关于Handler同步屏障你可能不知道的问题

时间 2021-03-18

标签 java android 面试 api 网络异步 async ide oop 布局栏目 Java 繁體版

原文原文链接

前言

很高兴碰见你 ~java

关于handler的内容，基本每一个android开发者都掌握了，网络中的优秀博客也很是多，我以前也写过一篇文章，读者感兴趣能够去看看：传送门。android

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。不少读者以为这一块的知识很偏，实战中并无什么用处，仅仅用来面试，包括笔者。我在Handler机制一文中写到：其实同步屏障对于咱们的平常使用的话实际上是没有多大用处。由于设置同步屏障和建立异步Handler的方法都是标志为hide，说明谷歌不想要咱们去使用他。面试

笔者在前段时间面试时被问到这个问题，以后从新思考了这个问题，发现了一些不同的地方。结合了一些大佬的观点，发现同步屏障这个机制，并不如咱们所想彻底没用，而仍是有他的长处。这篇文章则表达一下我对同步屏障机制的思考，但愿对你有帮助。api

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。网络

那么，咱们开始吧。异步

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。async

注意这里我在同步屏障以后加上了机制二字，缘由是单纯的同步屏障并不起做用，他须要和其余的Handler组件配合才能发挥做用。ide

这里咱们假设一个场景：咱们向主线程发送了一个UI绘制操做Message，而此时消息队列中的消息很是多，那么这个Message的处理可能会获得延迟，绘制不及时形成界面卡顿。同步屏障机制的做用，是让这个绘制消息得以越过其余的消息，优先被执行。oop

MessageQueue中的Message，有一个变量isAsynchronous，他标志了这个Message是不是异步消息；标记为true称为异步消息，标记为false称为同步消息。同时还有另外一个变量target，标志了这个Message最终由哪一个Handler处理。布局

咱们知道每个Message在被插入到MessageQueue中的时候，会强制其target属性不能为null，以下代码：

MessageQueue.class

boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
  // Hanlder不容许为空
  if (msg.target == null) {
      throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
  }
  ...
}

而android提供了另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;
        // 把当前须要执行的Message所有执行
        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。固然源码中还涉及到延迟消息，咱们暂时不关心。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，若是碰到了同步屏障，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。这里跳过了全部的同步消息，直接执行异步消息。为何叫同步屏障？由于它能够屏蔽掉同步消息，优先执行异步消息。

咱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());
    }
    ···
}

若是遇到同步屏障，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，其余的消息会直接忽视，那么这样异步消息，就会提早被执行了。

注意，同步屏障不会自动移除，使用完成以后须要手动进行移除，否则会形成同步消息没法被处理。咱们能够看一下源码：

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());
            }
            // 若是上面有同步屏障，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;
            }
            ···
        }
    }
}

能够看到若是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。所以使用完成以后必须即时移除。但咱们无需操心这个，后面就知道了。

如何发送异步消息

上面咱们了解到了同步屏障的做用，可是会发现postSyncBarrier方法被标记为@hide，也就是咱们没法调用这个方法。那，讲了这么多有什么用？

咳咳~不要慌，但咱们能够发异步消息啊。在系统添加同步屏障的时候，不就能够趁机上车了，是吧。

添加异步消息有两种办法：

使用异步类型的Handler发送的所有Message都是异步的
给Message标志异步

给Message标记异步是比较简单的，经过setAsynchronous方法便可。

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不是异步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);
}

可是异步类型的Handler构造器是标记为hide，咱们没法使用，但在api28以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);
}

经过这两个api就能够建立异步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

上面咱们彷佛漏了一个问题：系统何时添加同步屏障？。

异步消息须要同步屏障的辅助，但同步屏障咱们没法手动添加，所以了解系统什么时候添加和删除同步屏障是很是必要的。只有这样，才能更好地运用异步消息这个功能，知道为何要用和如何用。

了解同步屏障须要简单了解一点屏幕刷新机制的内容。放心，只须要了解一丢丢就能够了。

咱们的手机屏幕刷新频率有不一样的类型，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。具体到咱们的代码中，能够认为就是执行onMesure()、onLayout()、onDraw()这些方法。好了，大概了解这么多就能够了。

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。可是，重点来了：

调用requestLayout()方法以后，并不会立刻开始进行绘制任务，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，执行咱们上一步设置的绘制监放任务，并移除同步屏障

这里咱们只须要明确一个状况：调用requestLayout()方法以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，感兴趣的读者能够点击文末的链接阅读。）

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，绘制任务能够被及时执行，不会形成界面卡顿。但这样也带来了相对应的代价：

咱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形成过大的压力，在VSYNC信号到来之时，才集中处理全部消息

改善这个问题办法就是：使用异步消息。当咱们发送异步消息到MessageQueue中时，在等待VSYNC期间也能够执行咱们的任务，让咱们设置的任务能够更快得被执行且减小主线程Looper的压力。

可能有读者会以为，异步消息机制自己就是为了不界面卡顿，那咱们直接使用异步消息，会不会有隐患？这里咱们须要思考一下，什么状况的异步消息会形成界面卡顿：异步消息任务执行过长、异步消息海量。

若是异步消息执行时间太长，那即时是同步任务，也会形成界面卡顿，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，那么即便是同步任务，也是会致使界面卡顿的；缘由是MessageQueue是一个链表结构，海量的消息会致使遍历速度降低，也会影响异步消息的执行效率。因此咱们应该注意的一点是：

不可在主线程执行重量级任务，不管异步仍是同步。

那，咱们之后岂不是能够直接使用异步Handler来取代同步Handler了？是，也不是。

同步Handler有一个特色是会遵循与绘制任务的顺序，设置同步屏障以后，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前后顺序没法保证，在等待VSYNC的期间可能被执行，也有可能在绘制完成以后执行。所以，个人建议是：若是须要保证与绘制任务的顺序，使用同步Handler；其余，使用异步Handler。

最后

技术深挖，老是能学到一些更加不同的知识。当知识的广度愈来愈广，知识之间的联系会迸发出不同的火花。

第一次学习Handler，仅仅知道能够发送消息并执行；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。

温故而知新，古人诚不欺我。

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关于Handler同步屏障你可能不知道的问题

前言

什么是同步屏障机制

如何发送异步消息

如何正确使用

最后

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