一.图像显示系统概述

一个基础的图像显示系统由CPU、GPU、屏幕三部分组成。CPU负责计算帧数据，GPU负责渲染图形数据，屏幕负责图像的显示。在屏幕显示图像时，会按照从上向下逐行扫描的方式扫描每一帧图像的像素。

由于CPU与GPU处理数据的时间不可控，因此会导致屏幕刷新率与渲染帧率不一致。具体表现为在扫描第一帧图像扫描的过程中出现第二帧图像，引起屏幕中画面的撕裂。

1.双缓存机制和VSync机制

为了解决画面的撕裂，在图像显示系统中引入了双缓存机制和VSync机制。

双缓存机制是指使用frameBuffer和backBuffer两块内存作为帧缓存，屏幕每次从frameBuffer中获取当前帧图像进行扫描，在屏幕扫描的同时，CPU与GPU使用backBuffer渲染下一帧图像。

VSync机制是指当屏幕扫描完最后一行像素时，需要返回到第一行像素的位置，这时屏幕设备会产生一个垂直同步信号，即VSync。在收到VSync信号后，frameBuffer与backBuffer中的图像数据进行交换。交换完成后，屏幕会继续从frameBuffer中扫描下一帧图像。屏幕每秒钟产生的VSync信号的次数就是帧率。

当一个VSync信号发出后，如果在下一次VSync信号到来前，GPU还没有完成下一帧数据的渲染，此时frameBuffer中的数据无法与backBuffer中的数据进行交换，会出现屏幕持续扫描同一帧图像的现象，即掉帧。

2.三缓存机制

通常情况下，掉帧是由于绘制的图像过于复杂，需要消耗大量的时间。为了解决这个问题，Android系统会在每次收到VSync信号后，尽可能去安排CPU计算帧数据，以此来减少掉帧问题的发生。

同时，Android引入了三缓存机制。三缓存机制就是在frameBuffer和backBuffer之外，又加入了graphicBuffer。当出现一次掉帧后，会启用三缓存机制，以此减少后续掉帧问题的发生。当然，帧缓存也不是越多越好，帧缓存过多会造成内存压力，降低画面的实时性。

二.Choreographer

Choreographer是Android中用于监听VSync信号，并在VSync信号到来时执行指定任务的组件。Choreographer是线程单实例，它的创建依赖当前线程的Looper，可以通过Choreographer的静态方法getInstance获取。

1.Choreographer的初始化

在Choreographer的构造方法中，会创建三个重要的对象mHandler、mDisplayEventReceiver、mCallbackQueues，它们对应的类型分别为FrameHandler、FrameDisplayEventReceiver、Array。

FrameHandler：用于将操作切换到Choreographer对应的线程。
FrameDisplayEventReceiver：用于请求和接收VSync信号。
Array<CallbackQueue>：用于添加待执行的任务，由于callbackQueue的类型有五种类型，因此数组长度为5。

java 复制代码

    //输入事件，首先执行
    public static final int CALLBACK_INPUT = 0;
    //动画，第二执行
    public static final int CALLBACK_ANIMATION = 1;
    //插入更新的动画，第三执行
    public static final int CALLBACK_INSETS_ANIMATION = 2;
    //绘制，第四执行
    public static final int CALLBACK_TRAVERSAL = 3;
    //提交，最后执行，
    public static final int CALLBACK_COMMIT = 4;

2.Choreographer的使用

2.1 添加任务

当需要在VSync信号到来时执行某些操作，可以通过调用Choreographer的postCallback方法实现，该方法接收一个Runnable对象作为参数。

在Choreographer的postCallback方法中会调用postCallbackDelayed方法，最终会调用postCallbackDelayedInternal方法。

在Choreographer的postCallbackDelayedInternal方法内部主要做了四件事：

1）计算添加当前任务的时间戳。

2）根据任务类型，获取任务队列。

3）将任务添加到任务队列中。

4）请求VSync信号。

在CallbackQueue的addCallbackLocked方法中，主要做了三件事：

1）将当前任务封装成CallbackRecord。

2）从头遍历任务链表，按照添加任务的时间戳从小到大的顺序，找到当前任务对应的位置。

3）将当前任务插入到对应位置。

在Choreographer的scheduleFrameLocked方法中，主要做了三件事：

1）检查当前方法是否运行在Choreographer对应的线程。

2）如果运行在Choreographer对应的线程，则请求VSync信号。

3）如果没有运行在Choreographer对应的线程，则通过FrameHandler切换到对应线程请求VSync信号。

2.1 任务执行

当VSync信号到来时，会回调FrameDisplayEventReceiver的onVsync方法。onVsync方法内部会调用FrameHandler方法发送异步消息，将线程切换到Choreographer对应的线程。

最终会调用FrameDisplayEventReceiver的run方法。由于FrameDisplayEventReceiver是Choreographer的内部类，run方法内部会直接调用Choreographer的doFrame方法。在doFrame方法中，首先会根据时间戳计算并处理掉帧，然后按照CALLBACK_INPUT、CALLBACK_ANIMATION、CALLBACK_INSETS_ANIMATION、CALLBACK_TRAVERSAL、CALLBACK_COMMIT顺序，调用doCallbacks方法。