异步消息与 VSYNC

本文回答一个具体问题：一条 Android Message 为什么能穿过同步屏障，Handler.createAsync() 与手动 Message.setAsynchronous(true) 到底改变了哪一层，以及 Choreographer 的 VSYNC 消息为什么选择在投递点设置异步标志。

建议先阅读 MessageQueue 同步屏障 和 Handler消息发送。前者说明屏障如何扫描异步消息，后者说明 Handler 如何把消息写入队列。本文限定 Android 17 的 Java Message、Handler、LegacyMessageQueue 和 Choreographer；Combined 队列的内部堆/栈结构不在本文展开。

1. 标志定义

源码文件：frameworks/base/core/java/android/os/Message.java

异步不是“在线程池执行”，也不是“无需等待”。它是 Message.flags 中的一个位，语义是“不受同步屏障约束”：

/*package*/ static final int FLAG_ASYNCHRONOUS = 1 << 1;

public boolean isAsynchronous() {
    return (flags & FLAG_ASYNCHRONOUS) != 0;
}

public void setAsynchronous(boolean async) {
    if (async) {
        flags |= FLAG_ASYNCHRONOUS;
    } else {
        flags &= ~FLAG_ASYNCHRONOUS;
    }
}

这个标志跟随 Message 实例，而不是跟随 Looper 全局状态。同步消息和异步消息仍在同一个 MessageQueue、同一个 Looper 线程中执行；差异只在队头是屏障时，next() 是否允许扫描并交付它。

2. 屏障读取

源码文件：frameworks/base/core/java/android/os/LegacyMessageQueue/MessageQueue.java

Message prevMsg = null;
Message msg = mMessages;
if (msg != null && msg.target == null) {
    do {
        prevMsg = msg;
        msg = msg.next;
    } while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
}

队头不是屏障时，next() 仍按普通时间顺序读取；队头是屏障时，它跳过屏障后的同步消息，寻找第一条异步消息。找到后，消息仍须满足 now >= msg.when 才能交付，所以异步并不取消时间约束。

异步消息之间仍按 when 顺序交付；它只是相对于同步消息获得了屏障穿透资格，并不获得独立优先级队列。

3. 单条设置

源码文件：frameworks/base/core/java/android/os/Message.java

调用方可以只改变一条消息：

Message msg = handler.obtainMessage(MSG_FRAME);
msg.setAsynchronous(true);
handler.sendMessageAtTime(msg, timestamp);

setAsynchronous(false) 也会清除该位。它不检查 Message 是否已经入队，也不唤醒 MessageQueue；真正的入队和 wake 仍由 Handler/MessageQueue 完成。调用者必须在发送前设置，避免把已经交付或正在复用的 Message 当作可变全局状态。

4. Handler传播

源码文件：frameworks/base/core/java/android/os/Handler.java

Handler 的异步策略保存在 mAsynchronous：

private boolean enqueueMessage(@NonNull MessageQueue queue,
        @NonNull Message msg, long uptimeMillis) {
    msg.target = this;
    msg.workSourceUid = ThreadLocalWorkSource.getUid();

    if (mAsynchronous) {
        msg.setAsynchronous(true);
    }
    return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}

因此一个异步 Handler 会在每次 sendMessage、post 或 Runnable 包装消息入队时设置异步位。该策略不会清除调用者已经设置的异步位；同步 Handler 也不会自动把显式异步消息改回同步。

5. 工厂契约

源码文件：frameworks/base/core/java/android/os/Handler.java

public static Handler createAsync(@NonNull Looper looper) {
    if (looper == null) throw new NullPointerException("looper must not be null");
    return new Handler(looper, null, true);
}

public static Handler createAsync(@NonNull Looper looper,
        @NonNull Callback callback) {
    if (looper == null) throw new NullPointerException("looper must not be null");
    if (callback == null) throw new NullPointerException("callback must not be null");
    return new Handler(looper, callback, true);
}

createAsync() 的保证是“该 Handler 发送的消息都按异步策略入队”，不是“消息立即执行”。它仍受同一 Looper 的已在执行回调、消息 when 和其他异步消息顺序影响。源码注释还明确：同一个异步 Handler 的消息彼此有序，但不保证与其他 Handler 的消息保持全局顺序。

6. 入队唤醒

源码文件：frameworks/base/core/java/android/os/LegacyMessageQueue/MessageQueue.java

屏障存在且 Looper 正在阻塞时，异步消息可能成为第一条可交付工作：

boolean needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();

if (when >= mLast.when) {
    needWake = needWake && mAsyncMessageCount == 0;
} else {
    for (;;) {
        prev = p;
        p = p.next;
        if (p == null || when < p.when) {
            break;
        }
        if (needWake && p.isAsynchronous()) {
            needWake = false;
        }
    }
}

if (needWake) {
    nativeWake(mPtr);
}

mAsyncMessageCount 只帮助判断尾插时是否已有更早异步消息；中间插入还要沿时间顺序检查。异步位因此同时影响两个位置：next() 的穿透扫描，以及 enqueueMessage() 在屏障等待期间的 wake 判断。

7. 帧消息

源码文件：frameworks/base/core/java/android/view/Choreographer.java

Choreographer 使用普通 mHandler，但在不同投递点显式设置异步：

Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_SCHEDULE_VSYNC);
msg.setAsynchronous(true);
mHandler.sendMessageAtFrontOfQueue(msg);

没有 VSYNC 的路径也把 MSG_DO_FRAME 标成异步；延迟 callback 调度消息 MSG_DO_SCHEDULE_CALLBACK 同样如此。这样同一个 Handler 可以承载多个消息类型，同时由每条消息决定是否穿透屏障，而不把整个 Handler 变成异步。

8. VSYNC消息

源码文件：frameworks/base/core/java/android/view/Choreographer.java

显示事件回调收到 VSYNC 后，把自身包装成异步 Message：

Message msg = Message.obtain(mHandler, this);
msg.setAsynchronous(true);
mHandler.sendMessageAtTime(msg,
        timestampNanos / TimeUtils.NANOS_PER_MS);

FrameDisplayEventReceiver 的 run() 随后调用 doFrame()。这里的异步标志不是让 VSYNC 在另一个线程执行；它确保消息可以回到 UI Looper，并在 traversal barrier 存在时被 next() 找到。

9. Traversal关系

源码文件：frameworks/base/core/java/android/view/ViewRootImpl.java

ViewRootImpl 是屏障的所有者，Choreographer 是异步帧消息的生产者：

void scheduleTraversals() {
    if (!mTraversalScheduled) {
        mTraversalScheduled = true;
        postTraversalBarrier();
        mChoreographer.postVsyncCallback(
                Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalCallback);
    }
}

void doTraversal(long frameTimeNanos) {
    if (mTraversalScheduled) {
        mTraversalScheduled = false;
        removeTraversalBarrier();
        performTraversals(frameTimeNanos);
    }
}

所以“异步 VSYNC 消息穿透屏障”只完成到达 doTraversal() 前的队列步骤；doTraversal() 仍要删除 barrier，随后被阻挡的同步消息才恢复。异步标记不能代替 barrier 的生命周期清理。

10. Handler选择

源码文件：frameworks/base/core/java/android/view/Choreographer.java

Choreographer 选择“普通 Handler + 单条异步 Message”，而不是 Handler.createAsync()，原因可以从调用点观察：同一个 mHandler 处理 MSG_DO_FRAME、MSG_DO_SCHEDULE_VSYNC、延迟 callback 和其他内部任务；只有需要绕过屏障的投递点显式设置异步。

这两种设计的差异如下：

方案	标志写入位置	影响范围
Message.setAsynchronous(true)	单条消息发送前	只有该消息穿透屏障
Handler.createAsync()	Handler 统一入队函数	该 Handler 的所有消息

不能从“VSYNC 使用异步消息”推导“Choreographer 的 Handler 是异步 Handler”。源码字段和构造路径表明它们是两个不同层次的选择。

11. 普通消息顺序

源码文件：frameworks/base/core/java/android/os/Message.java

Message 的公开注释明确提醒：异步消息可以相对于同步消息乱序，但异步消息彼此仍按顺序交付。示例队列：

[barrier, sync-A(when=10), async-B(when=20), sync-C(when=30)]

屏障在队头且 B 到期时，B 可以先交付；A 和 C 仍等待屏障移除。屏障移除后，队列恢复按 when 处理剩余同步消息。异步不是“插到队头”，而是改变屏障扫描的可见集合。

12. 框架其他调用

源码文件：frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java

ActivityThread 的内部发送辅助方法对特定 dump/查询消息显式设置异步：

private void sendMessage(int what, Object obj, int arg1,
        int arg2, boolean async) {
    Message msg = Message.obtain();
    msg.what = what;
    msg.obj = obj;
    msg.arg1 = arg1;
    msg.arg2 = arg2;
    if (async) {
        msg.setAsynchronous(true);
    }
    mH.sendMessage(msg);
}

这说明异步标记不仅服务 VSYNC；它也可用于框架明确声明“不应被同步屏障挡住”的特定操作。但是否异步必须由调用者的顺序契约决定，不能把它当作通用加速开关。

13. 读取测试

源码文件：frameworks/base/core/tests/coretests/src/android/os/MessageQueueTest.java

当前固定源码中的核心队列测试重点覆盖 token reset 和队列清理；异步穿透的主行为由 LegacyMessageQueue.next() 与 Handler 实现共同承担，不能把普通 MessageQueueTest 的 reset 断言说成完整的 VSYNC 测试。

源码文件：frameworks/base/core/tests/coretests/src/android/os/PowerManagerTest.java

PowerManager 测试使用 Handler.createAsync(Looper.getMainLooper()) 作为测试依赖，验证的是调用方能获得异步 Handler，并不证明屏障下的执行时序。测试阅读时必须区分“工厂返回对象”和“消息确实穿透屏障”这两个命题。

14. 源码验证

rg -n "FLAG_ASYNCHRONOUS|isAsynchronous|setAsynchronous" \
  frameworks/base/core/java/android/os/Message.java \
  frameworks/base/core/java/android/os/LegacyMessageQueue/MessageQueue.java

rg -n "createAsync|mAsynchronous|setAsynchronous" \
  frameworks/base/core/java/android/os/Handler.java

rg -n "setAsynchronous\(true\)|MSG_DO_FRAME|MSG_DO_SCHEDULE_VSYNC|FrameDisplayEventReceiver" \
  frameworks/base/core/java/android/view/Choreographer.java

rg -n "postTraversalBarrier|removeTraversalBarrier|scheduleTraversals|doTraversal" \
  frameworks/base/core/java/android/view/ViewRootImpl.java

复述主线时应能区分：标志写入者是谁、屏障读取者是谁、真正执行者是谁、屏障所有者是谁；并能解释为什么把 mHandler 改成 createAsync() 会改变比 VSYNC 更多的消息。

15. 适用范围

本文覆盖 Android 17 Java Message、Handler、Legacy MessageQueue、ViewRootImpl 和 Choreographer 的异步消息主线。它不声称异步消息拥有独立线程、固定优先级或实时执行保证，也不展开 CombinedMessageQueue 的内部队列算法、输入事件全部路径和下一篇 async 工厂专题之外的 API 兼容问题。