本文重点：

• 以ViewRootImpl中的例子讲解同步屏障；
• 介绍IdleHandler的用法与原理，并以ActivityThread举例；

代码以 Android API 28 （Android 9）为准，如有不当，希望指正😀

一、同步屏障

什么是同步屏障？开启同步屏障的第一步需要发送一个特殊消息作为屏障消息，当消息队列检测到了这种消息后，就会从这个消息开始，遍历后续的消息，只处理其中被标记为“异步”的消息，忽略同步消息（所以叫“同步屏障”），相当于给一部分消息开设了“VIP”优先通道。当使用完同步屏障后我们还注意移除屏障。

我们来看ViewRootImpl中是如何使用同步屏障的：

void scheduleTraversals() {
    if (!mTraversalScheduled) {
        mTraversalScheduled = true;
        // 1、发送屏障消息，记录屏障消息的token：mTraversalBarrier
        mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
        // 2、发送Vsync信号的过程，这其中会发送一些异步消息
        mChoreographer.postCallback(
                Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
        if (!mUnbufferedInputDispatch) {
            scheduleConsumeBatchedInput();
        }
        notifyRendererOfFramePending();
        pokeDrawLockIfNeeded();
    }
}

void doTraversal() {
    if (mTraversalScheduled) {
        mTraversalScheduled = false;
        // 3、移除屏障消息，使用屏障消息的token移除
        mHandler.getLooper().getQueue().removeSyncBarrier(mTraversalBarrier);
        // 绘制界面
        performTraversals();
        if (mProfile) {
            mProfile = false;
        }
    }
}
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如果看了我前面的文章 源码阅读#我们所写的View是如何被添加与显示的呢？ 就会知道触发postCallback方法后大致有以下几步：

1. 调用了很多方法其中会用Handler发送消息，所有逻辑分支最终都会使用native方法nativeScheduleVsync发送VSync垂直同步信号；
2. VSync信号由SurfaceFlinger实现并定时发送；
3. 回调FrameDisplayEventReceiver的onVsync方法；
4. 调用Choreographer的doFrame；
5. 调用ViewRootImpl的doTraversal，doTraversal又调用到performTraversals，其中同过Surface向GPU发送绘制数据。

这里的同步屏障实际上是保障了在发送VSync信号之前，postCallback中的Handler消息能被优先处理（postCallback里发送的消息都被标记为了异步消息），以保证界面能迅速更新。

那么同步屏障如何使用，如何运行的呢，主要分为以下四步：

1. 发送屏障消息（Message中target为空，target的类型是Handler）
2. 发送异步消息（发送被标记为asynchronous的消息）
3. 处理消息
4. 移除屏障消息（通过发送屏障消息时返回的token来删除消息）

括号中的说明如果不理解，我们就来详细看看整个过程吧。

1、发送屏障消息——postSyncBarrier

我们来看看MessageQueue中的postSyncBarrier方法：

public int postSyncBarrier() {
    // uptimeMillis会返回从系统启动开始到现在的时间（不包括深度睡眠的时间）：milliseconds of non-sleep uptime since boot
    return postSyncBarrier(SystemClock.uptimeMillis());
}
    
private int postSyncBarrier(long when) {
    // Enqueue a new sync barrier token.
    // We dont need to wake the queue because the purpose of a barrier is to stall it.
    // 上面的意思是放一个新的同步屏障消息到队列中，它就会一直在那挡着（直到你移除它）
    synchronized (this) {
        // 屏障消息的token，作为唯一标识，用于移除屏障消息
        final int token = mNextBarrierToken++;
        // 循环利用Message对象
        final Message msg = Message.obtain();
        // 标记为正在使用，记录时间与token
        msg.markInUse();
        msg.when = when;
        msg.arg1 = token;

        // 下面代码的目的就是把屏障消息按时间排序插入到消息队列中，
        // 前面的是早于自己的消息，后面的是晚于自己的消息
        // 1、找到两个相邻的消息，使得 prev.when < msg.when < p.when
        Message prev = null;
        Message p = mMessages;
        if (when != 0) {
            while (p != null && p.when <= when) {
                prev = p;
                p = p.next;
            }
        }
        // 2、插入屏障消息到prev与p之间
        if (prev != null) { // invariant: p == prev.next
            msg.next = p;
            prev.next = msg;
        } else {
            msg.next = p;
            mMessages = msg;
        }
        return token;
    }
}
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该方法会返回一个token，在移除屏障消息的时候使用。

这里插一句，感觉很多人其实不理解token到底是什么意思，我们在用户登录的时候也会用到token，其实token的意义就是一个唯一标识，token意思是“已经发生了”，就是给一个已发生的事物一个唯一标识。

回到正题，postSyncBarrier的作用就是在消息队列中插入一个屏障消息，插入到什么位置呢，按消息的先来后到，排到对应的位置（消息都有记录when的，按when大小排队）。这里注意了，这个消息是没有给Message中的target赋值的，这个会作为后面判断是否开启同步屏障的依据。

/*package*/ long when;
/*package*/ Handler target;
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2、发送异步消息

我们取postCallback之后的一个异步消息的例子，在scheduleFrameLocked方法中：

Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_FRAME);
msg.setAsynchronous(true);
mHandler.sendMessageAtTime(msg, nextFrameTime);
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这里很简单，就是把这个消息标记为了异步消息，然后再发送出去，重点是上面代码的第二行。

3、处理消息

在MessageQueue的next方法中进行了消息读取，在这里做了同步屏障的相关判断：

Message next() {
    ......
    int nextPollTimeoutMillis = 0;
    for (;;) {
        ......
        
        // 阻塞，nextPollTimeoutMillis为等待时间，如果为-1则会一直阻塞
        nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
        
        synchronized (this) {
            // Try to retrieve the next message.  Return if found.
            // 下面的代码目的是获取一个可用的消息，如果找到就return，
            // 没找到就继续后面我省略的代码（省略了IdHandler的相关代码）
            
            // 获取时间，还是通过uptimeMillis这个方法
            final long now = SystemClock.uptimeMillis();
            Message prevMsg = null;
            Message msg = mMessages;
            // 如果队列头部消息为屏障消息，即“target”为空的消息，则去寻找队列中的异步消息
            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());
            }
            
            // 如果队列头部消息不是屏障消息，就会直接处理
            // 如果是，就会获取异步消息，获取的到就处理，获取不到就去运行省略的代码
            if (msg != null) {
                if (now < msg.when) {
                    // 当前时间小于消息的时间，设置进入下次循环后的等待时间
                    // Next message is not ready.  Set a timeout to wake up when it is ready.
                    nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
                } else {
                    // Got a message.
                    // 一个标记，表示next循环是不是还在被阻塞着
                    mBlocked = false;
                    // 移除消息
                    if (prevMsg != null) {
                        // 移除异步消息
                        prevMsg.next = msg.next;
                    } else {
                        // 移除同步消息
                        mMessages = msg.next;
                    }
                    msg.next = null;
                    
                    // 标记为正在使用
                    msg.markInUse();
                    return msg;
                }
            } else {
                // No more messages.
                // 没有获取到消息，接下来运行下面省略的代码，nextPollTimeoutMillis为“-1”，在循环开始的nativePollOnce方法将会一直阻塞。
                nextPollTimeoutMillis = -1;
            }
        
            // Process the quit message now that all pending messages have been handled.
            if (mQuitting) {
                dispose();
                return null;
            }
            ......// IdleHandler
        }// end of synchronized
        ......// IdleHandler
    }
}
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可以看到，在next方法的无限循环中，首先是nativePollOnce阻塞，然后是取消息的同步代码块（使用synchronized包裹），在这其中，首先取消息队列的头部消息（即mMessages），如果是屏障消息（消息的target为空），则寻找队列中的异步消息进行处理，否则直接处理这条头部消息。

在找到合适的消息后（if(msg != null)），会将即将处理的消息移除队列并返回；当然，如果没有找到就会将nextPollTimeoutMillis置为-1，让循环进入阻塞状态。

在next方法返回消息后，Looper会调用Handler的dispatchMessage回调到对应的方法中，我们来看看Looper.loop()方法：

public static void loop() {
    .....
    for (;;) {
        // 无限取消息，“might block” 指的就是nativePollOnce的阻塞
        Message msg = queue.next(); // might block
        if (msg == null) {
            // No message indicates that the message queue is quitting.
            // 如果返回的消息是空的，则会退出循环。如果循环没退出并且没有消息，则会被nativePollOnce阻塞着。
            return;
        }
        ......
        // 分发消息，target即是发送消息的Handler
        msg.target.dispatchMessage(msg);
        ......
        // 回收消息
        msg.recycleUnchecked();
}
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最后Handler的dispatchMessage就会调用到handleMessage或者Message的callback（callback为Runnable对象），运行消息所指向的内容：

public void dispatchMessage(Message msg) {
    if (msg.callback != null) {
        handleCallback(msg);
    } else {
        if (mCallback != null) {
            if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                return;
            }
        }
        handleMessage(msg);
    }
}
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4、移除屏障消息——removeSyncBarrier

使用同步屏障一定要记得移除消息，消息队列是不会自动移除的。我们通过MessageQueue的removeSyncBarrier方法移除屏障消息：

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) {
        // 找出屏障消息
        Message prev = null;
        Message p = mMessages;
        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.");
        }
        
        // 移除屏障消息，并判断是否需要唤醒队列（nativePollOnce用于阻塞，nativeWake用于唤醒）
        final boolean needWake;
        if (prev != null) {
            prev.next = p.next;
            needWake = false;
        } else {
            mMessages = p.next;
            needWake = mMessages == null || mMessages.target != null;// 消息队列为空或者首个消息不为屏障消息
        }
        // 被移除的屏障消息需要回收
        p.recycleUnchecked();

        // If the loop is quitting then it is already awake.
        // We can assume mPtr != 0 when mQuitting is false.
        if (needWake && !mQuitting) {
            nativeWake(mPtr);
        }
    }
}
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在removeSyncBarrier方法中，首先是去寻找屏障消息，找不到会抛出异常；然后是移除屏障消息，并且判断是否需要唤醒消息队列继续取消息（唤醒next方法，这里的nativeWake用于唤醒，next方法中的nativePollOnce用于阻塞）。

以上就是同步屏障的使用与原理分析了，关于同步屏障的添加与移除方法都是公共的，但是如果要使用还是要小心有坑喔。

IdleHandler

1、IdleHandler的定义

/**
 * Callback interface for discovering when a thread is going to block
 * waiting for more messages.
 */
public static interface IdleHandler {
    /**
     * Called when the message queue has run out of messages and will now
     * wait for more.  Return true to keep your idle handler active, false
     * to have it removed.  This may be called if there are still messages
     * pending in the queue, but they are all scheduled to be dispatched
     * after the current time.
     */
    boolean queueIdle();
}
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IdlerHandler实际上是一个接口，idle在RecyclerView的状态分类中也有出现——SCROLL_STATE_IDLE，表示停止滚动的状态，同样，IdleHandler表示的是在消息循环空闲的时候（没有消息）进行的回调方法。接口方法返回值代表是否要移除当前IdleHandler。

2、添加/移除 IdleHandler

在MessageQueue中：

private final ArrayList<IdleHandler> mIdleHandlers = new ArrayList<>();

public void addIdleHandler(@NonNull IdleHandler handler) {
    if (handler == null) {
        throw new NullPointerException("Can't add a null IdleHandler");
    }
    synchronized (this) {
        mIdleHandlers.add(handler);
    }
}

public void removeIdleHandler(@NonNull IdleHandler handler) {
    synchronized (this) {
        mIdleHandlers.remove(handler);
    }
}
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方法很简单，通过一个全局变量mIdleHandlers管理所有IdleHandler

3、运行IdleHandler

在MessageQueue的next方法中调用了IndleHandler:

private IdleHandler[] mPendingIdleHandlers;

Message next() {
    ......
    int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
    int nextPollTimeoutMillis = 0;
    for (;;) {
        ...... 
        nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
        synchronized (this) {
            ......
            // Process the quit message now that all pending messages have been handled.
            if (mQuitting) {
                dispose();
                return null;
            }
            
            // If first time idle, then get the number of idlers to run.
            // Idle handles only run if the queue is empty or if the first message
            // in the queue (possibly a barrier) is due to be handled in the future.
            // 获取IdleHandler个数
            if (pendingIdleHandlerCount < 0
                    && (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
                pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
            }
            // 如果没有，继续循环
            if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
                // No idle handlers to run.  Loop and wait some more.
                mBlocked = true;
                continue;
            }
            // 添加IdleHandler到准备处理的队列
            if (mPendingIdleHandlers == null) {
                mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
            }
            mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
        }
        
        // Run the idle handlers.
        // We only ever reach this code block during the first iteration.
        for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
            final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
            mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handler

            boolean keep = false;
            try {
                // 调用接口
                keep = idler.queueIdle();
            } catch (Throwable t) {
                Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
            }

            if (!keep) {
                synchronized (this) {
                    // 移除IdleHandler
                    mIdleHandlers.remove(idler);
                }
            }
        }

        // Reset the idle handler count to 0 so we do not run them again.
        pendingIdleHandlerCount = 0;
        // While calling an idle handler, a new message could have been delivered
        // so go back and look again for a pending message without waiting.
        // 下个循环不需等待
        nextPollTimeoutMillis = 0;
    }
}
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在next方法中，如果没有获取到消息或者消息未准备好（now < mMessages.when），就会进入IdleHandler的处理流程（此时nextPollTimeoutMillis为大于0的值或者-1）；如果有，就将IdleHandler放入“悬挂”队列，即即将处理的队列；然后跳出同步代码块，运行所有IdleHandler；最后重置pendingIdleHandlerCount与nextPollTimeoutMillis;

nextPollTimeoutMillis置为0表示下个循环不需等待了，因为在处理IdleHandler的过程中可能已经收到了一些消息，此时需要立即处理。

4、ActivityThread使用IdleHandler调用GC

在ApplicationThread收到GC_WHEN_IDLE消息后，会触发scheduleGcIdler方法：

class H extends Handler {
    ......
    public static final int GC_WHEN_IDLE = 120;
    ......
    
    public void handleMessage(Message msg) {
        switch (msg.what) {
            ......
            case GC_WHEN_IDLE:
                scheduleGcIdler();
            ......
        }
    }
}
复制代码

在ActivityThread的scheduleGcIdler方法中（ApplicationThread是ActivityThread的非静态内部类，所以可以直接调用对应方法）：

// 添加垃圾回收的IdleHandler
void scheduleGcIdler() {
    if (!mGcIdlerScheduled) {
        mGcIdlerScheduled = true;
        Looper.myQueue().addIdleHandler(mGcIdler);
    }
    mH.removeMessages(H.GC_WHEN_IDLE);
}

// 移除垃圾回收的IdleHandler
void unscheduleGcIdler() {
    if (mGcIdlerScheduled) {
        mGcIdlerScheduled = false;
        Looper.myQueue().removeIdleHandler(mGcIdler);
    }
    mH.removeMessages(H.GC_WHEN_IDLE);
}

final GcIdler mGcIdler = new GcIdler();

final class GcIdler implements MessageQueue.IdleHandler {
    @Override
    public final boolean queueIdle() {
        doGcIfNeeded();
        return false;
    }
}

void doGcIfNeeded() {
    mGcIdlerScheduled = false;
    final long now = SystemClock.uptimeMillis();
    if ((BinderInternal.getLastGcTime()+MIN_TIME_BETWEEN_GCS) < now) {
        // 执行垃圾回收
        BinderInternal.forceGc("bg");
    }
}
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这里通过一个自定义的IdleHandler进行GC的调用，在线程空闲的时候会调用mGcIdler，最终通过BinderInternal.forceGc("bg")方法触发GC，这个GC的最小间隔是5秒（MIN_TIME_BETWEEN_GCS的值）。并且注意了，mGcIdler的queueIdle返回的是false，所以这个mGcIdler会长期存在于主线程的MessageQueue中。

这里会关联到ActivityThread的attach方法中注册的一个GcWatcher，它会在App进程内存占用超过虚拟机分配的最大内存的3/4时，对一些Activity进行释放，更具体的分析可以参考这篇文章：关于Activity回收你要知道的事情

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