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成都java培训班:关于Handler同步屏障

发布者: 成都达内     浏览次数:     发布时间:2021-03-23 10:46:34

成都java培训班:这篇文章主要讲Handler中的同步屏障问题,这也是面试的热门问题。很多读者觉得这一块的知识很偏,实战中并没有什么用处,仅仅用来面试,包括笔者。...

  这篇文章主要讲Handler中的同步屏障问题,这也是面试的热门问题。很多读者觉得这一块的知识很偏,实战中并没有什么用处,仅仅用来面试,包括笔者。我在Handler机制一文中写到:其实同步屏障对于我们的日常使用的话其实是没有多大用处。因为设置同步屏障和创建异步Handler的方法都是标志为hide,说明谷歌不想要我们去使用他。

  笔者在前段时间面试时被问到这个问题,之后重新思考了这个问题,发现了一些不一样的地方。结合了一些大佬的观点,发现同步屏障这个机制,并不如我们所想完全没用,而还是有他的长处。这篇文章则表达一下我对同步屏障机制的思考,希望对你有帮助。

  文章主要内容是:先介绍什么同步屏障,再分析如何使用以及正确地使用。

  那么,我们开始吧。

  什么是同步屏障机制

  同步屏障机制是一套为了让某些特殊的消息得以更快被执行的机制。

  注意这里我在同步屏障之后加上了机制二字,原因是单纯的同步屏障并不起作用,他需要和其他的Handler组件配合才能发挥作用。

  这里我们假设一个场景:我们向主线程发送了一个UI绘制操作Message,而此时消息队列中的消息非常多,那么这个Message的处理可能会得到延迟,绘制不及时造成界面卡顿。同步屏障机制的作用,是让这个绘制消息得以越过其他的消息,优先被执行。

  MessageQueue中的Message,有一个变量isAsynchronous,他标志了这个Message是否是异步消息;标记为true称为异步消息,标记为false称为同步消息。同时还有另一个变量target,标志了这个Message最终由哪个Handler处理。

  我们知道每一个Message在被插入到MessageQueue中的时候,会强制其target属性不能为null,如下代码:

  MessageQueue.class

  boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {

  // Hanlder不允许为空

  if (msg.target == null) {

  throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");

  }

  ...

  }

  而android提供了另外一个方法来插入一个特殊的消息,强行让target==null:

  private int postSyncBarrier(long when) {

  synchronized (this) {

  final int token = mNextBarrierToken++;

  final Message msg = Message.obtain();

  msg.markInUse();

  msg.when = when;

  msg.arg1 = token;

  Message prev = null;

  Message p = mMessages;

  // 把当前需要执行的Message全部执行

  if (when != 0) {

  while (p != null && p.when <= when) {

  prev = p;

  p = p.next;

  }

  }

  // 插入同步屏障

  if (prev != null) {

  msg.next = p;

  prev.next = msg;

  } else {

  msg.next = p;

  mMessages = msg;

  }

  return token;

  }

  }

  代码有点长,重点在于:没有给Message赋值target属性,且插入到Message队列头部。当然源码中还涉及到延迟消息,我们暂时不关心。这个target==null的特殊Message就是同步屏障

  MessageQueue在获取下一个Message的时候,如果碰到了同步屏障,那么不会取出这个同步屏障,而是会遍历后续的Message,找到第一个异步消息取出并返回。这里跳过了所有的同步消息,直接执行异步消息。为什么叫同步屏障?因为它可以屏蔽掉同步消息,优先执行异步消息。

  我们来看看源码是怎么实现的:

  Message next() {

  ···

  if (msg != null && msg.target == null) {

  // 同步屏障,找到下一个异步消息

  do {

  prevMsg = msg;

  msg = msg.next;

  } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());

  }

  ···

  }

  如果遇到同步屏障,那么会循环遍历整个链表找到标记为异步消息的Message,即isAsynchronous返回true,其他的消息会直接忽视,那么这样异步消息,就会提前被执行了。

  注意,同步屏障不会自动移除,使用完成之后需要手动进行移除,不然会造成同步消息无法被处理。我们可以看一下源码:

  Message next() {

  ...

  // 阻塞时间

  int nextPollTimeoutMillis = 0;

  for (;;) {

  // 阻塞对应时间

  nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);

  synchronized (this) {

  final long now = SystemClock.uptimeMillis();

  Message prevMsg = null;

  Message msg = mMessages;

  if (msg != null && msg.target == null) {

  // 同步屏障,找到下一个异步消息

  do {

  prevMsg = msg;

  msg = msg.next;

  } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());

  }

  // 如果上面有同步屏障,但却没找到异步消息,

  // 那么msg会循环到链表尾,也就是msg==null

  if (msg != null) {

  ···

  } else {

  // 没有消息,进入阻塞状态

  nextPollTimeoutMillis = -1;

  }

  ···

  }

  }

  }

  可以看到如果没有即时移除同步屏障,他会一直存在且不会执行同步消息。因此使用完成之后必须即时移除。但我们无需操心这个,后面就知道了。

  如何发送异步消息

  上面我们了解到了同步屏障的作用,但是会发现postSyncBarrier方法被标记为@hide,也就是我们无法调用这个方法。那,讲了这么多有什么用?

  咳咳~不要慌,但我们可以发异步消息啊。在系统添加同步屏障的时候,不就可以趁机上车了,是吧。

  添加异步消息有两种办法:

  使用异步类型的Handler发送的全部Message都是异步的

  给Message标志异步

  给Message标记异步是比较简单的,通过setAsynchronous方法即可。

  Handler有一系列带Boolean类型的参数的构造器,这个参数就是决定是否是异步Handler:

  public Handler(@NonNull Looper looper, @Nullable Callback callback, boolean async) {

  mLooper = looper;

  mQueue = looper.mQueue;

  mCallback = callback;

  // 这里赋值

  mAsynchronous = async;

  }

  在发送消息的时候就会给Message赋值:

  private boolean enqueueMessage(@NonNull MessageQueue queue, @NonNull Message msg,

  long uptimeMillis) {

  msg.target = this;

  msg.workSourceUid = ThreadLocalWorkSource.getUid();

  // 赋值

  if (mAsynchronous) {

  msg.setAsynchronous(true);

  }

  return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);

  }

  但是异步类型的Handler构造器是标记为hide,我们无法使用,但在api28之后添加了两个重要的方法:

  public static Handler createAsync(@NonNull Looper looper) {

  if (looper == null) throw new NullPointerException("looper must not be null");

  return new Handler(looper, null, true);

  }

  public static Handler createAsync(@NonNull Looper looper, @NonNull Callback callback) {

  if (looper == null) throw new NullPointerException("looper must not be null");

  if (callback == null) throw new NullPointerException("callback must not be null");

  return new Handler(looper, callback, true);

  }

  通过这两个api就可以创建异步Handler了,而异步Handler发出来的消息则全是异步的。

  public void setAsynchronous(boolean async) {

  if (async) {

  flags |= FLAG_ASYNCHRONOUS;

  } else {

  flags &= ~FLAG_ASYNCHRONOUS;

  }

  }

  如何正确使用

  上面我们似乎漏了一个问题:系统什么时候添加同步屏障?。

  异步消息需要同步屏障的辅助,但同步屏障我们无法手动添加,因此了解系统何时添加和删除同步屏障是非常必要的。只有这样,才能更好地运用异步消息这个功能,知道为什么要用和如何用。

  了解同步屏障需要简单了解一点屏幕刷新机制的内容。放心,只需要了解一丢丢就可以了。

  我们的手机屏幕刷新频率有不同的类型,60Hz、120Hz等。60Hz表示屏幕在一秒内刷新60次,也就是每隔16.6ms刷新一次。屏幕会在每次刷新的时候发出一个 VSYNC 信号,通知CPU进行绘制计算。具体到我们的代码中,可以认为就是执行onMesure()、onLayout()、onDraw()这些方法。好了,大概了解这么多就可以了。

  了解过 view 绘制原理的读者应该知道,view绘制的起点是在 viewRootImpl.requestLayout() 方法开始,这个方法会去执行上面的三大绘制任务,就是测量布局绘制。但是,重点来了:

  调用requestLayout()方法之后,并不会马上开始进行绘制任务,而是会给主线程设置一个同步屏障,并设置 ASYNC 信号监听。

  当 ASYNC 信号的到来,会发送一个异步消息到主线程Handler,执行我们上一步设置的绘制监听任务,并移除同步屏障

  这里我们只需要明确一个情况:调用requestLayout()方法之后会设置一个同步屏障,知道ASYNC信号到来才会执行绘制任务并移除同步屏障。(这里涉及到Android屏幕刷新以及绘制原理更多的内容,本文不详细展开,感兴趣的读者可以点击文末的连接阅读。)

  那,这样在等待ASYNC信号的时候主线程什么事都没干?是的。这样的好处是:保证在ASYNC信号到来之时,绘制任务可以被及时执行,不会造成界面卡顿。但这样也带来了相对应的代价:

  我们的同步消息最多可能被延迟一帧的时间,也就是16ms,才会被执行

  主线程Looper造成过大的压力,在VSYNC信号到来之时,才集中处理所有消息

  改善这个问题办法就是:使用异步消息。当我们发送异步消息到MessageQueue中时,在等待VSYNC期间也可以执行我们的任务,让我们设置的任务可以更快得被执行且减少主线程Looper的压力。

  可能有读者会觉得,异步消息机制本身就是为了避免界面卡顿,那我们直接使用异步消息,会不会有隐患?这里我们需要思考一下,什么情况的异步消息会造成界面卡顿:异步消息任务执行过长、异步消息海量。

  如果异步消息执行时间太长,那即时是同步任务,也会造成界面卡顿,这点应该都很好理解。其次,若异步消息海量到达影响界面绘制,那么即使是同步任务,也是会导致界面卡顿的;原因是MessageQueue是一个链表结构,海量的消息会导致遍历速度下降,也会影响异步消息的执行效率。所以我们应该注意的一点是:

  不可在主线程执行重量级任务,无论异步还是同步。

  那,我们以后岂不是可以直接使用异步Handler来取代同步Handler了?是,也不是。

  同步Handler有一个特点是会遵循与绘制任务的顺序,设置同步屏障之后,会等待绘制任务完成,才会执行同步任务;而异步任务与绘制任务的先后顺序无法保证,在等待VSYNC的期间可能被执行,也有可能在绘制完成之后执行。因此,我的建议是:如果需要保证与绘制任务的顺序,使用同步Handler;其他,使用异步Handler。

  最后

  技术深挖,总是能学到一些更加不一样的知识。当知识的广度越来越广,知识之间的联系会迸发出不一样的火花。

  第一次学习Handler,仅仅知道可以发送消息并执行;第二次学习Handler,知道了其在Android消息机制重要地位;第三次学习Handler,知道了原来Handler和屏幕刷新机制还有这么一个联系。

(责任编辑:范老师)
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