本文是 Android Systrace 系列文章的第六篇,主要是对 Systrace 中的 Input 进行简单介绍,介绍其 Input 的流程;Systrace 中 Input 信息的体现 ,以及如何结合 Input 信息,分析与 Input 相关的问题
本系列的目的是通过 Systrace 这个工具,从另外一个角度来看待 Android 系统整体的运行,同时也从另外一个角度来对 Framework 进行学习。也许你看了很多讲 Framework 的文章,但是总是记不住代码,或者不清楚其运行的流程,也许从 Systrace 这个图形化的角度,你可以理解的更深入一些。
在Android 基于 Choreographer 的渲染机制详解 这篇文章中,我有讲到,Android App 的主线程运行的本质是靠 Message 驱动的,这个 Message 可以是循环动画、可以是定时任务、可以是其他线程唤醒,不过我们最常见的还是 Input Message ,这里的 Input 是以 InputReader 这里的分类,不仅包含触摸事件(Down、Up、Move) , 可包含 Key 事件(Home Key 、 Back Key) . 这里我们着重讲的是「触摸事件」
由于 Android 系统在 Input 链上加了一些 Trace 点,且这些 Trace 点也比较完善,部分厂家可能会自己加一些,不过我们这里以标准的 Trace 点来讲解,这样不至于你换了个手机抓的 Trace 就不一样了
Input 在 Android 中的地位是很高的,我们在玩手机的时候,大部分应用的滑动、跳转这些都依靠 Input 事件来驱动,后续我会专门写一篇文章,来介绍 Android 中基于 Input 的运行机制。这里是从 Systrace 的角度来看 Input 。看下面的流程之前,脑子里先有个关于 Input 的大概处理流程,这样看的时候,就可以代入:
「另外在看 Systrace 的时候,要牢记 Systrace 中时间是从左到右流逝的,也就是说如果你在 Systrace 上画一条竖直线,那么竖直线左边的事件永远比右边的事件先发生,这也是我们分析源码流程的一个基石。我希望大家在看基于 Systrace 的源码流程分析之后,脑子里有一个图形化的、立体的流程图,你跟的代码走到哪一步了在图形你在脑中可以快速定位出来」
下面这张图是一个概览图,以滑动桌面为例 (「滑动桌面包括一个 Input_Down 事件 + 若干个 Input_Move 事件 + 一个 Input_Up 事件,这些事件和事件流都会在 Systrace 上有所体现,这也是我们分析 Systrace 的一个重要的切入点」),主要牵扯到的模块是 SystemServer 和 App 模块,其中用蓝色标识的是事件的流动信息,红色的是辅助信息。
滑动桌面的事件流
「InputReader」 和 「InputDispatcher」 是跑在 SystemServer 里面的两个 Native 线程,负责读取和分发 Input 事件,我们分析 Systrace 的 Input 事件流,首先是找到这里。下面针对上图中标号进行简单说明
下面以第一个 Input_Down 事件的处理流程来进行详细的工作流说明,其他的 Move 事件和 Up 事件的处理是一样的(部分不一样,不过影响不大)
放大 SystemServer 的部分,可以看到其工作流(蓝色),「滑动桌面包括 Input_Down + 若干个 Input_Move + Input_Up ,我们这里看的是 Input_Down 这个事件」
Input In SystemServer
应用在收到 Input 事件后,有时候会马上去处理 (没有 Vsync 的情况下),有时候会等 Vsync 信号来了之后去处理,这里 Input_Down 事件就是直接去唤醒主线程做处理,其 Systrace 比较简单,最上面有个 Input 事件队列,主线程则是简单的处理
Input In App
Pending Queue
主线程处理 Input 事件这个大家比较熟悉,从下面的调用栈可以看到,Input 事件传到了 ViewRootImpl,最终到了 DecorView ,然后就是大家熟悉的 Input 事件分发机制
Input Trace
从上面的 Systrace 来看,Input 事件的基本流向如下:
通过上面的流程,一次 Input 事件就被消耗掉了(当然这只是正常情况,还有很多异常情况、细节处理,这里就不细说了,自己看相关流程的时候可以深挖一下) , 那么本节就从上面的关键流中取几个重要的知识点讲解(部分流程和图参考和拷贝了 Gityuan 的博客的图,链接在最下面「参考」那一节)
InputReader 是一个 Native 线程,跑在 SystemServer 进程里面,其核心功能是从 EventHub 读取事件、进行加工、将加工好的事件发送到 InputDispatcher
InputReader Loop 流程如下
核心代码 loopOnce 处理流程如下:
loopOnce 处理流程,图片来自 Gityuan 博客InputReader 核心 Loop 函数 loopOnce 逻辑如下
void InputReader::loopOnce() {
int32_t oldGeneration;
int32_t timeoutMillis;
bool inputDevicesChanged = false;
std::vector<InputDeviceInfo> inputDevices;
{ // acquire lock
......
//获取输入事件、设备增删事件,count 为事件数量
size_t count = mEventHub ->getEvents(timeoutMillis, mEventBuffer, EVENT_BUFFER_SIZE);
{
......
if (count) {//处理事件
processEventsLocked(mEventBuffer, count);
}
}
......
mQueuedListener->flush();//将事件传到 InputDispatcher,这里getListener 得到的就是 InputDispatcher
}
上面的 InputReader 调用 mQueuedListener->flush 之后 ,将 Input 事件加入到InputDispatcher 的 mInboundQueue ,然后唤醒 InputDispatcher , 从 Systrace 的唤醒信息那里也可以看到 InputDispatch 线程是被 InputReader 唤醒的
InputDispatcher
InputDispatcher 的核心逻辑如下:
Input Dispatcher 流程, 图片来自 Gityuan 博客
其核心处理逻辑在 dispatchOnceInnerLocked 这里
void InputDispatcher::dispatchOnceInnerLocked(nsecs_t* nextWakeupTime) {
// Ready to start a new event.
// If we don't already have a pending event, go grab one.
if (! mPendingEvent) {
if (mInboundQueue.isEmpty()) {
} else {
// Inbound queue has at least one entry.
mPendingEvent = mInboundQueue.dequeueAtHead();
traceInboundQueueLengthLocked();
}
// Poke user activity for this event.
if (mPendingEvent->policyFlags & POLICY_FLAG_PASS_TO_USER) {
pokeUserActivityLocked(mPendingEvent);
}
// Get ready to dispatch the event.
resetANRTimeoutsLocked();
}
case EventEntry::TYPE_MOTION: {
done = dispatchMotionLocked(currentTime, typedEntry,
&dropReason, nextWakeupTime);
break;
}
if (done) {
if (dropReason != DROP_REASON_NOT_DROPPED) {
dropInboundEventLocked(mPendingEvent, dropReason);
}
mLastDropReason = dropReason;
releasePendingEventLocked();
*nextWakeupTime = LONG_LONG_MIN; // force next poll to wake up immediately
}
}
InputDispatcher 执行 notifyKey 的时候,会将 Input 事件封装后放到 InboundQueue 中,后续 InputDispatcher 循环处理 Input 事件的时候,就是从 InboundQueue 取出事件然后做处理
InboundQueue
Outbound 意思是出站,这里的 OutboundQueue 指的是要被 App 拿去处理的事件队列,每一个 App(Connection) 都对应有一个 OutboundQueue ,从 InboundQueue 那一节的图来看,事件会先进入 InboundQueue ,然后被 InputDIspatcher 派发到各个 App 的 OutboundQueue
OutboundQueue
当 InputDispatcher 将 Input 事件分发出去之后,将 DispatchEntry 从 outboundQueue 中取出来放到 WaitQueue 中,当 publish 出去的事件被处理完成(finished),InputManagerService 就会从应用中得到一个回复,此时就会取出 WaitQueue 中的事件,从 Systrace 中看就是对应 App 的 WaitQueue 减少
如果主线程发生卡顿,那么 Input 事件没有及时被消耗,也会在 WaitQueue 这里体现出来,如下图:
WaitQueue
图来自 Gityuan 博客
整体逻辑
Input 的刷新取决于触摸屏的采样,目前比较多的屏幕采样率是 120Hz 和 160Hz (不过随着目前屏幕刷新率的提升, Input 的采样率已经到了 180Hz 或者 240Hz) ,对应就是 8ms 采样一次或者 6.25ms 采样一次,我们来看一下其在 Systrace 上的展示
Input 与 Vsync
可以看到上图中, InputReader 每隔 6.25ms 就可以读上来一个数据,交给 InputDispatcher 去分发给 App ,那么是不是屏幕采样率越高越好呢?也不一定,比如上面那张图,虽然 InputReader 每隔 6.25ms 就可以读上来一个数据给 InputDispatcher 去分发给 App ,但是从 WaitQueue 的表现来看,应用并没有消耗这个 Input 事件,这是为什么呢?
原因在于应用消耗 Input 事件的时机是 Vsync 信号来了之后,刷新率为 60Hz 的屏幕,一般系统也是 60 fps ,也就是说两个 Vsync 的间隔在 16.6ms ,这期间如果有两个或者三个 Input 事件,那么必然有一个或者两个要被抛弃掉,只拿最新的那个。也就是说:
Dumpsys Input 主要是 Debug 用,我们也可以来看一下其中的一些关键信息,到时候遇到了问题也可以从这里面找 , 其命令如下:
adb shell dumpsys input
其中的输出比较多,我们终点截取 Device 信息、InputReader、InputDispatcher 三段来看就可以了
主要是目前连接上的 Device 信息,下面摘取的是 touch 相关的
3: main_touch
Classes: 0x00000015
Path: /dev/input/event6
Enabled: true
Descriptor: 4055b8a032ccf50ef66dbe2ff99f3b2474e9eab5
Location: main_touch/input0
ControllerNumber: 0
UniqueId:
Identifier: bus=0x0000, vendor=0xbeef, product=0xdead, version=0x28bb
KeyLayoutFile: /system/usr/keylayout/main_touch.kl
KeyCharacterMapFile: /system/usr/keychars/Generic.kcm
ConfigurationFile:
HaveKeyboardLayoutOverlay: false
InputReader 这里就是当前 Input 事件的一些展示
Device 3: main_touch
Generation: 24
IsExternal: false
HasMic: false
Sources: 0x00005103
KeyboardType: 1
Motion Ranges:
X: source=0x00005002, min=0.000, max=1079.000, flat=0.000, fuzz=0.000, resolution=0.000
Y: source=0x00005002, min=0.000, max=2231.000, flat=0.000, fuzz=0.000, resolution=0.000
PRESSURE: source=0x00005002, min=0.000, max=1.000, flat=0.000, fuzz=0.000, resolution=0.000
SIZE: source=0x00005002, min=0.000, max=1.000, flat=0.000, fuzz=0.000, resolution=0.000
TOUCH_MAJOR: source=0x00005002, min=0.000, max=2479.561, flat=0.000, fuzz=0.000, resolution=0.000
TOUCH_MINOR: source=0x00005002, min=0.000, max=2479.561, flat=0.000, fuzz=0.000, resolution=0.000
TOOL_MAJOR: source=0x00005002, min=0.000, max=2479.561, flat=0.000, fuzz=0.000, resolution=0.000
TOOL_MINOR: source=0x00005002, min=0.000, max=2479.561, flat=0.000, fuzz=0.000, resolution=0.000
Keyboard Input Mapper:
Parameters:
HasAssociatedDisplay: false
OrientationAware: false
HandlesKeyRepeat: false
KeyboardType: 1
Orientation: 0
KeyDowns: 0 keys currently down
MetaState: 0x0
DownTime: 521271703875000
Touch Input Mapper (mode - direct):
Parameters:
GestureMode: multi-touch
DeviceType: touchScreen
AssociatedDisplay: hasAssociatedDisplay=true, isExternal=false, displayId=''
OrientationAware: true
Raw Touch Axes:
X: min=0, max=1080, flat=0, fuzz=0, resolution=0
Y: min=0, max=2232, flat=0, fuzz=0, resolution=0
Pressure: min=0, max=127, flat=0, fuzz=0, resolution=0
TouchMajor: min=0, max=512, flat=0, fuzz=0, resolution=0
TouchMinor: unknown range
ToolMajor: unknown range
ToolMinor: unknown range
Orientation: unknown range
Distance: unknown range
TiltX: unknown range
TiltY: unknown range
TrackingId: min=0, max=65535, flat=0, fuzz=0, resolution=0
Slot: min=0, max=20, flat=0, fuzz=0, resolution=0
Calibration:
touch.size.calibration: geometric
touch.pressure.calibration: physical
touch.orientation.calibration: none
touch.distance.calibration: none
touch.coverage.calibration: none
Affine Transformation:
X scale: 1.000
X ymix: 0.000
X offset: 0.000
Y xmix: 0.000
Y scale: 1.000
Y offset: 0.000
Viewport: displayId=0, orientation=0, logicalFrame=[0, 0, 1080, 2232], physicalFrame=[0, 0, 1080, 2232], deviceSize=[1080, 2232]
SurfaceWidth: 1080px
SurfaceHeight: 2232px
SurfaceLeft: 0
SurfaceTop: 0
PhysicalWidth: 1080px
PhysicalHeight: 2232px
PhysicalLeft: 0
PhysicalTop: 0
SurfaceOrientation: 0
Translation and Scaling Factors:
XTranslate: 0.000
YTranslate: 0.000
XScale: 0.999
YScale: 1.000
XPrecision: 1.001
YPrecision: 1.000
GeometricScale: 0.999
PressureScale: 0.008
SizeScale: 0.002
OrientationScale: 0.000
DistanceScale: 0.000
HaveTilt: false
TiltXCenter: 0.000
TiltXScale: 0.000
TiltYCenter: 0.000
TiltYScale: 0.000
Last Raw Button State: 0x00000000
Last Raw Touch: pointerCount=1
[0]: id=0, x=660, y=1338, pressure=44, touchMajor=44, touchMinor=44, toolMajor=0, toolMinor=0, orientation=0, tiltX=0, tiltY=0, distance=0, toolType=1, isHovering=false
Last Cooked Button State: 0x00000000
Last Cooked Touch: pointerCount=1
[0]: id=0, x=659.389, y=1337.401, pressure=0.346, touchMajor=43.970, touchMinor=43.970, toolMajor=43.970, toolMinor=43.970, orientation=0.000, tilt=0.000, distance=0.000, toolType=1, isHovering=false
Stylus Fusion:
ExternalStylusConnected: false
External Stylus ID: -1
External Stylus Data Timeout: 9223372036854775807
External Stylus State:
When: 9223372036854775807
Pressure: 0.000000
Button State: 0x00000000
Tool Type: 0
InputDispatch 这里的重要信息主要包括
Input Dispatcher State:
DispatchEnabled: 1
DispatchFrozen: 0
FocusedApplication: name='AppWindowToken{ac6ec28 token=Token{a38a4b ActivityRecord{7230f1a u0 com.meizu.flyme.launcher/.Launcher t13}}}', dispatchingTimeout=5000.000ms
FocusedWindow: name='Window{3c007ad u0 com.meizu.flyme.launcher/com.meizu.flyme.launcher.Launcher}'
TouchStatesByDisplay:
0: down=true, split=true, deviceId=3, source=0x00005002
Windows:
0: name='Window{3c007ad u0 com.meizu.flyme.launcher/com.meizu.flyme.launcher.Launcher}', pointerIds=0x80000000, targetFlags=0x105
1: name='Window{8cb8f7 u0 com.android.systemui.ImageWallpaper}', pointerIds=0x0, targetFlags=0x4102
Windows:
2: name='Window{ba2fc6b u0 NavigationBar}', displayId=0, paused=false, hasFocus=false, hasWallpaper=false, visible=true, canReceiveKeys=false, flags=0x21840068, type=0x000007e3, layer=0, frame=[0,2136][1080,2232], scale=1.000000, touchableRegion=[0,2136][1080,2232], inputFeatures=0x00000000, ownerPid=26514, ownerUid=10033, dispatchingTimeout=5000.000ms
3: name='Window{72b7776 u0 StatusBar}', displayId=0, paused=false, hasFocus=false, hasWallpaper=false, visible=true, canReceiveKeys=false, flags=0x81840048, type=0x000007d0, layer=0, frame=[0,0][1080,84], scale=1.000000, touchableRegion=[0,0][1080,84], inputFeatures=0x00000000, ownerPid=26514, ownerUid=10033, dispatchingTimeout=5000.000ms
9: name='Window{3c007ad u0 com.meizu.flyme.launcher/com.meizu.flyme.launcher.Launcher}', displayId=0, paused=false, hasFocus=true, hasWallpaper=true, visible=true, canReceiveKeys=true, flags=0x81910120, type=0x00000001, layer=0, frame=[0,0][1080,2232], scale=1.000000, touchableRegion=[0,0][1080,2232], inputFeatures=0x00000000, ownerPid=27619, ownerUid=10021, dispatchingTimeout=5000.000ms
MonitoringChannels:
0: 'WindowManager (server)'
RecentQueue: length=10
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12: channelName='3c007ad com.meizu.flyme.launcher/com.meizu.flyme.launcher.Launcher (server)', windowName='Window{3c007ad u0 com.meizu.flyme.launcher/com.meizu.flyme.launcher.Launcher}', status=NORMAL, monitor=false, inputPublisherBlocked=false
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WaitQueue: length=3
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AppSwitch: not pending
Configuration:
KeyRepeatDelay: 50.0ms
KeyRepeatTimeout: 500.0ms
本文部分图文参考和拷贝自下面几篇文章,同时下面几篇文章讲解了 Input 流程的细节部分,推荐大家在看完这篇文章后,如果对代码细节感兴趣,可以仔细研读下面这几篇非常棒的文章。
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