史上最全Android渲染机制讲解（长文源码深度剖析）

2023-11-11

前言

渲染机制是Android操作系统很重要的一环，本系列通过介绍应用从启动到渲染的流程，揭秘Android渲染原理。

问题

1.vsync如何协调应用和SurfaceFlinger配合来完成UI渲染、显示，App接收vsync后要做哪些工作？
2.requestLayout和invalidate区别？
3.performTraversals到底是干什么了？
4.surfaceflinger怎么分发vsync信号的？
5.app需要主动请求vsync信号，sw sync才会分发给app？
6.surfaceview显示视频的时候，视频会一直频繁刷新界面，为什么整个UI界面没有卡顿？
7.app是如何构建起上面这套机制的？

如果对于上面的几个问题没有非常确认、清晰的答案可以继续看下去，本文通过详细介绍渲染机制解答上面的问题。

Vsync信号

Android在“黄油计划”中引入的一个重要机制就是：vsync，引入vsync本质上是要协调app生成UI数据和SurfaceFlinger合成图像，app是数据的生产者，surfaceflinger是数据的消费者，vsync引入避免Tearing现象。vsync信号有两个消费者，一个是app，一个是surfaceflinger，这两个消费者并不是同时接收vsync，而是他们之间有个offset。

vsync-offset引入原因

上面提到hw vsync信号在目前的Android系统中有两个receiver，App + SurfaceFlinger，hw sync会转化为sw sync分别分发给app和sf，分别称为vsync-app和vsync-sf。app和sf接收vsync会有一个offset，引入这个机制的原因是提升“跟手性”，也就是降低输入响应延。

如果app和sf同时接收hw sync，从上面可以看到需要经过vsync * 2的时间画面才能显示到屏幕，如果合理的规划app和sf接收vsync的时机，想像一下，如果vsync-sf比vsync-app延迟一定时间，如果这个时间安排合理达到如下效果就能降低延迟：

SufaceFlinger工作机制

组成架构

EventControlThread: 控制硬件vsync的开关
DispSyncThread: 软件产生vsync的线程
SF EventThread: 该线程用于SurfaceFlinger接收vsync信号用于渲染
App EventThread: 该线程用于接收vsync信号并且上报给App进程，App开始画图

HW vsync, 真实由硬件产生的vsync信号
SW vsync, 由DispSync产生的vsync信号
vsync-sf, SF接收到的vsync信号
vsync-app, App接收到的vsync信号

应用程序基本架构

Android应用进程核心组成

上图列举了Android应用进程侧的几个核心类，PhoneWindow的构建是一个非常重要的过程，应用启动显示的内容装载到其内部的mDecor，Activity(PhoneWindow)要能接收控制也需要mWindowManager发挥作用。ViewRootImpl是应用进程运转的发动机，可以看到ViewRootImpl内部包含mView、mSurface、Choregrapher，mView代表整个控件树，mSurfacce代表画布，应用的UI渲染会直接放到mSurface中，Choregorapher使得应用请求vsync信号，接收信号后开始渲染流程，下面介绍上图构建的流程。

应用启动流程图(下文称该图为P0)

进程启动

应用冷启动第一步就是要先创建进程，这跟linux类似C/C++程序是一致的，Android亦是通过fork来孵化应用进程，我们知道Linux fork的子进程继承父进程很多的资源，即所谓的COW。应用进程同样会从其父进程zygote处继承资源，比如art虚拟机实例、预加载的class/drawable资源等，以付出一些开机时间为代价，一来能够节省内存，二来能够加速应用性能，下面结合systrace介绍Android如何启动一个应用进程，应用启动第一个介入的管理者是AMS,应用启动过程中AMS发现没有process创建，就会请求zygote fork进程，下图就是AMS中创建进程的耗时：

AMS(ActivityManagerService)请求zygote创建进程的流程如下：

##ActvityManager:startProcessLocked

private final void startProcessLocked(ProcessRecord app, String hostingType,
  String hostingNameStr, String abiOverride, String entryPoint, String[] entryPointArgs) {

    boolean isActivityProcess = (entryPoint == null);
    if (entryPoint == null) entryPoint = "android.app.ActivityThread";
    Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "Start proc: " +app.processName);
    checkTime(startTime, "startProcess: asking zygote to start proc");
    ProcessStartResult startResult;
    if (hostingType.equals("webview_service")) {
    startResult = startWebView(entryPoint,
      app.processName, uid, uid, gids, debugFlags, mountExternal,
            app.info.tar

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