

    if (mNumResyncSamplesSincePresent++ > MAX_RESYNC_SAMPLES_WITHOUT_PRESENT) {
        resetErrorLocked();
    }

    if (mIgnorePresentFences) {
        return mThread->hasAnyEventListeners();
    }

    bool modelLocked = mModelUpdated && mError < (kErrorThreshold / 2);
    return !modelLocked;
}

该方法实际上是记录mNumResyncSamples目标当前是周期第几个采样点，同时把mFirstResyncSample除余一次得到此时开始计算的时间点在周期哪里，这些周期是什么意思，等下就明白了。最核心的方法是updateModelLocked进行DispSync的模型的更新。

updateModelLocked DispSync 模型更新的核心方法

在聊这个方法之前，我补充了一点便于理解概念。

我发现有的人曾经试着解释这一段代码的逻辑，但是解释显得有点麻烦。这个方法实际上就是构造一个三角函数一样的函数模型。在聊里面实现细节之前，我们回顾一下简单的初中函数sin 正弦函数的模型。
正弦函数定义：

一般正弦函数：Asin(ωt+Φ)+k
最简单的正弦函数是sin(t)，随着时间变化而周期性变化的函数。

我记得，我在模电中第一次接触了和正弦函数表示形式一致的正弦波，其中有几个参数有特殊定义，其中ωt+Φ 就是我们说的相位(phase)；Φ就是初相决定函数的左右移动；A是幅度；ω角速度,决定了正弦波的周期(T=2π/|ω|)；k代表偏距,控制图像的上下移动;两个同频率(ω相同)正弦波之间相位之差称为相位差。

表示在图里面就是如下：

正弦波截取.png

这种特性可以让两个不同正弦波有着不变的相位差，很符合我们appEventThread和sfEventThread的推导。

有了这些概念之后，我们来解析这个函数就简单了。

void DispSync::updateModelLocked() {
    if (mNumResyncSamples >= MIN_RESYNC_SAMPLES_FOR_UPDATE) {
        nsecs_t durationSum = 0;
        nsecs_t minDuration = INT64_MAX;
        nsecs_t maxDuration = 0;
        for (size_t i = 1; i < mNumResyncSamples; i++) {
            size_t idx = (mFirstResyncSample + i) % MAX_RESYNC_SAMPLES;
            size_t prev = (idx + MAX_RESYNC_SAMPLES - 1) % MAX_RESYNC_SAMPLES;
            nsecs_t duration = mResyncSamples[idx] - mResyncSamples[prev];
            durationSum += duration;
            minDuration = min(minDuration, duration);
            maxDuration = max(maxDuration, duration);
        }

        durationSum -= minDuration + maxDuration;
        mPeriod = durationSum / (mNumResyncSamples - 3);


        double sampleAvgX = 0;
        double sampleAvgY = 0;
        double scale = 2.0 * M_PI / double(mPeriod);
        // Intentionally skip the first sample
        for (size_t i = 1; i < mNumResyncSamples; i++) {
            size_t idx = (mFirstResyncSample + i) % MAX_RESYNC_SAMPLES;
            nsecs_t sample = mResyncSamples[idx] - mReferenceTime;
            double samplePhase = double(sample % mPeriod) * scale;
            sampleAvgX += cos(samplePhase);
            sampleAvgY += sin(samplePhase);
        }

        sampleAvgX /= double(mNumResyncSamples - 1);
        sampleAvgY /= double(mNumResyncSamples - 1);

        mPhase = nsecs_t(atan2(sampleAvgY, sampleAvgX) / scale);


        if (mPhase < -(mPeriod / 2)) {
            mPhase += mPeriod;
        }

        mPeriod += mPeriod * mRefreshSkipCount;

        mThread->updateModel(mPeriod, mPhase, mReferenceTime);
        mModelUpdated = true;
    }
}

我们带入上一段addResyncSample代码，以及图来解释。对于这种线性代数来说，我们使用数学模型无疑能减少理解的难度。

先来看看几个比较重要的宏：

1.MAX_RESYNC_SAMPLES 为 32 为采样个数点
2.MAX_RESYNC_SAMPLES_WITHOUT_PRESENT 为 4
3.MIN_RESYNC_SAMPLES_FOR_UPDATE 为 6

VSync重新采样计算周期

继续思考一个问题，怎么样才能把软件VSync信号的发送间隔或者说周期在整个系统环境中是是相对合理，或者说是正确的。因为硬件到软件是有时间消耗的，软件自己处理也是有时间消耗的，要找到一个适合的周期告诉应用刷新View。不能太快，太快SF处理不过来，或者说能耗过高。太慢了，就导致帧数太低。

addResyncSample中计算的第一件事情计算mFirstResyncSample 和 mNumResyncSamples。

这两个参数代表了什么含义呢？首先看这两行代码：

 size_t idx = (mFirstResyncSample + mNumResyncSamples) % MAX_RESYNC_SAMPLES;
    mResyncSamples[idx] = timestamp;

mResyncSamples是存在于DispSync中的缓存64个大小数组，保存每一个VSync后的时间戳。

不难能看出，mResyncSamples的index 是通过：

index = (mFirstResyncSample + mNumResyncSamples) % 32

通过这种方法能看出，其实mResyncSamples的数组就是存储每一次的VSync到达的时间，只存储32份。

用一幅图来表示，实际上就是在这个一次函数中，取32点，如下图：

时间采样.png

每一次通过设定的周期mPeriod中采样32个点，而且希望实在第一个周期中进行计算。因为在第一个周期中，每一个点就对应上mResyncSamples时间戳数组的下标。

也只有这样才能解释是这样计算的。比如mFirstResyncSample在第一次唤醒VSync是0，mNumResyncSamples也是0，找到mResyncSamples也就是第0次VSync(不存在)和第一次VSync时间差就是0，找到第0个位置把当前时间戳缓存下来。

第二段代码：

 if (mNumResyncSamples < MAX_RESYNC_SAMPLES) {
        mNumResyncSamples++;
    } else {
        mFirstResyncSample = (mFirstResyncSample + 1) % MAX_RESYNC_SAMPLES;
    }

如果mNumResyncSamples小于32 则mNumResyncSamples = mNumResyncSamples +1；否则则mFirstResyncSample = （mFirstResyncSample + 1）% 32

到这里我们就能理解了mFirstResyncSample和mNumResyncSamples分别代表什么。我们分为2种情况：

1.一开始mFirstResyncSample和mNumResyncSamples必定是0.那么每一次递增都会递增mNumResyncSamples。假如此时mNumResyncSamples已经叠加了六次，对应到上图采样点位置如下：

采样情况一.png
1. 不断的递增mNumResyncSamples，如果超出了32个采样点，则会把mFirstResyncSample对应第一周期第一个位置。
  
  采样情况二.png

接下来看看updateModelLock,第三段代码：

    if (mNumResyncSamples >= MIN_RESYNC_SAMPLES_FOR_UPDATE) {
        nsecs_t durationSum = 0;
        nsecs_t minDuration = INT64_MAX;
        nsecs_t maxDuration = 0;
        for (size_t i = 1; i < mNumResyncSamples; i++) {
            size_t idx = (mFirstResyncSample + i) % MAX_RESYNC_SAMPLES;
            size_t prev = (idx + MAX_RESYNC_SAMPLES - 1) % MAX_RESYNC_SAMPLES;
            nsecs_t duration = mResyncSamples[idx] - mResyncSamples[prev];
            durationSum += duration;
            minDuration = min(minDuration, duration);
            maxDuration = max(maxDuration, duration);
        }
        durationSum -= minDuration + maxDuration;
        mPeriod = durationSum / (mNumResyncSamples - 3);

首先mNumResyncSamples要6以上才需要更新。换句话说要VSync要经过5次到来(差不多过了20%)才会进行调整周期。应该是VSync在5次以内，采样起来就很少样本，推算出来的软件周期就不准确。

假如是第一次渲染到第六次，那么这6次过程中，mNumResyncSamples会递增到6，mFirstResyncSample为0.

理想是每一次VSync从硬件到SF，SF从第一次VSync消费到第二次的间隔是一致的，但是实际上是不太可能，这个间隔和当前的CPU环境相关。在第一次的时候，会基于硬件传递上来的VSync周期计算处一个新的软件周期出来。
如下图：

周期计算.png

假如要处理第2帧对应的VSync，此时会遍历mResyncSamples中index为1，和0的时间戳，计算两者之间的差值，找到最大的时间差和最小的时间差。并把时间差都累计起来，计算到从第0次到第6次之间总时间差。

总时间差减去最大和最小。新的周期mPeriod的计算如下：

新VSync 软件发送周期 = durationSum / (mNumResyncSamples - 3)

拿到总的时间差除以mNumResyncSamples - 3(因为剔除了最大和最小的时间间隙)，其实就是变相找到这6个Vsync采样点时间戳的平均值。

通过这种方法能找到比较合适的软件发送VSync周期，因为硬件发送信号到软件，软件处理完。这是需要一个时间周期，直接使用硬件的VSync的周期是不可取，需要结合当前软件和硬件的运行情况进行动态调整。

VSync重新采样计算相位

到了这里周期算出来了，好像已经完成了整个逻辑了，因为Android已经找到了相对合适的VSync发送周期时间了。一般的工程师到这里的就放弃思考了，但是Google工程做的更加的完备。

我们依照上面，把点都还在一个时间轴上

我们思考一下，如果我们直接把每一次计算好新的软件发送VSync周期作为基准通知SF和App进程。这样会造成什么？我们先把部分的VSync间隔mPeriod周期的点画在时间轴上。

image.png

因为硬件发出的VSync 必定是周期性的,我们不妨使用有着类似性质的数学工具正弦函数来看这个计算结果(虽然数学上不严谨，因为VSync并非是连续性的)。

假设硬件发出的VSync 发出的周期，我们把这一整个周期看成一个正弦函数(经过原点，无初相，忽略偏距)： $Asin(ω_{h}t)$

由于硬件发出的VSync的信号要经过内核中断，经过用户空间等一些系列CPU参与的工作必定有一定耗时，同时从当前的VSync到下一次的VSync也有消耗。

那么处理方案有2个：

1.扩大周期，也就是进一步减小ω的数值。但是这个方案是不可能的.因为无论如何硬件发出VSync的频率要和软件发出的VSync的频率是一致，不然软硬件处理的时机没办法对应上。
2.在ω相等的前提下，增加初相，做一个正弦函数的相位差。换句话说就是延时操作，这样做可以找到CPU处理硬件VSync到软件这一部分的消耗。

说明软件如果需要发送VSync必定带着初相Φ，同时又要和原来的硬件发送的VSync频率几乎相同(因为计算mPeriod是基于硬件VSync发送周期计算)，那么 $ω_{h} = ω_{s}$ ，由此可得

软件发送VSync的频率函数= $Asin(ω_{h}t + Φ)$

换句话说，我们求这个Φ(初相)大小。

如下图：

软硬件VSync相位差.png

因此有了这一层的数学原理，所以Google工程师会计算两种VSync发送频率的相位差。

再来看第四段代码：

        double sampleAvgX = 0;
        double sampleAvgY = 0;
        double scale = 2.0 * M_PI / double(mPeriod);
        // Intentionally skip the first sample
        for (size_t i = 1; i < mNumResyncSamples; i++) {
            size_t idx = (mFirstResyncSample + i) % MAX_RESYNC_SAMPLES;
            nsecs_t sample = mResyncSamples[idx] - mReferenceTime;
            double samplePhase = double(sample % mPeriod) * scale;
            sampleAvgX += cos(samplePhase);
            sampleAvgY += sin(samplePhase);
        }
        sampleAvgX /= double(mNumResyncSamples - 1);
        sampleAvgY /= double(mNumResyncSamples - 1);

        mPhase = nsecs_t(atan2(sampleAvgY, sampleAvgX) / scale);

scale = 2 * PI / mPeriod
实际上就是把 2 * PI切分成已经动态获取到的周期切割成360份，比如mPeriod动态计算后是16ms,那么scale代表 360 / 16，1ms代表22度。

mReferenceTime 代表第一帧进来硬件的VSync时间戳,作为之后所有VSync的时间基础。

首先先跳开第一次VSync的时间。遍历后面的VSync对应的时间。这里实际上是计算每一次VSync的时间和调用addResyncSample保存当前时间的mReferenceTime。

样本相对时间戳sample = mResyncSamplesindex - mReferenceTime(第一次硬件VSync时间)

这里理解起来有点困难。sample的计算实际上是告诉我们当前的时间点和第一次硬件VSync的差。这是一个校准的过程，这样就能保证计算出来的结果都是基于第一次VSync的硬件发送时间为基准。如果mReferenceTime记录上一次软件的VSync会把上一次的软件运行误差一起记录下来。

samplePhase又是什么意思呢？记住在这个过程中两个角色：

1.真实的VSync发送时间点
2.经过均值化后，理想的VSync发送的时间点。

下图中，红色点是均值化后理想的发送时机，蓝色的点是真正的VSync时机

image.png

实际上每一次请求VSync周期和均值周期是有偏差的，我们来找找看这个偏差数值比起一个周期mPeriod偏移了多少，如果能求出前后两次软件发送VSync请求偏移量的均值，就说明我们能够找到在当前CPU环境下软件发送前后两次VSync在CPU中消耗了多少。

换句话说，我们就找到了软件VSync应该理想下应该距离硬件发送VSync的时间点。

因此samplePhase的计算法则其实就是把时间转化为角度(前面已经求出1ms是多少度)：

样本相位samplePhase = (sample % mPeriod) * scale
sample % mPeriod代表当前距离第一次硬件发送上来的VSync有多少个周期了，同时余数在mPeriod的哪个位置，最后乘以度数就能得到当前的样本相位。

接下来这一段要这么看：

        for (size_t i = 1; i < mNumResyncSamples; i++) {
....
            sampleAvgX += cos(samplePhase);
            sampleAvgY += sin(samplePhase);
        }
        sampleAvgX /= double(mNumResyncSamples - 1);
        sampleAvgY /= double(mNumResyncSamples - 1);

        mPhase = nsecs_t(atan2(sampleAvgY, sampleAvgX) / scale);

能看到本质上就是找到每一个采样点，也就是获取每一次软件VSync的偏差角度，求其平均值。由于角度的计算特殊，所以使用了atan的方式进行计算。

换算过程图里面如下

计算角度.png

记住我们是不知道蓝色的先是长什么样子的，其实是只有红色点独立在坐标中,这里只是为了好理解才画出来。只有经过计算了mPhase，已知硬件VSync频率的角速度，我们就可以画出蓝色曲线。

其实在这里我们可以这里理解，应该每一次VSync发送的点就是在这个周期上的某一个点左右，这样我们能够通过 $phase = atan2(sampleAvgY, sampleAvgX)$ 计算出mPhase来得到新的phase也就是对应Φ初相。

当x为0的时候，就能找到距离原点的距离(也就是距离mReferenceTime位置)。但是我们需要的是时间,因此需要如下的计算得到从角度转化回真实的时间：
$mPhase = atan2(sampleAvgY, sampleAvgX) / scale$

DispSync computeNextEventTimeLocked

文件：/frameworks/native/services/surfaceflinger/DispSync.cpp

nsecs_t computeNextEventTimeLocked(nsecs_t now) {
        if (kTraceDetailedInfo) ATRACE_CALL();
        ALOGV("[%s] computeNextEventTimeLocked", mName);
        nsecs_t nextEventTime = INT64_MAX;
        for (size_t i = 0; i < mEventListeners.size(); i++) {
            nsecs_t t = computeListenerNextEventTimeLocked(mEventListeners[i], now);

            if (t < nextEventTime) {
                nextEventTime = t;
            }
        }

        return nextEventTime;
    }

在这个方法中会为每一个加入到DispSync监听的对象通过computeListenerNextEventTimeLocked计算下一次应该发送的Vsync的时间点。

    nsecs_t computeListenerNextEventTimeLocked(const EventListener& listener, nsecs_t baseTime) {

        nsecs_t lastEventTime = listener.mLastEventTime + mWakeupLatency;
        if (baseTime < lastEventTime) {
            baseTime = lastEventTime;
        }

        baseTime -= mReferenceTime;
        nsecs_t phase = mPhase + listener.mPhase;
        baseTime -= phase;

        if (baseTime < 0) {
            baseTime = -mPeriod;
        }

        nsecs_t numPeriods = baseTime / mPeriod;
        nsecs_t t = (numPeriods + 1) * mPeriod + phase;
        t += mReferenceTime;

        if (t - listener.mLastEventTime < (3 * mPeriod / 5)) {
            t += mPeriod;
        }

        t -= mWakeupLatency;

        return t;
    }

理解了上述VSync是怎么进行周期和相位计算的，理解这里就很简单了。VSync周期是分为32份进行管理的，这里mWakeupLatency也就是添加了一个唤醒延时，这个延时就是VSync周期中每一份的1/2作为开销。

如果当前的时间比上一次的唤醒时间加上唤醒开销都要小，则取

listener.mLastEventTime + mWakeupLatency

记住这里的listener是什么呢？实际上就是appEventThread中的DispSyncSource以及sfEventThread中的DispSyncSource，也就是上文中设置setVsyncEnable进来的。

这里的计算是和常规的思路是反过来的，对应整个Android系统来说，首先注册了sf的DispSyncSource，之后App应用启动后，才注册了app的DispSyncSource。

baseTime是DispSync初始化线程时间。

1.baseTime = baseTime - mReferenceTime 以第一次硬件发送VSync时间校准了。
2.第一次phase = mPhase(软件VSync的相位偏移) + listener.mPhase,这个时候加的是sf的偏移量0.01s。同时baseTime 向前推移phase，找到没有偏移影响的基础时间。
3.如果baseTime校准异常，则baseTime -= mPeriod
4.查看当前baseTime 在哪一个VSync周期中，找到下一个周期并且加上偏移量就是下一次VSync发送时机，记住要加上mReferenceTime这个基准点。
5.如果算出来的预期时间比上次的发送Vsync时间小于3/5个周期，则说明本次时机和原来VSync的时机太接近，应该放到下一个周期。
6.预期时间最后还要记得，减掉唤醒时间。
7.第二次循环后，listener变成了app的EventThread。

那么appEventThread和sfEventThread的相位是怎么出来的呢？其实就是每一个listener的mPhase设置的0.002s和0.006s。

跳帧的计算原理

我们熟悉了VSync的计算原理以及预期计算原理之后，我们其实可以发现在SF消费阶段，有一个跳帧处理，我们来看看。
文件：/frameworks/native/services/surfaceflinger/BufferLayerConsumer.cpp

nsecs_t BufferLayerConsumer::computeExpectedPresent(const DispSync& dispSync) {
    const uint32_t hwcLatency = 0;
    const nsecs_t nextRefresh = dispSync.computeNextRefresh(hwcLatency);

    nsecs_t extraPadding = 0;
    if (SurfaceFlinger::vsyncPhaseOffsetNs == 0) {
        extraPadding = 1000000; // 1ms (6% of 60Hz)
    }

    return nextRefresh + extraPadding;
}

文件：/frameworks/native/services/surfaceflinger/DispSync.cpp

nsecs_t DispSync::computeNextRefresh(int periodOffset) const {
    Mutex::Autolock lock(mMutex);
    nsecs_t now = systemTime(SYSTEM_TIME_MONOTONIC);
    nsecs_t phase = mReferenceTime + mPhase;
    return (((now - phase) / mPeriod) + periodOffset + 1) * mPeriod + phase;
}

这个方法就是计算核心，periodOffset首先是0.

计算当前的时间和软件开始发送VSync之间差除以mPeriod从而找到是第几个的VSync周期，拿到下一个周期加回原来的因计算减去的软件Vsync相位，同时加上appEventThread的相位。

下一帧显示时间 = 软件VSync下一次发送时间点 + appEventThread的相位偏移。

到这里就把整个VSync的计算原理全部解析了一遍。

总结

老规矩，我们先上一副时序图来总结VSync的发送与监听流程。

VSync回调机制.jpg

VSync和Fence都是SF中的同步机制。可以说，两者都是SF渲染机制的核心。不过两者之间的角色不一样。

Fence的要旨是控制GraphicBuffer的状态，是否允许工作，因为Fence是一段共享内存，很可能被多个进程修改，维护的是GraphicBuffer资源的资源竞争的问题，保证资源一次只被一个进程绘制。

VSync的要旨是协调硬件，软件之间工作的时序性，如下图：

SF Vsync.png

为什么需要拿到硬件VSync发送周期后，动态计算软件的VSync周期呢(当时间不足的时候，进行阻塞)？原因很简单，实际上就是因为VSync从硬件触发后，途径内核，SF的处理会有一定的消耗，所以软件发送VSync需要一定的延时，周期也会比原来硬件VSync的大一点(近似相等)。

软件发送VSync的周期是怎么计算的呢？会把每一次VSync存储在一个大小为32的采样数组中。每一次取出6个采样点，取出间隔最大和最小，找到这个6个点的平均间隔，这就是软件发送VSync周期。

软件发送VSync的延时是怎么计算的呢？

会把每一次VSync采样点和刚才计算的软件发送周期进行比对。按照道理采样点应该和软件发送周期是吻合的，但是出现了偏差，Google工程师认为这就是软件消耗的时间。那么这个消耗的时间同样可以作为整个周期性函数的初相，也就是和硬件发送VSync周期函数的偏移量(相位差)。

VSync请求发送时候，是怎么推算下一次分发VSync呢？

我们通过上面两个条件计算出了，关键的两个参数，相位和周期，就能通过当前的时间点所属的周期往后推一个点，那个点就是VSync下一次发送的时间。

SF是怎么进行跳帧处理呢？

因为每一次App应用的View绘制流程都是等到VSync进行刷新的。那么每一次VSync时间必定和GraphicBuffer入队时间是相对应。因此只需要推算出下一个周期的VSync加上appEventThread的相位偏移，就能找到预计显示的时间。

为了避免SF进程和app进程之间处理VSync之间工作时序出现异常，如下图：

sf和app的时间差.png

这两个时间差是以硬件传递过来的VSync周期为基准，计算出软件的周期和延时。再以软件的延时相位为基准，app和sf向后延时一段各自固定的时间。

为什要做这两个EventThread处理的事件，先来看看各自做了什么：

1.app 进程接收到VSync，开始进行View的构建，最后把GraphicBuffer交给SF处理。
2.sf进程则是收到VSync之后，采集足够的样本，重新计算当前的周期和相位。

无论是哪一方当做完当前的事件之后会调用requestNextVsync，请求下一次VSync。最后计算出预期VSync的那个，选出最小的那个最为下一次DispSync发出VSync时机。

app以VSync信号为基准刷新View把GraphicBuffer交给SF处理。VSync的周期又是根据前后两次计算的。如果VSync周期太大了，就会导致app刷新太慢。因此软件发送VSync周期的计算是把app刷新的CPU开销一起计算进来。因此必须先完成app对应的VSync信号，才能处理SF的VSync重新调整周期。不然会得到一个不是很准确的VSync周期。

假如没有这个相位差，会发生什么？sf一定比app快(因为处于task最高优先级的FIFO队列中)。这样就是出现SF提前进行VSync计算，计算平局值没算入app绘制消耗。导致了周期计算失误，同时在推算下一个VSync的时候，会提前点。导致第一帧还没算完，就要准备显示第二帧造成类似下图jank的情况。

jank.png

不过，一般的jank是因为绘制一帧的事件太长，导致后面的帧全部造成延时。而VSync的相位混淆，则是因为VSync软件周期太短了，导致GraphicBuffer多显示了一个VSync周期。

第二次讨论多缓冲中的作用

为了避免在VSync模型的jank异常，SF使用了多缓冲(多GraphicBuffer)方式进行处理
纵览对应整个SF并行模型：

SF并行消费模型.png

App进程通过Surface的图元生产者的dequeue获取GraphicBuffer，在方法waitForFreeSlotThenRelock从mFreeSlots和mFreeBuffer中分配Buffer时候有这么一段：

        const int maxBufferCount = mCore->getMaxBufferCountLocked();
        bool tooManyBuffers = mCore->mQueue.size()
                            > static_cast<size_t>(maxBufferCount);
        if (tooManyBuffers) {
            BQ_LOGV("%s: queue size is %zu, waiting", callerString,
                    mCore->mQueue.size());
        } else {
...
        }

换句话说每一次分配都校验，当前消费的缓冲队列中是否大于了maxBufferCount。而这个maxBufferCount是通过getMaxBufferCountLocked获取的。

int BufferQueueCore::getMaxBufferCountLocked() const {
    int maxBufferCount = mMaxAcquiredBufferCount + mMaxDequeuedBufferCount +
            ((mAsyncMode || mDequeueBufferCannotBlock) ? 1 : 0);
    maxBufferCount = std::min(mMaxBufferCount, maxBufferCount);
    return maxBufferCount;
}

注意这里面mMaxDequeuedBufferCount，就是SF判断是否打开了3重缓冲开关时候获取的，关闭则设置2，打开则设置默认1.

    if (mFlinger->isLayerTripleBufferingDisabled()) {
        mProducer->setMaxDequeuedBufferCount(2);
    }

为什么会这样呢？因为9.0抛弃了三重缓冲，改用动态缓冲。实际上我们可以看看4.4的源码：

#ifdef TARGET_DISABLE_TRIPLE_BUFFERING
#warning "disabling triple buffering"
    mSurfaceFlingerConsumer->setDefaultMaxBufferCount(2);
#else
    mSurfaceFlingerConsumer->setDefaultMaxBufferCount(3);
#endif

4.4很粗暴的直接设置了消费者消费的数量。而在9.0的源码中，当Surface进行connect的时候就会开始调整可分配的mSlot插槽的数量:

    int delta = mCore->getMaxBufferCountLocked(mCore->mAsyncMode,
            mDequeueTimeout < 0 ?
            mCore->mConsumerControlledByApp && producerControlledByApp : false,
            mCore->mMaxBufferCount) -
            mCore->getMaxBufferCountLocked();
    if (!mCore->adjustAvailableSlotsLocked(delta)) {
        return BAD_VALUE;
    }

通过当前的模式计算出最大需要多少的图元，和当前的图元最大的图元相比。进行调整，大了则扩容到mSlots;小了则缩容量，多余放到mUnusedSlots中。动态的扩充可申请容量比起原来的粗暴设置多缓冲，显得优化的更多性能。

后话

到这里SurfaceFlinger的全系列文章已经结束了，从12月末尾一直写到现在，耗时近3个月。我也在大大小小的细节品味了一次高版本的渲染原理。比起低版本性能上确实优化了很多。我也学习很多之前没有接触过知识，就差没有拿出一个GPU的内核模块源码进行分析。可以说应该是目前全网最全的解剖源码了。

但是学习到这个地步，你就精通了SurfaceFlinger吗？不，并没有。最多算是熟悉，这仅仅只是一个开始，SurfaceFlinger只是展露了冰山一角，还有很多内容没有和大家聊，如DataSpace是如何运作，GraphicBuffer中HDR映射的句柄又是什么东西又是怎么运作的，还有GPU底层irq，同步栅是如何唤醒等等。

但是对应一个中级的应用开发工程师就足够了。特别是需要经常接触音视频开发的工程师，这些东西都是必须懂得的。不然写不出好代码。

不知道VSync原理，不知道dequeue原理，你会发现如果音视屏生产者过快会造成jank的效果，甚至因为dequeue动态调整的slot的问题可能出现丢帧等各种各样的问题。甚至不知道OpenGL es的swapBuffer在Android中实际上做的是dequeue和queue的工作，和Canvas.lock以及unlockAndPost一样的工作。

闲话就不多说了，之后可能会暂时停笔一小段时间，因为有一个比较感兴趣的业务接下来做了，对我来说也是一个挑战。等下一段的开始，就是和大家聊聊Skia的源码和大家熟知的View的绘制流程。有了这个基础，我就可以横向比对flutter engine中是如何渲染画面，比较双方的优劣。

Android 重学系列 Vsync同步信号原理

前言

正文

DispSync 初始化

DispSyncThread 初始化

EventThread初始化中DispSync的工作

EventThread发送Vsync信号

DispSync setPeriod

DispSyncThread updateModel

EventControlThread setVsyncEnabled

HWC setVsyncEnabled

Vsync 监听逻辑

EventThread::enableVSyncLocked

DispSyncSource setCallback

DispSyncSource setVSyncEnabled

DispSync addEventListener

Vsync监听回调逻辑

EventThread::onVSyncEvent

sf的EventThread和app的EventThread的区别

app的EventThread

sf的EventThread

App应用监听SF中的appEventThread

Choreographer的初始化

FrameDisplayEventReceiver 初始化

DisplayEventReceiver 初始化

native中DisplayEventReceiver的初始化

DisplayEventReceiver初始化

SurfaceFlinger的createDisplayEventConnection

DisplayEventReceiver handleEvent接受处理SF的VSync事件

NativeDisplayEventReceiver dispatchVsync

Java层的dispatchVsync

FrameDisplayEventReceiver onVsync

Choreographer postCallbackDelayedInternal

scheduleFrameLocked

scheduleVsyncLocked

doFrame 处理注册在Choreographer的回调函数

VSync 推算计算原理

SurfaceFlinger接收到VSync信号进行采样

DispSync addResyncSample

updateModelLocked DispSync 模型更新的核心方法

VSync重新采样计算周期

VSync重新采样计算相位

DispSync computeNextEventTimeLocked

跳帧的计算原理

总结

第二次讨论多缓冲中的作用

后话

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