[Android] Toast問題深度剖析(二)

阿新 • • 發佈：2018-02-13

實踐 ostc 將在離開 ica 代碼 etime edr 不同

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作者： QQ音樂技術團隊

題記

Toast 作為 Android 系統中最常用的類之一，由於其方便的api設計和簡潔的交互體驗，被我們所廣泛采用。但是，伴隨著我們開發的深入，Toast 的問題也逐漸暴露出來。本系列文章將分成兩篇: 第一篇，我們將分析 Toast 所帶來的問題第二篇，將提供解決 Toast 問題的解決方案 (註:本文源碼基於Android 7.0)

1.回顧

上一篇 [[Android] Toast問題深度剖析(一)] 筆者解釋了:

Toast 系統如何構建窗口（通過系統服務NotificationManager來生成系統窗口）

Toast 異常出現的原因（系統調用 Toast的時序紊亂）

而本篇的重點，在於解決我們第一章所說的 Toast 問題。

2.解決思路

基於第一篇的知識，我們知道，Toast 的窗口屬於系統窗口，它的生成和生命周期依賴於系統服務 NotificationManager。一旦 NotificationManager 所管理的窗口生命周期跟我們本地的進程不一致，就會發生異常。那麽，我們能不能不使用系統的窗口，而使用自己的窗口，並且由我們自己控制生命周期呢？事實上， SnackBar 就是這樣的方案。不過，如果不使用系統類型的窗口，就意味著你的Toast 界面，無法在其他應用之上顯示。(比如，我們經常看到的一個場景就是你在你的應用出調用了多次 Toast.show

函數，然後退回到桌面，結果發現桌面也會彈出 Toast，就是因為系統的 Toast 使用了系統窗口，具有高的層級)不過在某些版本的手機上，你的應用可以申請權限，往系統中添加 TYPE_SYSTEM_ALERT 窗口，這也是一種系統窗口，經常用來作為浮層顯示在所有應用程序之上。不過，這種方式需要申請權限，並不能做到讓所有版本的系統都能正常使用。如果我們從體驗的角度來看，當用戶離開了該進程，就不應該彈出另外一個進程的 Toast 提示去幹擾用戶的。Android 系統似乎也意識到了這一點，在新版本的系統更新中，限制了很多在桌面提示窗口相關的權限。所以，從體驗上考慮，這個情況並不屬於問題。

“那麽我們可以選擇哪些窗口的類型呢？”

使用子窗口: 在 Android 進程內，我們可以直接使用類型為子窗口類型的窗口。在 Android 代碼中的直接應用是 PopupWindow 或者是 Dialog 。這當然可以，不過這種窗口依賴於它的宿主窗口，它可用的條件是你的宿主窗口可用
采用 View 系統: 使用 View 系統去模擬一個 Toast 窗口行為，做起來不僅方便，而且能更加快速的實現動畫效果，我們的 SnackBar 就是采用這套方案。這也是我們今天重點講的方案

“如果采用 View 系統方案，那麽我要往哪個控件中添加我的 Toast 控件呢？”

在Android進程中，我們所有的可視操作都依賴於一個 Activity 。 Activity 提供上下文(Context)和視圖窗口(Window) 對象。我們通過 Activity.setContentView 方法所傳遞的任何 View對象都將被視圖窗口( Window) 中的 DecorView 所裝飾。而在 DecorView 的子節點中，有一個 id 為 android.R.id.content 的 FrameLayout 節點(後面簡稱 content 節點) 是用來容納我們所傳遞進去的 View 對象。一般情況下，這個節點占據了除了通知欄的所有區域。這就特別適合用來作為 Toast 的父控件節點。

“我什麽時機往這個content節點中添加合適呢？這個 content 節點什麽時候被初始化呢？”

根據不同的需求，你可能會關註以下兩個時機:

Content 節點生成
Content 內容顯示

實際我們只需要將我們的 Toast 添加到 Content 節點中，只要滿足第一條即可。如果你是為了完成性能檢測，測量或者其他目的，那麽你可能更關心第二條。那麽什麽情況下 Content 節點生成呢？剛才我們說了，Content 節點包含在我們的 DecorView 控件中，而 DecorView 是由 Activity 的 Window對象所持有的控件。Window 在 Android 中的實現類是 PhoneWindow，(這部分代碼有興趣可以自行閱讀) 我們來看下源碼:

//code PhoneWindow.java
@Override
    public void setContentView(int layoutResID) {
        if (mContentParent == null) { //mContentParent就是我們的 content 節點
            installDecor();//生成一個DecorView
        } else {
            mContentParent.removeAllViews();
        }
        mLayoutInflater.inflate(layoutResID， mContentParent);
        final Callback cb = getCallback();
        if (cb != null && !isDestroyed()) {
            cb.onContentChanged();
        }
    }

PhoneWindow 對象通過 installDecor 函數生成 DecorView 和我們所需要的 content 節點(最終會存到 mContentParent) 變量中去。但是， setContentView 函數需要我們主動調用，如果我並沒有調用這個 setContentView 函數，installDecor 方法將不被調用。那麽，有沒有某個時刻，content 節點是必然生成的呢？當然有，除了在 setContentView 函數中調用installDecor外，還有一個函數也調用到了這個，那就是:

//code PhoneWindow.java
@Override
    public final View getDecorView() {
        if (mDecor == null) {
            installDecor();
        }
        return mDecor;
}

而這個函數，將在 Activity.findViewById 的時候調用:

//code Activity.java
public View findViewById(@IdRes int id) {
        return getWindow().findViewById(id);
}
//code Window.java
public View findViewById(@IdRes int id) {
        return getDecorView().findViewById(id);
}

因此，只要我們只要調用了 findViewById 函數，一樣可以保證 content 被正常初始化。這樣我們解釋了第一個”就緒”(Content 節點生成)。我們再來看下第二個”就緒”，也就是 Android 界面什麽時候顯示呢？相信你可能迫不及待的回答不是 onResume 回調的時候麽？實際上，在 onResume 的時候，根本還沒處理跟界面相關的事情。我們來看下 Android 進程是如何處理 resume 消息的: (註: AcitivityThread 是 Android 進程的入口類， Android 進程處理 resume 相關消息將會調用到 AcitivityThread.handleResumeActivity 函數)

//code AcitivityThread.java
void handleResumeActivity(...) {
    ...
    ActivityClientRecord r = performResumeActivity(token， clearHide);
    // 之後會調用call onResume
    ...
    View decor = r.window.getDecorView();
    //調用getDecorView 生成 content節點
    decor.setVisibility(View.INVISIBLE);
    ....
    if (r.activity.mVisibleFromClient) {
       r.activity.makeVisible();//add to WM 管理
    }
    ...
}
//code Activity.java
  void makeVisible() {
        if (!mWindowAdded) {
            ViewManager wm = getWindowManager();
            wm.addView(mDecor， getWindow().getAttributes());
            mWindowAdded = true;
        }
        mDecor.setVisibility(View.VISIBLE);
    }

Android 進程在處理 resume 消息的時候，將走以下的流程:

調用 performResumeActivity 回調 Activity 的 onResume 函數
調用 Window 的 getDecorView 生成 DecorView 對象和 content 節點
將DecorView納入 WindowManager (進程內服務)的管理
調用 Activity.makeVisible 顯示當前 Activity

按照上述的流程，在 Activity.onResume 回調之後，才將控件納入本地服務 WindowManager 的管理中。也就是說， Activity.onResume 根本沒有顯示任何東西。我們不妨寫個代碼驗證一下:

//code DemoActivity.java

public DemoActivity extends Activity {
   private View view ;

    @Override
    protected void onCreate( Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        view = new View(this);
        this.setContentView(view);
    }
    @Override
    protected void onResume() {
        super.onResume();
        Log.d("cdw"，"onResume :" +view.getHeight());// 有高度是顯示的必要條件
    }
}

這裏，我們通過在 onResume 中獲取高度的方式驗證界面是否被繪制，最終我們將輸出日誌:

D cdw     : onResume :0

那麽，界面又是在什麽時候完成的繪制呢？是不是在 WindowManager.addView 之後呢？我們在 onResume之後會調用Activity.makeVisible，裏面會調用 WindowManager.addView。因此我們在onResume 裏post一個消息就可以檢測WindowManager.addView 之後的情況：

@Override
    protected void onResume() {
        super.onResume();
        this.runOnUiThread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Log.d("cdw"，"onResume :" +view.getHeight());
            }
        });
}

//控制臺輸出:
01-02 21:30:27.445  2562  2562 D cdw     : onResume :0

從結果上看，我們在 WindowManager.addView 之後，也並沒有繪制界面。那麽，Android的繪制是什麽時候開始的?又是到什麽時候結束?

在 Android 系統中，每一次的繪制都是通過一個 16ms 左右的 VSYNC 信號控制的，這種信號可能來自於硬件也可能來自於軟件模擬。每一次非動畫的繪制，都包含：測量，布局，繪制三個函數。而一般觸發這一事件的的動作有:

View 的某些屬性的變更
View 重新布局Layout
增刪 View 節點

當調用 WindowManager.addView 將空間添加到 WM 服務管理的時候，會調用一次Layout請求，這就觸發了一次 VSYNC 繪制。因此，我們只需要在 onResume 裏 post 一個幀回調就可以檢測繪制開始的時間:

技術分享圖片

 @Override
    protected void onResume() {
        super.onResume();
        Choreographer.getInstance().postFrameCallback(new Choreographer.FrameCallback() {
            @Override
            public void doFrame(long frameTimeNanos) {
                //TODO 繪制開始
            }
        });
    }

我們先來看下 View.requestLayout 是怎麽觸發界面重新繪制的:

//code View.java
public void requestLayout() {
        ....
        if (mParent != null) {
            ...
            if (!mParent.isLayoutRequested()) {
                mParent.requestLayout();
            }
        }
    }

View 對象調用 requestLayout 的時候會委托給自己的父節點處理，這裏之所以不稱為父控件而是父節點，是因為除了控件外，還有 ViewRootImpl 這個非控件類型作為父節點，而這個父節點會作為整個控件樹的根節點。按照我們上面說的委托的機制，requestLayout 最終將會調用到 ViewRootImpl.requestLayout。

//code ViewRootImpl.java
@Override
    public void requestLayout() {
        if (!mHandlingLayoutInLayoutRequest) {
            checkThread();
            mLayoutRequested = true;
            scheduleTraversals();//申請繪制請求
        }
    }

    void scheduleTraversals() {
        if (!mTraversalScheduled) {
            mTraversalScheduled = true;
            ....
            mChoreographer.postCallback(
                    Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL， mTraversalRunnable， null);//申請繪制
            ....
        }
    }

ViewRootImpl 最終會將 mTraversalRunnable 處理命令放到 CALLBACK_TRAVERSAL 繪制隊列中去:

final class TraversalRunnable implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            doTraversal();//執行布局和繪制
        }
}

void doTraversal() {
        if (mTraversalScheduled) {
            mTraversalScheduled = false;
            ...
            performTraversals();
            ...
        }
    }

mTraversalRunnable 命令最終會調用到 performTraversals() 函數:

private void performTraversals() {
    final View host = mView;
    ...
    host.dispatchAttachedToWindow(mAttachInfo， 0);//attachWindow
    ...
    getRunQueue().executeActions(attachInfo.mHandler);//執行某個指令
    ...
    childWidthMeasureSpec = getRootMeasureSpec(desiredWindowWidth， lp.width);
    childHeightMeasureSpec = getRootMeasureSpec(desiredWindowHeight， lp.height);
    host.measure(childWidthMeasureSpec， childHeightMeasureSpec);//測量
    ....
    host.layout(0， 0， host.getMeasuredWidth()， host.getMeasuredHeight());//布局
    ...
    draw(fullRedrawNeeded);//繪制
    ...
}

performTraversals 函數實現了以下流程:

調用 dispatchAttachedToWindow 通知子控件樹當前控件被 attach 到窗口中
執行一個命令隊列 getRunQueue
執行 meausre 測量指令
執行 layout 布局函數
執行繪制 draw

這裏我們看到一句方法調用:

getRunQueue().executeActions(attachInfo.mHandler);

這個函數將執行一個延時的命令隊列，在 View 對象被 attach 到 View樹之前，通過調用 View.post 函數，可以將執行消息命令加入到延時執行隊列中去:

//code View.java
public boolean post(Runnable action) {
        Handler handler;
        AttachInfo attachInfo = mAttachInfo;
        if (attachInfo != null) {
            handler = attachInfo.mHandler;
        } else {
            // Assume that post will succeed later
            ViewRootImpl.getRunQueue().post(action);
            return true;
        }
        return handler.post(action);
}

getRunQueue().executeActions 函數執行的時候，會將該命令消息延後一個UI線程消息執行，這就保證了執行的這個命令消息發生在我們的繪制之後:

//code RunQueue.java
 void executeActions(Handler handler) {
            synchronized (mActions) {
                ...
                for (int i = 0; i < count; i++) {
                    final HandlerAction handlerAction = actions.get(i);
                    handler.postDelayed(handlerAction.action， handlerAction.delay);//推遲一個消息
                }
            }
        }

所以，我們只需要在視圖被 attach 之前通過一個 View 來拋出一個命令消息，就可以檢測視圖繪制結束的時間點:

//code DemoActivity.java
 @Override
    protected void onResume() {
        super.onResume();
        Choreographer.getInstance().postFrameCallback(new Choreographer.FrameCallback() {
            @Override
            public void doFrame(long frameTimeNanos) {
                start = SystemClock.uptimeMillis();
                log("繪制開始:height = "+view.getHeight());
            }
        });
    }

    @Override
    protected void onCreate( Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);

        view = new View(this);
        view.post(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                log("繪制耗時:"+(SystemClock.uptimeMillis()-start)+"ms");
                log("繪制結束後:height = "+view.getHeight());
            }
        });
        this.setContentView(view);
    }
//控制臺輸出:
01-03 23:39:27.251 27069 27069 D cdw     : --->繪制開始:height = 0
01-03 23:39:27.295 27069 27069 D cdw     : --->繪制耗時:44ms
01-03 23:39:27.295 27069 27069 D cdw     : --->繪制結束後:height = 1232

我們帶著我們上面的知識儲備，來看下SnackBar是如何做的呢:

3.Snackbar

技術分享圖片

SnackBar 系統主要依賴於兩個類：

SnackBar 作為門面，與業務程序交互
SnackBarManager 作為時序管理器， SnackBar 與 SnackBarManager 的交互，通過 Callback 回調對象進行

SnackBarManager 的時序管理跟 NotifycationManager 的很類似不再贅述

SnackBar 通過靜態方法 make 靜態構造一個 SnackBar:

public static Snackbar make(@NonNull View view， @NonNull CharSequence text，
            @Duration int duration) {
        Snackbar snackbar = new Snackbar(findSuitableParent(view));
        snackbar.setText(text);
        snackbar.setDuration(duration);
        return snackbar;
    }

這裏有一個關鍵函數 findSuitableParent ，這個函數的目的就相當於我們上面的 findViewById(R.id.content) 一樣，給 SnackBar 所定義的 Toast 控件找一個合適的容器:

private static ViewGroup findSuitableParent(View view) {
        ViewGroup fallback = null;
        do {
            if (view instanceof CoordinatorLayout) {
                return (ViewGroup) view;
            } else if (view instanceof FrameLayout) {
                if (view.getId() == android.R.id.content) {//把 `Content` 節點作為容器
                    ...
                    return (ViewGroup) view;
                } else {
                    // It‘s not the content view but we‘ll use it as our fallback
                    fallback = (ViewGroup) view;
                }
            }
            ...
        } while (view != null);

        // If we reach here then we didn‘t find a CoL or a suitable content view so we‘ll fallback
        return fallback;
    }

我們發現，除了包含 CoordinatorLayout 控件的情況，默認情況下， SnackBar 也是找的 Content 節點。找到的這個父節點，作為 Snackbar 構造器的形參:

private Snackbar(ViewGroup parent) {
        mTargetParent = parent;
        mContext = parent.getContext();
        ...
        LayoutInflater inflater = LayoutInflater.from(mContext);
        mView = (SnackbarLayout) inflater.inflate(
                R.layout.design_layout_snackbar， mTargetParent， false);
        ...
    }

Snackbar 將生成一個 SnackbarLayout 控件作為 Toast 控件。最後當時序控制器 SnackBarManager 回調返回的時候，通知 SnackBar 顯示，即將 SnackBar.mView 增加到 mTargetParent 控件中去。

這裏有人或許會有疑問，這裏使用強引用，會不會造成一段時間內的內存泄漏呢？假如你現在彈了 10 個 Toast ，每個 Toast 的顯示時間是 2s 。也就是說你的最後一個 SnackBar 將被 SnackBarManager 持有至少 20s。而 SnackBar 中又存在有父控件 mTargetParent 的強引用。相當於在這20s內，你的mTargetParent 和它所持有的 Context (一般是 Activity)無法釋放

這個其實是不會的，原因在於 SnackBarManager 在管理這種回調 callback 的時候，采用了弱引用。

private static class SnackbarRecord {
        final WeakReference<Callback> callback;
    ....
}

但是，我們從 SnackBar 的設計可以看出，SnackBar無法定制具體的樣式: SnackBar 只能生成 SnackBarLayout 這種控件和布局，可能並不滿足你的業務需求。當然你也可以變更 SnackBarLayout 也能達到目的。不過，有了上面的知識儲備，我們完全可以寫一個自己的 Snackbar。

4.基於Toast的改法

從第一篇文章我們知道，我們直接在 Toast.show 函數外增加 try-catch 是沒有意義的。因為 Toast.show 實際上只是發了一條命令給 NotificationManager 服務。真正的顯示需要等 NotificationManager 通知我們的 TN 對象 show 的時候才能觸發。NotificationManager 通知給 TN 對象的消息，都會被 TN.mHandler 這個內部對象進行處理

//code Toast.java

private static class TN {

    final Runnable mHide = new Runnable() {// 通過 mHandler.post(mHide) 執行
            @Override
            public void run() {
                handleHide();
                mNextView = null;
            }
        };

    final Handler mHandler = new Handler() {
                @Override
                public void handleMessage(Message msg) {
                    IBinder token = (IBinder) msg.obj;
                    handleShow(token);// 處理 show 消息
                }
    };
}

在NotificationManager 通知給 TN 對象顯示的時候，TN 對象將給 mHandler 對象發送一條消息，並在 mHandler 的 handleMessage 函數中執行。當NotificationManager 通知 TN 對象隱藏的時候，將通過 mHandler.post(mHide) 方法，發送隱藏指令。不論采用哪種方式發送的指令，都將執行 Handler 的 dispatchMessage(Message msg) 函數:

//code Handler.java
public void dispatchMessage(Message msg) {
        if (msg.callback != null) {
            handleCallback(msg);// 執行 post(Runnable)形式的消息
        } else {
            ...
            handleMessage(msg);// 執行 sendMessage形式的消息
        }
    }

因此，我們只需要在 dispatchMessage 方法體內加入 try-catch 就可以避免 Toast 崩潰對應用程序的影響:

public void dispatchMessage(Message msg) {
    try {
        super.dispatchMessage(msg);
    } catch(Exception e) {}
}

因此，我們可以定義一個安全的 Handler 裝飾器:

private static class SafelyHandlerWarpper extends Handler {

        private Handler impl;

        public SafelyHandlerWarpper(Handler impl) {
            this.impl = impl;
        }

        @Override
        public void dispatchMessage(Message msg) {
            try {
                super.dispatchMessage(msg);
            } catch (Exception e) {}
        }

        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
            impl.handleMessage(msg);//需要委托給原Handler執行
        }
}

由於 TN.mHandler 對象復寫了 handleMessage 方法，因此，在 Handler 裝飾器裏，需要將 handleMessage 方法委托給 TN.mHandler 執行。定義完裝飾器之後，我們就可以通過反射往我們的 Toast 對象中註入了：

public class ToastUtils {

    private static Field sField_TN ;
    private static Field sField_TN_Handler ;
    static {
        try {
            sField_TN = Toast.class.getDeclaredField("mTN");
            sField_TN.setAccessible(true);
            sField_TN_Handler = sField_TN.getType().getDeclaredField("mHandler");
            sField_TN_Handler.setAccessible(true);
        } catch (Exception e) {}
    }

    private static void hook(Toast toast) {
        try {
            Object tn = sField_TN.get(toast);
            Handler preHandler = (Handler)sField_TN_Handler.get(tn);
            sField_TN_Handler.set(tn,new SafelyHandlerWarpper(preHandler));
        } catch (Exception e) {}
    }

    public static void showToast(Context context,CharSequence cs, int length) {
        Toast toast = Toast.makeText(context,cs,length);
        hook(toast);
        toast.show();
    }
}

我們再用第一章中的代碼測試一下：

public void showToast(View view) {
        ToastUtils.showToast(this,"hello", Toast.LENGTH_LONG);
        try {
            Thread.sleep(10000);
        } catch (InterruptedException e) {}
}

等 10s 之後，進程正常運行，不會因為 Toast 的問題而崩潰。

[Android] Toast問題深度剖析(二)

題記

1.回顧

2.解決思路

3.Snackbar

4.基於Toast的改法

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1.回顧

2.解決思路

3.Snackbar

4.基於Toast的改法

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