Android 系统每隔 16ms 发出 VSYNC 信号，触发对 UI 进行渲染，VSync 是 Vertical Synchronization（垂直同步）的缩写，是一种在PC上很早就广泛使用的技术，可以简单的把它认为是一种定时中断。而在 Android 4.1(JB) 中已经开始引入 VSync 机制，用来同步渲染，让AppUI 和 SurfaceFlinger 可以按硬件产生的 VSync 节奏进行工作。在整个 Android 视图绘制渲染流程中，VSync 信号都扮演着非常重要的作用，下面简单梳理一下 VSync 信号处理的流程。

一、基本概念

1，帧率(frame rate)
代表了GPU在一秒内绘制操作的帧数，即：GPU 生成帧的速率，单位：fps，如：60 fps。
2, 屏幕刷新率(refresh rate)
代表了屏幕在一秒内刷新屏幕的次数，即：设备刷新屏幕的频率，这取决于硬件的固定参数，单位：Hz，如：60Hz。
（注：对于一个特定的设备，帧率和刷新频率没有必然的大小关系。）

屏幕的刷新过程是每一行从左到右（行刷新，水平刷新，Horizontal Scanning），然后从上到下（屏幕刷新，垂直刷新，Vertical Scanning）。当整个屏幕刷新完毕，即一个垂直刷新周期完成，此时会有短暂的空白期，这时会发出 VSync 信号。

二，vsync 概述

Android 系统中有 2 种 VSync 信号：屏幕产生的硬件 VSync 信号、由 SurfaceFlinger 将其转成的软件 Vsync 信号。其中，硬件 VSync 是一个脉冲信号，起到开关或触发某种操作的作用。软件 VSync 信号经由 Binder 传递给 Choreographer。

1，单缓存

当没有引入 VSync 时，屏幕显示图像的工作流程如下：

CPU/GPU 向 Buffer 中生成图像，屏幕从 Buffer 中取图像、刷新后显示。这是一个典型的生产者——消费者模型。

此时，理想的情况是帧率和刷新频率相等，即：每绘制一帧，屏幕显示一帧。但实际上，二者之间没有必然的大小关系，如果没有锁来控制同步，很容易出现问题。例如：当帧率大于刷新频率，此时屏幕还没有刷新第 n-1 帧时，GPU 已经在生成第 n 帧了，从上往下开始覆盖第 n-1 帧的数据，当屏幕开始刷新第 n-1 帧的时候，Buffer 中的数据上半部分是第 n 帧数据，而下半部分是第 n-1 帧的数据，则显示出来的图像就会出现上半部分和下半部分有明显偏差的现象，我们称之为 “tearing（撕裂）”，如下图：

2、双重缓存（Double Buffer）

为了解决单缓存的“tearing（撕裂）”问题，双重缓存和 VSync 机制应运而生。双重缓存模型如下图：

两个缓存区分别为：Back Buffer 和 Front Buffer（或 Frame Buffer）。GPU 向 Back Buffer 中写数据，屏幕从 Frame Buffer 中读数据。VSync 信号负责调度从 Back Buffer 到 Frame Buffer 的复制操作，可认为该复制操作在瞬间完成（注：其实，该复制操作是等价后的效果，实际上双缓冲的实现方式是：交换 Back Buffer 和 Frame Buffer 内存地址名），所以可认为是瞬间完成。

双缓冲的模型下，工作流程如下：
在某个时间点，一个屏幕刷新周期完成，进入短暂的刷新空白期。此时，VSync 信号产生，先完成复制操作（即：交换），然后通知 CPU/GPU 绘制下一帧图像，同时将刚复制到 Frame Buffer 的数据显示到屏幕上，屏幕开始下一个刷新周期。
在这种模型下，只有当 VSync 信号产生时，CPU/GPU 才会开始绘制。这样，当帧率大于刷新频率时，帧率就会被迫跟刷新频率保持同步，从而避免了“tearing”现象。

注意：通常来说，帧率大于刷新频率只是一种理想的状况，在超过 60fps 的情况下，GPU所产生的帧数据会因为等待 VSYNC 的刷新信息而被Hold住，这样能够保持每次刷新都有实际的新的数据可以显示。但是我们遇到更多的情况是帧率小于刷新频率。

当 VSync 信号发出时，如果 GPU/CPU 正在生产帧数据，此时不会发生复制操作。屏幕进入下一个刷新周期时，从 Frame Buffer 中取出的是“老”数据，而非正在产生的帧数据，即：两个刷新周期显示的是同一帧数据，这就是发生了所谓的“掉帧”现象（Dropped Frame 或 Jank）。

3、三重缓存（Triple Buffer）

上述双重缓存的缺陷在于：当 CPU/GPU 绘制一帧的时间超过 16.67 ms (1/60s) 时，会产生 Jank。更要命的是，产生 Jank 的那一帧的显示期间，GPU/CPU 都是在闲置的。于是就有了三重缓存：

三重缓存工作原理，与双重缓存类似，只是多了一个 Back Buffer。
注意：第三个缓存并不是总是存在的，只要当需要的时候才会创建。之所以这样，是因为三重缓存会显著增加用户输入到显示的延迟时间。

三、SurfaceFlinger

1、SurfaceFlinger 启动流程
SurfaceFlinger 自身拥有独立进程，由 init 进程启动，如下：

#frameworks/native/services/surfaceflinger/surfaceflinger.rcservice surfaceflinger /system/bin/surfaceflingerclass core animationuser systemgroup graphics drmrpc readproconrestart restart zygote    // 挂掉后会重启 Zygotewritepid /dev/stune/foreground/tasks...

然后执行 main_surfaceflinger 对应的 main() 函数，如下：

#frameworks/native/services/surfaceflinger/main_surfaceflinger.cpp
int main(int, char**) {...// 限制binder线程池中线程数最多不超过4,加上主线程一个5个ProcessState::self()->setThreadPoolMaxThreadCount(4);// 启动线程池sp<ProcessState> ps(ProcessState::self());ps->startThreadPool();// 创建SurfaceFlinger，执行SF::onFirstRef，最终调用MessageQueue.cpp::init()方法创建Handler、Loopersp<SurfaceFlinger> flinger = DisplayUtils::getInstance()->getSFInstance();
...// 客户端连接前的一系列初始化操作，包括：初始化DispSyncSource，以及EventThread（有两个：mEventThread对应app，mSFEventThread对应SurfaceFlinger），并初始化显示设备。flinger->init();
...// surfaceFlinger 执行主线程的run()方法，waitForEvent等消息，接受invalidate消息，并开始对应工作流。flinger->run();return 0;
}

到这里，从主线程上看，SurfaceFlinger进程就已经启动了。

2、SurfaceFlinger 处理 VSync 信号
VSync 信号的产生有两种来源，一种是硬件，一种是软件模拟，目前基本都是硬件产生的，硬件源就是 HWComposer，它属于HAL（硬件抽象层）的类，主要就是把硬件 VSync 信号传递到上层来。VSync 的分发流程如下：

VSync 信号的主要作用：同步应用层的视图绘制任务和 Native层的视图合成任务。整个过程如下：

（1）VSync产生：HWComposer 作为硬件 VSync 信号。
（2）VSync处理：周期性地唤醒 DipsSyncThread 产生虚拟化的 VSync 信号。
（3）VSync注册与回调：EventThread 负责注册 App、SurfaceFlinger 的 VSync 请求和分发 DipsSyncThread 产生的虚拟化 VSync 信号到 App、SurfaceFlinger。
总结：VSync 信号原则就是：App、SurfaceFlinger 按需请求，按请求分发。

四、App、SurfaceFlinger 的 VSync 信号的请求与接收过程

App 的注册和回调都是通过 Choreographer，它主要负责：input、animation、traversals。
1、App 端
（1）请求 vsync-app：
Choreographer postCallback 发起 vsync 请求，最终调用 FrameDisplayEventReceiver#scheduleVsync，然后进入 native 层，执行 DisplayEventReceiver::requestNextVsync()，最终通过一个 BpDisplayEventConnection 来发起 requestNextVsync 操作。
该过程简单理解为：为客户端和底层建立了一个 connection 连接，通过这个 connection，向 EventThread 注册一个 callback：
（2）接收 vsync-app：
DipsSyncThread 周期性转发 vsync 给 EventThread 上注册的 callback，经过层层回调，App端最终通过 FrameDisplayEventReceiver#onVsync 来接收回调，但不是立即执行，而是通过 Handler.sendMessagerAtTime 加入消息池等待调度。调度到了执行其 run() 方法，走 doFrame 回调流程，如下：
2、SurfaceFlinger 端
（1）请求 vsync-sf：
触发请求 vsync 位置在 SurfaceFlinger.cpp 中的两个方法：

// 事务变化（如：增加window，window大小变化等）
void SurfaceFlinger::signalTransaction() {mEventQueue.invalidate();
}// layer发生变化，主要发生在queueBuffer的时候
void SurfaceFlinger::signalLayerUpdate() {mEventQueue.invalidate();
}

另外还有一个 refresh 方法，表示需要刷新屏幕，一般为处理完事务后，发现需要重新绘制的时候触发该方法：

void surfaceFlinger::signalRefresh() {mEventQueue.refresh();
}

MessageQueue 执行 invalidate 最终还是建立 connection，向 EventThread 注册一个 callback：

void MessageQueue::invalidate() {mEvents->requestNextVsync();
}

总结：SurfaceFlinger 触发请求 vsync 请求的触发点比较分散，简言之，页面变化引起重绘的地方，就会触发 vsync 请求。

（2）接收 vsync-sf：
EventThread 传递 Invalidate 消息给 SurfaceFlinger 主线程 run() 方法 waitForEvent 来执行：

附录：
（1）VSync 机制的详细说明

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