（4.1.10.8）Android Handler之同步屏障机制(sync barrier)

Posted 2021-05-15 fei20121106

一、概述

简单理解为 异步消息插队并优先执行。

• 场景：排队买票
  • 先来了一个普通用户来排队，买完票走了。
  • 后面又来了一个VIP用户A来买票 就一直站在卖窗口这里 也不走（ps：添加屏障 )
  • 紧接者又来了一个普通用户C，再后面又来了VIP用户B
  • VIP A 对VIP B 说，哥们不要排队直接来窗口买票，VIP B买完票走了，VIP A 被 某个哥们叫走了（移除屏障）
  • 这个时候终于轮到普通用户C买票了。

二、系统应用

简单的来说就是优于事件回调执行，为了做一些优先级更高的操作 比如 视图刷新。当一个Handler消息来时 会优先于执行同步屏障消息事件。
以便系统底层可以做一些比上层业务更加重要的消息事件 ，所以 这个方法 被注解成hide 也是系统给自己开了一道后门。不然的话把方法公开给应用去使用，那么很可能把系统卡成翔而导致掉帧。

• 申请VSYNC信号前加入屏障，保证被优先执行
  • 这里的handler就是主线程的handler

   void scheduleTraversals() {
       if (!mTraversalScheduled) {
           mTraversalScheduled = true;
           //设置同步障碍，确保mTraversalRunnable优先被执行
           mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
           //内部持有Handler关联主looper, 然后通过Handler发送了一个异步消息到主线程messageQueue
           mChoreographer.postCallback(
                   Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
           。。。。
       }
   }

以上说明申请VSYNC信号非常重要，如果申请VSYNC不及时会造成屏幕不流畅卡顿现象，所以说android是不允许在主线程做耗时操作的一个重要原因，因为当前一个消息正在onHandlerMesage中(main)做耗时操作，那么VSYNC申请会处于一个等待状态 造成屏幕无法在16.6ms内刷新（一般来说屏幕刷新频率 主流为60Hz ,也就是16.6ms刷新一次）。

• 回调后：
  • 自己被执行了才移除屏障
  • 进行View的绘制流程

    void doTraversal() {
        if (mTraversalScheduled) {
            mTraversalScheduled = false;
          //移除消息屏障  
         mHandler.getLooper().getQueue().removeSyncBarrier(mTraversalBarrier);
            if (mProfile) {
                Debug.startMethodTracing("ViewAncestor");
            }
            performTraversals();
            if (mProfile) {
                Debug.stopMethodTracing();
                mProfile = false;
            }
        }
    }

三、源码实现

3.1 Message分类

Handler中的Message可以分为两类：同步消息、异步消息。消息类型可以通过以下函数得知

//Message.java
public boolean isAsynchronous() {
    return (flags & FLAG_ASYNCHRONOUS) != 0;
}

一般情况下这两种消息的处理方式没什么区别，只有在设置了同步屏障时才会出现差异。

3.2 MessageQueue的特殊处理

3.2.1 MessageQueue.postSyncBarrier

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();
        msg.markInUse();
        msg.when = when;
        msg.arg1 = token;

        Message prev = null;
        Message p = mMessages;
        if (when != 0) {
            while (p != null && p.when <= when) {
                prev = p;
                p = p.next;
            }
        }
        if (prev != null) { // invariant: p == prev.next
            msg.next = p;
            prev.next = msg;
        } else {
            msg.next = p;
            mMessages = msg;
        }
        return token;
    }
}

该函数仅仅是创建了一个Message对象并加入到了消息链表中。乍一看好像没什么特别的，但是这里面有一个很大的不同点是 该Message没有target, 这也就意味着被looper取出后不经过handler执行。

和普通消息的差异：没有targer:Handler

我们通常都是通过Handler发送消息的，Handler中发送消息的函数有post***、sendEmptyMessage***以及sendMessage***等函数，而这些函数最终都会调用enqueueMessage函数：可以看到enqueueMessage为msg设置了target字段

//Handler.java
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
    msg.target = this;
    //...
    return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

然后在looper中转发给Handler处理：

public static void loop() {
        final Looper me = myLooper();  
        final MessageQueue queue = me.mQueue;
        for (;;) {
           //取出消息，没有消息则阻塞
            Message msg = queue.next();
            msg.target.dispatchMessage(msg);
       }
}

和普通消息的差异：空消息，不唤醒线程

注意的是 添加消息屏障并没有调用 nativeWake(mPtr) 来唤醒线程。
而通过enqueueMessage 消息是有去调用nativeWake(mPtr) 来唤醒线程的。(ps:当主线程阻塞状态 才会触发nativeWake）

很好理解：屏障只是为了后续加入的异步信息，如果没有信息就不需要唤醒线程，有信息自然就会走enqueueMessage唤醒

3.2.2 MessageQueue.next

Message next() {
    //...

    int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
    int nextPollTimeoutMillis = 0;
    for (;;) {
        //...

        synchronized (this) {
            // Try to retrieve the next message.  Return if found.
            final long now = SystemClock.uptimeMillis();
            Message prevMsg = null;
            Message msg = mMessages;
            if (msg != null && msg.target == null) {//碰到同步屏障
                // Stalled by a barrier.  Find the next asynchronous message in the queue.
                // do while循环遍历消息链表
                // 跳出循环时，msg指向离表头最近的一个“非同步消息”，没有就会为null
                do {
                    prevMsg = msg;
                    msg = msg.next;
                } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
            }
            if (msg != null) {
                if (now < msg.when) {
                    //...
                } else {
                    // Got a message.
                    mBlocked = false;
                    if (prevMsg != null) {
                        //将msg从消息链表中移除
                        prevMsg.next = msg.next;
                    } else {
                        mMessages = msg.next;
                    }
                    msg.next = null;
                    if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
                    msg.markInUse();
                    //返回异步消息
                    return msg;
                }
            } else {
                // No more messages.
                nextPollTimeoutMillis = -1;
            }

            //...
        }

        //...
    }
}

• 当设置了同步屏障之后，next函数将会忽略所有的同步消息，返回异步消息。
  • 也就是说，如果第一条消息就是屏障，那么就往后遍历 看看有没有异步消息
  • 有 ：再看离这个消息触发 还有多久，设置一个超时继续休眠
  • 没有：就继续休眠，等待被别人唤醒，此时该屏障一直存在在消息队列头部

换句话说就是，设置了同步屏障SyncBarrier之后，Handler只会处理isAsynchronous异步消息。

再换句话说，同步屏障为Handler消息机制增加了一种简单的优先级机制，异步消息的优先级要高于同步消息。

3.2.3 MessageQueue.removeSyncBarrier移除屏障

public void removeSyncBarrier(int token) {
            // Remove a sync barrier token from the queue.  
            //....省略.......移除队列中barrier的token消息
            //唤醒线程
            if (needWake && !mQuitting) {
                nativeWake(mPtr);
            }
        }
    }

移除一个消息屏障，做了以下几件事：
1.移除次序列号的token消息
2.如果主线程是阻塞状态，则唤醒线程

3.3 Handler发送异步信息

如何发送异步消息

通常我们使用Handler发消息时，这些消息都是同步消息，如果我们想发送异步消息，那么在创建Handler时使用以下构造函数中的其中一种(async传true)

public Handler(boolean async);
public Handler(Callback callback, boolean async);
public Handler(Looper looper, Callback callback, boolean async);

private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
        msg.target = this; //target 是不会为null的
        if (mAsynchronous) {// 默认为false ，消息默认是被标记为同步(普通)消息
            msg.setAsynchronous(true);
        }
        return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

然后通过该Handler发送的所有消息都会变成异步消息

四、总结

1. 一般屏障是和异步 是一起配合使用的，直到调用removeSyncBarrier 那么后面的普通消息才有机会执行；
2. 被 Message ： p.target 的被标记为屏障消息。
3. 被setAsynchronous(true) 为异步消息 ；
4. 当我们利用handler 发送消息的时候，根据Handler的属性判断是否发送异步信息：
5. Handler:postSyncBarrier 和 removeSyncBarrier 方法都是被@hide ，是无法直接调用的，需通过反射来使用；
6. postSyncBarrier 不会唤醒线程， removeSyncBarrier 会唤醒线程（当队列里面有消息时）；

具体流程如下：

• 只要遍历到一个屏障消息 ，那么相当于再这个时间添加了屏障（这里不会主动唤醒线程） ，那么后面入队的异步消息 都优先执行
• 没有则一直阻塞，如果这个时候一个普通消息sendMessageDelayed(getPostMessage®, 0)入队 会触发唤醒线程。
• 如果队列里面有异步消息 则取出此异步消息返回 然后继续阻塞线程 ，直到移除屏障消息(这里才会触发唤醒线程)。
• 如果队列里面没有异步消息则继续阻塞 ，直到调用removeSyncBarrier移除屏障那么才会取出这个普通消息 返回。

参考文献

• Handler之同步屏障机制(sync barrier)
• Handler之postSyncBarrier消息屏障