前言

今天一个朋友去面试，被问到为什么Loop 死循环而不阻塞UI线程？

为什么子线程不能更新UI？是不是子线程一定不可以更新UI？

SurfaceView是为什么可以直接子线程绘制呢？

用SurfaceView 做一个小游戏，别踩百块，so easy!

今天我们来一起讨论一下这些问题，在看下面讨论时，你需要掌握Android Handler，View 线程等基础知识。第一次看我文章的小伙伴可以关注一下我，顺便关注一下我的专栏：Android高级开发架构，每天更新各种技术干货，分享更多最热程序员圈内事。Android高级开发架构​zhuanlan.zhihu.com

单线程 异步消息的原理

我们刚开始学习移动端开发的时候，不管是Android，还是IOS，经常会听到一句话，网络请求是耗时操作，需要开一个单独的线程请求网络。

而如果最近接触过Flutter的同学，可能知道网络请求只是一个异步操作，不需要开单独的线程或者进程进行耗时请求，那这种机制是什么样的原理呢？

这里先解释一下，网络请求是一个耗时操作的确是没问题的，但是他不是一个耗CPU的操作，他仅仅是一个异步操作。那异步操作是不是可以用单线程就实现了呢？(因为他不耗CPU)

我们看一下异步消息的模型(生产者消费者模型)，如下:

那么单线程的话，怎么搞呢？其实只要一个消息不断的去读队列，如果没有消息，那就只等待状态，只要有消息进来，比如点击事件，滑动事件等，就可以直接取出消息执行。

下面我们来看一下Android里面的异步消息实现机制 Handler，主线程在APP启动(ActivityThread)的时候，就会启动消息循环，如下：

//ActivityThread 省略部分代码

public static void main(String[] args) {

AndroidOs.install();

Process.setArgV0("");

Looper.prepareMainLooper(); //Handler启动机制： Looper.prepare()

ActivityThread thread = new ActivityThread();

thread.attach(false, startSeq);

if (sMainThreadHandler == null) {

sMainThreadHandler = thread.getHandler();

}

Looper.loop();Handler启动原理： Looper.loop()

}

为什么Loop 死循环而不阻塞UI线程？

//Looper

public static void loop() {

final Looper me = myLooper();

for (;;) {

Message msg = queue.next(); // might block

if (msg == null) {

// No message indicates that the message queue is quitting.

return;

}

...

}

}

....

这个从上面的单线程异步消息模型，我们就可以知道，他不是阻塞线程了，而是只要有消息插入MessageQueue队列，就可以直接执行。

UI更新被设计成单线程(主线程或者说是UI线程)的原因

我们知道UI刷新，需要在规定时间内完成，以此带来流畅的体验。如果刷新频率是60HZ的话，需要在16ms内完成一帧的绘制，除了一些人为原因，怎么做才能达到UI刷新高效呢？

事实就是UI线程被设计成单线程访问？这样有什么好处呢？单线程访问，是不需要加锁的。

如果多个线程访问那就需要加锁，耗时会比较多，如果多线程访问不加锁，多个线程共同访问更新操作同一个UI控件时容易发生不可控的错误。

所以UI线程被设计成单线才能程访问，也是这样设计的一个伪锁。

是不是子线程一定不可以更新UI

答案是否定的，有些人可能认为SurfaceView的画布就可以在子线程中访问，这个本来就是另外的一个范畴，我们下一节讨论。

从上面一节，我们知道，UI线程被设计成单线程访问的，但是看代码，他设计只是在访问UI的时候检测线程是否是主线程。如下:

//ViewRootImpl

void checkThread() {

if (mThread != Thread.currentThread()) {

throw new CalledFromWrongThreadException(

"Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views.");

}

}

那我们可不可以绕过这个checkThread方法呢？来达到子线程访问UI，我们先看一段代码：

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

private TextView tvTest;

@Override

protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

super.onCreate(savedInstanceState);

setContentView(R.layout.activity_main);

tvTest = findViewById(R.id.tvTest);

new Thread(new Runnable() {

@Override

public void run() {

tvTest.setText("测试子线程加载");

}

}).start();

}

}

这段代码是可以直接运行成功的，并且没有任何问题，那这是是为什么呢？可能你已经猜想到这是为什么了—— 绕过了checkThread方法。

下面来分析一下原因: 访问及刷新UI，最后都会调用到ViewRootImpl，如果对ViewRootImpl还很陌生，可以现场Google。

那么直接在onCreate 启动时，ViewRootImpl肯定还没启动起来啊，不然，那刷新肯定失败，我们可以验证一下。把上面Thread 里面加一个延迟,变成这样

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

private TextView tvTest;

@Override

protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

super.onCreate(savedInstanceState);

setContentView(R.layout.activity_main);

tvTest = findViewById(R.id.tvTest);

new Thread(new Runnable() {

@Override

public void run() {

try {

Thread.sleep(500);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

tvTest.setText("测试子线程加载");

}

}).start();

}

}

运行起来直接崩溃

android.view.ViewRootImpl$CalledFromWrongThreadException: Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views.

at android.view.ViewRootImpl.checkThread(ViewRootImpl.java:7753)

at android.view.ViewRootImpl.requestLayout(ViewRootImpl.java:1225)

at android.view.View.requestLayout(View.java:23093)

at android.view.View.requestLayout(View.java:23093)

at android.view.View.requestLayout(View.java:23093)

at android.view.View.requestLayout(View.java:23093)

at android.view.View.requestLayout(View.java:23093)

at android.view.View.requestLayout(View.java:23093)

at androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout.requestLayout(ConstraintLayout.java:3172)

at android.view.View.requestLayout(View.java:23093)

at android.widget.TextView.checkForRelayout(TextView.java:8908)

at android.widget.TextView.setText(TextView.java:5730)

at android.widget.TextView.setText(TextView.java:5571)

at android.widget.TextView.setText(TextView.java:5528)

at com.ding.carshdemo.MainActivity$1.run(MainActivity.java:27)

和猜想一致，那么ViewRootImpl是什么时候被启动起来的呢？

当Activity准备好后，最终会调用到Activity中的makeVisible，并通过WindowManager添加View,代码如下

//Activity

void makeVisible() {

if (!mWindowAdded) {

ViewManager wm = getWindowManager();

wm.addView(mDecor, getWindow().getAttributes());

mWindowAdded = true;

}

mDecor.setVisibility(View.VISIBLE);

}

看一下wm addView方法

//WindowManagerImpl

public void addView(@NonNull View view, @NonNull ViewGroup.LayoutParams params) {

applyDefaultToken(params);

mGlobal.addView(view, params, mContext.getDisplay(), mParentWindow);

}

在看一下mGlobal.addView方法

//WindowManagerGlobal

public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params,

Display display, Window parentWindow) {

ViewRootImpl root;

.....

View panelParentView = null;

synchronized (mLock) {

root = new ViewRootImpl(view.getContext(), display);

view.setLayoutParams(wparams);

mViews.add(view);

mRoots.add(root);

}

...

}

终于找到了ViewRootImpl的创建。那么回到上面makeVisible是什么时候被调用到的呢？ 看Activity启动流程时，我们知道，Ativity的启动和AMS交互的代码在ActivityThread中，搜索makeVisible方法，可以看到调用地方为

//ActivityThrea

public void handleResumeActivity(IBinder token, boolean finalStateRequest, boolean isForward,

String reason) {

...

if (r.activity.mVisibleFromClient) {

r.activity.makeVisible();

}

...

}

private void updateVisibility(ActivityClientRecord r, boolean show) {

....

if (show) {

if (!r.activity.mVisibleFromServer) {

if (r.activity.mVisibleFromClient) {

r.activity.makeVisible();

}

...

}

//调用updateVisibility地方为

handleStopActivity() handleWindowVisibility() handleSendResult()

这里我们只关注ViewRootImpl创建的第一个地方，从Acitivity声明周期handleResumeActivity会被优先调用到，也就是说在handleResumeActivity启动后(OnResume)，ViewRootImpl就被创建了，这个时候，就无法在在子线程中访问UI了，上面子线程延迟了一会，handleResumeActivity已经被调用了，所以发生了崩溃。Android学习PDF+架构视频+面试文档+源码笔记​shimo.im

SurfaceView是为什么可以直接子线程绘制呢?

我们一般的View有一个Surface，并且对应SurfaceFlinger的一块内存区域。这个本地Surface和View是绑定的，他的绘制操作，最终都会调用到ViewRootImpl，那么这个就会被检查是否主线程了，所以只要在ViewRootImpl启动后，访问UI的所有操作都不可以在子线程中进行。

那SurfaceView为什么可以子线程访问他的画布呢？如下

public class MainActivity extends AppCompatActivity implements SurfaceHolder.Callback {

@Override

protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

super.onCreate(savedInstanceState);

setContentView(R.layout.activity_main);

SurfaceView surfaceView = findViewById(R.id.sv);

surfaceView.getHolder().addCallback(this);

}

@Override

public void surfaceCreated(final SurfaceHolder holder) {

new Thread(new Runnable() {

@Override

public void run() {

while (true){

Canvas canvas = holder.lockCanvas();

canvas.drawColor(Color.RED);

holder.unlockCanvasAndPost(canvas);

try {

Thread.sleep(100);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

}

}

}).start();

}

@Override

public void surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width, int height) {

}

@Override

public void surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder) {

}

}

其实查看SurfaceView的代码，可以发现他自带一个Surface

public class SurfaceView extends View implements ViewRootImpl.WindowStoppedCallback {

...

final Surface mSurface = new Surface();

...

}

在SurfaceView的updateSurface()中

protected void updateSurface() {

....

if (creating) {

//View自带Surface的创建

mSurfaceSession = new SurfaceSession(viewRoot.mSurface);

mDeferredDestroySurfaceControl = mSurfaceControl;

updateOpaqueFlag();

final String name = "SurfaceView - " + viewRoot.getTitle().toString();

mSurfaceControl = new SurfaceControlWithBackground(

name,

(mSurfaceFlags & SurfaceControl.OPAQUE) != 0,

new SurfaceControl.Builder(mSurfaceSession)

.setSize(mSurfaceWidth, mSurfaceHeight)

.setFormat(mFormat)

.setFlags(mSurfaceFlags));

}

//SurfaceView 中自带的Surface

if (creating) {

mSurface.copyFrom(mSurfaceControl);

}

....

}

SurfaceView中的mSurface也有在SurfaceFlinger对应的内存区域，这样就很容易实现子线程访问画布了。

这样设计有什么不好的地方吗？

因为这个 mSurface 不在 View 体系中，它的显示也不受 View 的属性控制，所以不能进行平移，缩放等变换，也不能放在其它 ViewGroup 中，一些 View 中的特性也无法使用。

别踩百块

我们知道SurfaceView可以在子线程中刷新画布(所称的离屏刷新)，那做一些刷新频率高的游戏，就很适合.下面我们开始撸一个前些年比较火的小游戏。

看游戏分为几个步骤，这里主要讲一下原理和关键代码(下面有完整代码地址)绘制一帧

动起来

手势交互

判断游戏是否结束

优化内存

绘制一帧

我们把一行都成一个图像，那么他有一个黑色块，和多个白色块组成. 那就可以简单抽象为：

public class Block {

private int height;

private int top;

private int random = 0; //第几个是黑色块

}

绘制逻辑

public void draw(Canvas canvas,int random){

this.random=random;

canvas.save();

for(int i=0;i

if(random == i){

blackRect=new Rect(left+i*width,top,width+width*i,top+height);

canvas.drawRect(left+i*width,top,width+width*i,top+height,mPaint);

}else if(error == i){

canvas.drawRect(left+i*width,top,width+width*i,top+height, errorPaint);

}else{

canvas.drawRect(left+i*width,top,width+width*i,top+height,mDefaultPaint);

}

}

canvas.restore();

}

那么一行的数据有了，我只需要一个List就可以绘制一屏幕的数据

//List list;

private void drawBg() {

synchronized (list) {

mCanvas.drawColor(Color.WHITE);

if (list.size() == 0) {

for (int i = 0; i <= DEAULT_HEIGHT_NUM; i++) {

addBlock(i);

}

} else {

......

}

}

}

private void addBlock(int i) {

Block blok = new Block(mContext);

blok.setTop(mHeight - (mHeight / DEAULT_HEIGHT_NUM) * i);

int random = (int) (Math.random() * DEAFAUL_LINE_NUME);

blok.draw(mCanvas, random);

list.add(blok);

}

要让其动起来

SurfaceView在不断的刷新，那么只要让List里面的数据每一行的top不断增加，下面没有数据了，直接添加到上面

//SurfaceView 新开的子线程Thread

@Override

public void run() {

isRunning=true;

while (isRunning){

draw();

}

}

private void draw() {

try {

mCanvas = mHolder.lockCanvas();

if(mCanvas !=null) {

drawBg();

// removeNotBg();

// checkGameover(-1,-1);

}

}catch (Exception e){

}finally {

mHolder.unlockCanvasAndPost(mCanvas);

}

}

private void drawBg() {

synchronized (list) {

mCanvas.drawColor(Color.WHITE);

if (list.size() == 0) {

....

} else {

for (Block block : list) {

//top 不断添加

block.setTop(block.getTop() + mSpeend);

block.draw(mCanvas, block.getRandom());

}

if (list.get(list.size() - 1).getTop() >= 0) {

Block block = new Block(mContext);

block.setTop(list.get(list.size() - 1).getTop() - (mHeight / DEAULT_HEIGHT_NUM));

int random = (int) (Math.random() * DEAFAUL_LINE_NUME);

block.draw(mCanvas, random);

//如果上面的top出去了，那下面在加一个block

list.add(block);

}

}

mCanvas.drawText(String.valueOf(count),350,mHeight/8,textPaint);

}

}

手势交互

如果用户黑块点击了,就开始游戏，如果已经开始，那么点击了正确的黑块，就绘制成灰色并加速，并检查游戏是否结束了

@Override

public boolean onTouchEvent(MotionEvent event) {

switch (event.getAction()) {

case MotionEvent.ACTION_DOWN:

if(isRunning) {

checkGameover((int) event.getX(), (int) event.getY());

}else{

count=0;

list.clear();

mSpeend=0;

thread = new Thread(this);

thread.start();

}

break;

}

return super.onTouchEvent(event);

}

绘制灰色代码见下面

判断游戏是否结束了下面到屏幕底端了，还未点击

点击错误

private boolean checkGameover(int x,int y){

synchronized (list) {

for (Block block : list) {

if(x !=-1 && y !=-1) {

if (block.getBlackRect().contains(x, y)) {

count++;

if(mSpeend == 0){

mSpeend=DensityUtils.dp2px(getContext(),10);

}else if(mSpeend <=10){

mSpeend+=DensityUtils.dp2px(getContext(),2);

}else if(count == 60){

mSpeend+=DensityUtils.dp2px(getContext(),2);

} else if(count == 100){

mSpeend+=DensityUtils.dp2px(getContext(),2);

}else if(count == 200){

mSpeend+=DensityUtils.dp2px(getContext(),1);

} else if(count == 300){

mSpeend+=DensityUtils.dp2px(getContext(),1);

} else if(count == 400){

mSpeend+=DensityUtils.dp2px(getContext(),1);

}

block.setBlcakPaint();

} else if (y > block.getTop() && y < block.getTop() + block.getHeight()) {

isRunning = false;

block.setError(x / block.getWidth());

}

}else{

if(block.getTop()+block.getHeight()-50 >=mHeight && !block.isChick()){

isRunning=false;

block.setError(block.getRandom());

}

}

}

}

return false;

}

最后优化一下内存

因为我们在不断的添加block，玩一会内存就爆了，可以学习ListView，划出屏幕后上方就移除.

private void removeNotBg() {

synchronized (list) {

for (Block block : list) {

if (block.getTop() >= mHeight) {

needRemoveList.add(block);

}

}

if(needRemoveList.size() !=0){

list.removeAll(needRemoveList);

needRemoveList.clear();

}

}

}

由于代码量比较小，直接上传到了百度云网盘，地址： http://pan.baidu.com/s/1-pSwF34O… 提取码: 2j3aAndroid学习PDF+架构视频+面试文档+源码笔记​shimo.im

总结

在Android/IOS/Flutter/Window中，都有消息循环这套机制，保证了UI高效，安全。我们作为Android开发程序员，有必要掌握。在这里还分享一份我自己收录整理的Android学习PDF+架构视频+面试文档+源码笔记，还有高级架构技术进阶脑图、Android开发面试专题资料，高级进阶架构资料帮助大家学习提升进阶，也节省大家在网上搜索资料的时间来学习，也可以分享给身边好友一起学习

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