ArkUI中的线程和看门狗机制

吴文璐 2023-03-28 原文

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一、前言

本文主要分析ArkUI中涉及的线程和看门狗机制。

二、ArkUI中的线程

应用Ability首次创建界面的流程大致如下：

说明：
• AceContainer是一个容器类，由前端、任务执行器、资源管理器、渲染管线、视图等聚合而成，提供了生命周期对接、功能调度接口和UI渲染的各项能力。
• Ability在FA模型中实际为AceAbility，和AceContainer容器类搭配管理界面。在AceAbility的生命周期函数AceAbility::OnStart(const Want& want)中创建AceContainer实例。
• 对于Stage模型，在UIContentImpl::CommonInitialize()函数中创建AceContainer实例。
AceContainer在构造函数中创建任务执行器，用于执行ArkUI相关任务。

void AceContainer::InitializeTask()
{
    auto flutterTaskExecutor = Referenced::MakeRefPtr<FlutterTaskExecutor>();
    flutterTaskExecutor->InitPlatformThread(useCurrentEventRunner_);
    taskExecutor_ = flutterTaskExecutor;
    // No need to create JS Thread for DECLARATIVE_JS
    if (type_ == FrontendType::DECLARATIVE_JS) {
        GetSettings().useUIAsJSThread = true;
    } else {
        flutterTaskExecutor->InitJsThread();
    }
}

任务有如下几种类型，每种类型(BACKGROUND任务除外)的任务会由一个fml::TaskRunner去执行。TaskRunner代码在三方库third_party\flutter\engine\flutter\common\task_runners.h中，实现原理和EventRunner，EventHandler机制相似。

enum class TaskType : uint32_t {
        PLATFORM = 0,
        UI,
        IO,
        GPU,
        JS,
        BACKGROUND,
        UNKNOWN,
    };

FlutterTaskExecutor类图如下：

说明：
• 任务执行器可以用于执行异步(PostTask)和同步(PostSyncTask)任务。
• 异步任务：把任务丢给指定类型的线程处理，不会阻塞当前线程。
• 同步任务：把任务丢给指定类型的线程处理并阻塞当前线程，直到任务执行完后继续当前线程。
• 比如触摸事件的处理，会以异步任务的形式被丢到UI线程中处理。

auto&& touchEventCallback = [context = pipelineContext_, id = instanceId_](
                                    const TouchEvent& event, const std::function<void()>& markProcess) {
        ContainerScope scope(id);
        context->GetTaskExecutor()->PostTask(
            [context, event, markProcess]() {
                context->OnTouchEvent(event);
                CHECK_NULL_VOID_NOLOG(markProcess);
                markProcess();
            },
            TaskExecutor::TaskType::UI);
    };

三、各种类型的TaskRunner如何初始化？

1、platformRunner_

在InitPlatformThread函数中初始化。

void FlutterTaskExecutor::InitPlatformThread(bool useCurrentEventRunner)
{
#ifdef OHOS_STANDARD_SYSTEM
    platformRunner_ = flutter::PlatformTaskRunner::CurrentTaskRunner(useCurrentEventRunner);
#else
    fml::MessageLoop::EnsureInitializedForCurrentThread();
    platformRunner_ = fml::MessageLoop::GetCurrent().GetTaskRunner();
#endif

    FillTaskTypeTable(TaskType::PLATFORM);
}

对于标准OHOS，platformRunner_实际为
flutter::PlatformTaskRunner::CurrentTaskRunner(useCurrentEventRunner)
看下具体实现：

fml::RefPtr<fml::TaskRunner> PlatformTaskRunner::CurrentTaskRunner(bool useCurrentEventRunner)
{
    return PlatformTaskRunnerAdapter::CurrentTaskRunner(useCurrentEventRunner);
}

fml::RefPtr<fml::TaskRunner> PlatformTaskRunnerAdapter::CurrentTaskRunner(bool useCurrentEventRunner)
{
    if (useCurrentEventRunner) {
        return fml::MakeRefCounted<PlatformTaskRunnerAdapter>(useCurrentEventRunner);
    }
    if (taskRunner_) {
        return taskRunner_;
    }
    taskRunner_ = fml::MakeRefCounted<PlatformTaskRunnerAdapter>(useCurrentEventRunner);
    return taskRunner_;
}

说明：
platformRunner实际类型为PlatformTaskRunnerAdapter。
PlatformTaskRunnerAdapter继承自fml::TaskRunner，实现了virtual void PostTask(fml::closure task)等接口函数。实际是在EventRunner，EventHandler机制基础上又做了层封装。代码中useCurrentEventRunner实参为false。意味着platformRunner实际是把任务丢给主线程去做的。(MainEventRunner对应的线程为主线程，MainEventRunner的初始化在Ability框架MainThread::Start()函数中)

PlatformTaskRunnerAdapter::PlatformTaskRunnerAdapter(bool useCurrentEventRunner)
    : fml::TaskRunner(nullptr)
{
    if (useCurrentEventRunner) {
        eventRunner_ = OHOS::AppExecFwk::EventRunner::Current();
    } else {
        eventRunner_ = OHOS::AppExecFwk::EventRunner::GetMainEventRunner();
    }
    eventHandler_ = std::make_shared<OHOS::AppExecFwk::EventHandler>(eventRunner_);
}

void PlatformTaskRunnerAdapter::PostTask(fml::closure task)
{
    eventHandler_->PostTask(std::move(task));
}

2、uiRunner, ioRunner, gpuRunner_

这三种类型的TaskRunner初始化都在FlutterTaskExecutor::InitOtherThreads函数中。

void FlutterTaskExecutor::InitOtherThreads(const flutter::TaskRunners& taskRunners)
{
    uiRunner_ = taskRunners.GetUITaskRunner();
    ioRunner_ = taskRunners.GetIOTaskRunner();
#ifdef NG_BUILD
    gpuRunner_ = taskRunners.GetRasterTaskRunner();
#else
    gpuRunner_ = taskRunners.GetGPUTaskRunner();
#endif

    //...此处省略若干行
}

FlutterTaskExecutor::InitOtherThreads函数的参数 taskRunners从哪来？
FlutterAceView::CreateView()函数中会初始化一些配置项，然后创建flutter::OhosShellHolder对象。

FlutterAceView* FlutterAceView::CreateView(int32_t instanceId, bool useCurrentEventRunner, bool usePlatformThread)
{
    FlutterAceView* aceSurface = new Platform::FlutterAceView(instanceId);
    if (aceSurface != nullptr) {
        aceSurface->IncRefCount();
    }
    flutter::Settings settings;
    settings.instanceId = instanceId;
    settings.platform = flutter::AcePlatform::ACE_PLATFORM_OHOS;
#ifndef GPU_DISABLED
    settings.enable_software_rendering = false;
#else
    settings.enable_software_rendering = true;
#endif
#ifdef ENABLE_ROSEN_BACKEND
    settings.use_system_render_thread = SystemProperties::GetRosenBackendEnabled();
#endif
    settings.platform_as_ui_thread = usePlatformThread;
    settings.use_current_event_runner = useCurrentEventRunner;
    // ...此处省略若干行
    auto shell_holder = std::make_unique<flutter::OhosShellHolder>(settings, false);
    if (aceSurface != nullptr) {
        aceSurface->SetShellHolder(std::move(shell_holder));
    }
    return aceSurface;
}

OhosShellHolder构造函数中会根据传入的参数创建flutter::TaskRunners。

OhosShellHolder::OhosShellHolder(
    flutter::Settings settings,
    bool is_background_view)
    : settings_(std::move(settings))
{
  // ...此处省略若干行
  // The current thread will be used as the platform thread. Ensure that the
  // message loop is initialized.
  fml::MessageLoop::EnsureInitializedForCurrentThread();
  fml::RefPtr<fml::TaskRunner> gpu_runner;
  fml::RefPtr<fml::TaskRunner> ui_runner;
  fml::RefPtr<fml::TaskRunner> io_runner;
  fml::RefPtr<fml::TaskRunner> platform_runner =
    PlatformTaskRunnerAdapter::CurrentTaskRunner(settings_.use_current_event_runner);
  if (is_background_view) {
    auto single_task_runner = thread_host_.ui_thread->GetTaskRunner();
    gpu_runner = single_task_runner;
    ui_runner = single_task_runner;
    io_runner = single_task_runner;
  } else {
    if (settings_.platform_as_ui_thread) {
      ui_runner = platform_runner;
    } else {
      ui_runner = thread_host_.ui_thread->GetTaskRunner();
    }
    if (!settings_.use_system_render_thread) {
      gpu_runner = thread_host_.gpu_thread->GetTaskRunner();
    } else {
      gpu_runner = ui_runner;
    }
    if (settings_.use_io_thread) {
      io_runner = thread_host_.io_thread->GetTaskRunner();
    } else {
      io_runner = ui_runner;
    }
  }
  flutter::TaskRunners task_runners(thread_label,     // label
                                    platform_runner,  // platform
                                    gpu_runner,       // gpu
                                    ui_runner,        // ui
                                    io_runner         // io
  );

说明：
目前OHOS上，配置的参数如下：

对照上面的代码段，实际gpu_runner，ui_runner，io_runner是同一个，任务都在UI线程执行。
另外对于Stage模型，ui_runner和platform_runner又是同一个，所以对Stage模型来说，TaskType::UI，TaskType::IO，TaskType::GPU，TaskType::PLATFORM类型的任务实际都是由主线程来执行的。

3、jsRunner_

初始化在FlutterTaskExecutor::InitJsThread(bool newThread)函数中。

void FlutterTaskExecutor::InitJsThread(bool newThread)
{
    if (newThread) {
        jsThread_ = std::make_unique<fml::Thread>(GenJsThreadName());
        jsRunner_ = jsThread_->GetTaskRunner();
    } else {
        jsRunner_ = uiRunner_;
    }

    PostTaskToTaskRunner(
        jsRunner_, [weak = AceType::WeakClaim(this)] { FillTaskTypeTable(weak, TaskType::JS); }, 0);
}

说明：
对于声明式前端，newThread参数为false; JS前端为true。所以声明式前端JS线程实际为UI线程;而对于JS前端，会起独立的JS线程来处理JS相关的任务。

4、TaskType::BACKGROUND类型的任务如何执行？

TaskType::BACKGROUND类型的任务会由单例BackgroundTaskExecutor去执行。
BackgroundTaskExecutor中维护了一个8个线程的线程池，用来处理后台耗时操作。线程名以"ace.bg."开头。比如RosenFontLoader在加载网络字体的时候，下载操作会放到后台任务线程里去做。

void RosenFontLoader::LoadFromNetwork(const OHOS::Ace::RefPtr<OHOS::Ace::PipelineBase>& context)
{
    auto weakContext = AceType::WeakClaim(AceType::RawPtr(context));
    context->GetTaskExecutor()->PostTask(
        [weak = AceType::WeakClaim(this), weakContext] {
            auto fontLoader = weak.Upgrade();
            auto context = weakContext.Upgrade();
            if (!fontLoader || !context) {
                return;
            }
            std::vector<uint8_t> fontData;
            if (!DownloadManager::GetInstance().Download(fontLoader->familySrc_, fontData) || fontData.empty()) {
                return;
            }
            //...此处省略若干行
        },
        TaskExecutor::TaskType::BACKGROUND);
}

综上：

在ArkUI中，会为每个带界面的Ability创建一个AceContainer,每个AceContainer中会创建一个FlutterTaskExecutor用于处理该Ability ArkUI相关的任务。根据不同的模型，ArkUI创建出来的线程会有所不同：
• 对于Stage模型的应用，ui线程复用了主线程，并且Stage模型应用目前都是声明式前端，导致js线程又复用了ui线程。所以ArkUI只需另外创建名字以“ace.bg.”开头的八个后台任务线程。
• 对于FA模型的应用，除了八个后台任务线程，根据Ability的数量会创建若干个名字以“.ui”结尾的线程。如果是JS前端，还会创建若干个名字以“jsThread-”开头的线程。

四、ArkUI中的看门狗

AceEngine是单例，全局唯一。AceEngine的构造函数中会创建WatchDog实例。对于FA模型的应用，AceContainer::AttachView()函数中通过调用
AceEngine::Get().RegisterToWatchDog(instanceId, taskExecutor_, GetSettings().useUIAsJSThread);

把持有的FlutterTaskExecutor注册到看门狗中看护。
看门狗只看护FlutterTaskExecutor中的UI线程和JS线程。Stage模型的应用由于UI线程和JS线程实际是复用的主线程，所以不需要在ArkUI中看护。Ability框架中有看门狗专门看护主线程。如果线程中有任务处理超过了3s，会上报RawEventType::WARNING对应的系统事件给hiview插件平台；如果任务处理超过了5s，会上报RawEventType::FREEZE对应的系统事件给hiview插件平台，hiview插件平台会生成appfreeze的dump文件。
为了防止主线程和ui线程卡住引起appfreeze，做应用开发的时候，不要在Ability生命周期函数或者控件点击事件等回调函数中做耗时操作。