本文转载自：Android消息机制之同步屏障
本文基于Android 10.0源码分析
1.概述
同步屏障，view绘制中用同步屏障的概念，在Android开发中非常容易被人忽略。因为这个概念在我们普通的开发中太少见了，很容易被忽略。大家经过上面的学习应该知道，线程的消息都是放到同一个MessageQueue里面，取消息的时候是互斥取消息，而且只能从头部取消息，而添加消息是按照消息的执行的先后顺序进行排序。
那么问题来了，同一个时间范围内的消息，如果它是需要立刻执行的，那我们怎么办？按照常规的办法，我们需要等到队列轮询到我自己的时候才能执行，那岂不是黄花菜都凉了。所以，我们需要给紧急执行的消息一个绿色通道，这个绿色通道就是同步屏障的概念。
2.源码实现
屏障的意思即为阻碍，顾名思义，同步屏障就是阻碍同步消息，只让异步消息通过。如何开启同步屏障呢？如下而已：MessageQueue# postSyncBarrier( )，我们看看它的源码：
// frameworks/base/core/java/android/os/MessageQueue.java
public int postSyncBarrier() {
return postSyncBarrier(SystemClock.uptimeMillis());
}
private int postSyncBarrier(long when) {
// Enqueue a new sync barrier token.// We don't need to wake the queue because the purpose of a barrier is to stall it.synchronized (this) {
final int token = mNextBarrierToken++;
final Message msg = Message.obtain(); // 从消息池中获取Message
msg.markInUse();
// 初始化Message对象的时候,并没有给target赋值,因此 target==null
msg.when = when;
msg.arg1 = token;
Message prev = null;
Message p = mMessages;
if (when != 0) {
while (p != null && p.when <= when) {
// 如果开启同步屏障的时间(假设记为T)T不为0,且当前的同步消息里有时间小于T,
// 则prev也不为null
prev = p;
p = p.next;
}
}
// 根据prev是不是为null,将msg按照时间顺序插入到消息队列(链表)的合适位置
if (prev != null) { // invariant: p == prev.nextmsg.next = p;
prev.next = msg;
} else {
msg.next = p;
mMessages = msg;
}
return token;
}
}
postSyncBarrier()方法前面有一大段注释，大概意思是该方法会往MessageQueue中插入一条同步屏障message，遇到该message后，MessageQueue中的同步消息会延迟执行，直到通过调用removeSyncBarrier()方法移除同步屏障；而异步消息有豁免权，可以正常执行。
可以看到，Message对象初始化的时候并没有给target赋值。因此，target == null的来源就找到了。上面消息的插入也做了相应的注释。这样，一条target == null消息就进入了消息队列。
那么，开启同步屏障后，所谓的异步消息又是如何被处理的呢？如果对消息机制有所了解的话，应该知道消息的最终处理是在消息轮询器Looper#loop()中，而loop()循环中会调用MessageQueue# next() 从消息队列中进行取出消息。
// frameworks/base/core/java/android/os/MessageQueue.java
Message next() {
// Return here if the message loop has already quit and been disposed.// This can happen if the application tries to restart a looper after quit// which is not supported.final long ptr = mPtr;
if (ptr == 0) {
return null;
}
int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
//1.如果nextPo TimeoutMi is=-1,一直阻塞不会超时。
//2.如果nextPo TimeoutMi is=0,不会阻塞,立即返回。
//3.如果nextPo TimeoutMi is>0,最长阻塞nextPo TimeoutMi is毫秒(超时)
int nextPollTimeoutMillis = 0;
// next()也是一个无限循环
for (;;) {
if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
Binder.flushPendingCommands();
}
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
synchronized (this) {
// Try to retrieve the next message. Return if found.
final long now = SystemClock.uptimeMillis(); //获取系统开机到现在的时间
Message prevMsg = null;
Message msg = mMessages; // 当前链表的头结点
// 关键：如果target==null,那么它就是屏障,需要循环遍历,一直往后找到第一个异步的消息
if (msg != null && msg.target == null) {
// Stalled by a barrier. Find the next asynchronous message in the queue.do {
prevMsg = msg;
msg = msg.next;
} while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
}
if (msg != null) {
// 如果有消息需要处理,先判断时间有没有到,
// 如果没到的话设置一下阻塞时间,场景如常用的postDelay
if (now < msg.when) {
// Next message is not ready. Set a timeout to wake up when it is ready.
//计算出离执行时间还有多久赋值给nextPollTimeoutMillis,
//表示nativePo Once方法要等待nextPollTimeoutMillis时长后返回
nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
} else {
// Got a message.
mBlocked = false;//获取到消息
// 链表操作,获取msg并且删除该节点
if (prevMsg != null) {
prevMsg.next = msg.next;
} else {
mMessages = msg.next;
}
msg.next = null;
if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
msg.markInUse();
return msg;//返回拿到的消息
}
} else {
// No more messages.
//没有消息,nextPollTimeoutMillis复位
nextPollTimeoutMillis = -1;
}
...
}
}
从上面可以看出，当消息队列开启同步屏障的时候 (即标识为msg.target == null) ，消息机制在处理消息的时候，优先处理异步消息。这样，同步屏障就起到了一种过滤和优先级的作用。下面用示意图简单说明：
Handler2-1.png
如上图所示，在消息队列中有同步消息和异步消息（黄色部分）以及同步屏障消息（红色部分）。当执行到同步屏障消息的时候，msg_2和msg_M 这两个异步消息会被优先处理，而后面的msg_3等同步消息则不会被处理。这些同步消息需要先移除这个同步屏障，即调用removeSyncBarrier()，才能继续处理。
3.应用场景
Android 系统中更新UI就是使用同步屏障。在View更新时，draw、requestLayout、invalidate 等很多地方都调用了ViewRootImpl#scheduleTraversals()，如下：
// frameworks/base/core/java/android/view/ViewRootImpl.java
void scheduleTraversals() {
if (!mTraversalScheduled) {
mTraversalScheduled = true;
//发送同步屏障消息
mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
//发送异步消息
mChoreographer.postCallback(
Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
if (!mUnbufferedInputDispatch) {
scheduleConsumeBatchedInput();
}
notifyRendererOfFramePending();
pokeDrawLockIfNeeded();
}
}
postCallback()最终走到了Choreographer#postCallbackDelayedInternal()：
// frameworks/base/core/java/android/view/Choreographer.java
private void postCallbackDelayedInternal(int callbackType,
Object action, Object token, long delayMillis) {
if (DEBUG_FRAMES) {
Log.d(TAG, "PostCallback: type=" + callbackType
+ ", action=" + action + ", token=" + token
+ ", delayMillis=" + 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); // 设置为异步消息
mHandler.sendMessageAtTime(msg, dueTime); //发送异步消息
}
}
}
这里就发送了同步屏障消息，并发送了异步消息，由于 UI 更新相关的消息优先级是最高的，这样系统就会优先处理这些异步消息。前面我们看到，同步屏障消息并不会自己移除，需要调用相关代码来移除同步屏障消息ViewRootImpl#unscheduleTraversals()。
// frameworks/base/core/java/android/view/ViewRootImpl.java
void unscheduleTraversals() {
if (mTraversalScheduled) {
mTraversalScheduled = false;
//移除同步屏障消息
mHandler.getLooper().getQueue().removeSyncBarrier(mTraversalBarrier);
mChoreographer.removeCallbacks(
Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
}
}
// frameworks/base/core/java/android/os/MessageQueue.java
public void removeSyncBarrier(int token) {
// Remove a sync barrier token from the queue.
// If the queue is no longer stalled by a barrier then wake it.
synchronized (this) {
Message prev = null;
Message p = mMessages;
//找到同步屏障消息
while (p != null && (p.target != null || p.arg1 != token)) {
prev = p;
p = p.next;
}
if (p == null) {
throw new IllegalStateException("The specified message queue synchronization "
+ " barrier token has not been posted or has already been removed.");
}
final boolean needWake;
if (prev != null) {
prev.next = p.next; //next指向下一条消息
needWake = false;
} else {
mMessages = p.next;
needWake = mMessages == null || mMessages.target != null;
}
p.recycleUnchecked(); //回收同步屏障消息
// If the loop is quitting then it is already awake.
// We can assume mPtr != 0 when mQuitting is false.
if (needWake && !mQuitting) {
nativeWake(mPtr);
}
}
}
通过以上的分析，对于同步屏障的原理已经了解了吧。在绘制流程中使用同步屏障，保证了在vsync信号到来时，绘制任务可以被及时执行，避免造成界面卡顿。
4.总结
同步屏障的设置可以方便地处理那些优先级较高的异步消息。当我们调用Handler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier()并设置消息的setAsynchronous(true)时，target即为null，也就开启了同步屏障。当在消息轮询器Looper在loop()中循环处理消息时，如若开启了同步屏障，会优先处理其中的异步消息，而阻碍同步消息。
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