上文我们提到，窗口绘图表面进行绘制的时候，会在画布上（非硬件加速如Canvas）的一个图形缓冲区中，然后SurfaceFlinger通过OpenGL图像块API来将这个图形缓冲区渲染到帧缓冲区中。我们对这个过程用图形来进行抽象分析。如下图，上层为生产，下层为消费，每一层有buffer为数据载体。其中，上层的buffer我们称为图形缓冲区、下层的buffer为帧缓冲区。
下层的帧缓冲区如下，显示屏上的内容是从帧缓冲区读取的，读取的属性从buffer的起始地址开始，从上往下读取，从左往右扫描整个buffer，将内容映射到显示屏上。若只在一个buffer中进行合成和读取，实际上这个buffer可能就不是包含当前帧的内容，因此，需要一个帧用于读取，一个帧用于合成，所以如下我们所说的双缓冲。前缓冲区为显示内容到屏幕的缓冲区，后缓冲区用于合成下个图形的帧缓冲区。实际上当如下所示的前置缓冲区渲染到屏幕之后，后缓冲区已经合成了，显示屏准备显示下一屏的时候，后帧缓冲区变为前缓冲区，前缓冲区变为后缓冲区。
前后更替进行渲染是在理想情况下进行的，既当前帧显示完毕，后一帧合成完毕是处于理想的状态下，实际上，可能后缓冲区合成还没开始或没合成完毕或合成很快，导致正在显示的一帧含有其他的，这样就造成看起来丢帧或撕裂（显示多帧）。这种情况和两个帧率有关。一个为HZ（屏幕刷新率），一个为FPS（系统帧率速率）。其中HZ和屏幕相关，一般我们常说的1秒展示60帧，既60HZ，既大概16ms刷新一帧，而FPS代表1秒内的合成帧数。那么这样我就可以知道了，若HZ>FPS，那么就会导致到屏幕一直刷新的仍然是相同的帧数，给人的感觉就是静止了一会儿，既卡顿；若HZ<FPS, 则合成的速率过快，缓冲区有限，导致把钱缓冲区的数据给后面的帧数据覆盖，造成一个屏幕有多帧的想象，造成撕裂。如何解决两个速率同步问题？
VSYNC——垂直同步，解决帧同步问题。当屏幕从缓冲区扫完一帧到屏幕上之后，开始扫下一秒之前，发出一个同步信号，该信号用来切换前缓冲区和后缓冲区。实际上，屏幕的速率是固定的，HZ固定，因此，需要配合的是FPS，既系统硬件需要配合，怎么配合呢？就是通过VSYNC来实现两者同步。
在分析垂直同步之前，先分析下SurfaceFlinger的作用——图形合成者。我们从上面的图中可以看出，SurfaceFlinger是上层的消费者，下层的生产者，其实一个服务。和众多AMS、WMS服务类似，在System_server启动的时候启动。
如上图所示，上层应用程序我们看到的包括导航栏，通知栏、悬浮窗以及微信界面，都会对应到SurfaceFlinger一个个Surface对象，上层会进行绘制到Surface的Layer上，如下图所示
SurfaceFlinger将多个Surface进行合成之后放到后缓冲区，然后等待屏幕读取展示。那么Surface的内容从哪里来呢？结合上图微信界面和上文中分析的Activity启动的时候会进行窗口绘制表面绘制的分析，我们知道，所有内容在画布(画板)Canvas绘制之后（绘制到Surface（图层）中，对应SurfaceFlinger的Surface的Layer对象上）就会被SurfaceFlinger服务消费然后合成到帧缓冲区中。如下图所示，多个surface对应多个Buffer Queue（下面会讲到），每个surface都会产生buffer，多个surface最终经过SurfaceFlinger进入到硬件合成形成最终的画面。
我们在第一个图中已看到，生产者的数据也是以buffer为载体，那么对应的Surface实际上是一个多缓冲区，对应BufferQueue。那么第一个图的关系再继续深入之后就如下图所示：
Surface内部提供一个BufferQueue，应用程序的绘图表面为上层，图形的提供者，既生产者（Producer），而消费者（Comsumer）既为SurfaceFlinger，用于合成生产者生产的图形数据。
其状态变化过程如下：
从BufferQueue转移到上层（Free->Dequeued），上层绘制完成回到BufferQueue中（Dequeued -> Queued）, 接着SurfaceFlinger拿去合成（Queued -> Acquired），合成完成又放回队列中（Acquired -> Free）。
我们分析了生产者和消费者的模型、以及潜在的存在卡顿或裂屏的情况存在，那么Android系统解决这一问题的过程是怎样的呢？
在分析解决过程的时候，以硬件处理来分析，我们先区分哪些是在CPU中进行的，哪些又是在GPU进行的。在CPU进行的有包括应用窗口图形测量，应用窗口图形布局以及应用窗口图形绘制、纹理和多边形生产，发送纹理和多边形到GPU；而GPU主要是将CPU生产的纹理和多边形进行栅格化以及合成操作。
Android4.1之前，在绘制的时候没有加入垂直同步，只是在前缓冲区和后缓冲区切换的时候加入的情况下，如下图
我们知道，有生产有消费，一般是希望两者保持一个平衡状态，一方不能太快，而另一方太慢的情况。若像上图没在上层既生产端也加入垂直同步的话，那么可能存在如下图的问题：
从上图我看出，在第0帧的时候，上层CPU开始产生第一帧的纹理，计算完成交给GPU进行栅格化合成，于是在第1个VSync信号到来时，屏幕正确显示第1帧，在下一个VSync到来之前，CPU开始处理第2帧的纹理，但是在第2个VSync到来的时候，GPU还没栅格化合成第2帧，因此，屏幕智能继续展示第1帧，这样就造成卡顿的想象发生。
因为上层不知道垂直同步信号什么时候发出，导致CPU本来可以提前在合适的实际进行绘制的也没进行，导致后面GPU合成没有在下一个垂直同步到来之前合成完成。因此，谷歌在4.1系统上绘制也加上了垂直同步，既生产和消费保持一个同步状态，如下所示：
那么这个是如何进行垂直同步的呢，这个时候，我们就要搬出我们在很多很多中间件（如性能上报这种中间件）需要用到的一个类——Choreographer。该类实现了我们需要的VSync垂直同步，主要是向SurfaceFlinger注册一个VSync信号接收器DisplayEventReceiver，同时在Choreographer的CallbackQueue中注册有需要同步信号的组件（如ViewRoot, ViewRootImpl）, 收到这个信号之后CallbackQueue对应的组件就开始执行刷新操作，进而开始绘制，完成绘制同步的操作。这样，加上垂直同步的相关帧表现情况如下图：
从第0帧开始，CPU开始处理第1帧的纹理，处理完成之后GPU进行合成，在第1帧到来时候，显示屏显示第1帧，接着同步的CPU可以开始处理第2帧的纹理，GPU在CPU处理完成之后栅格化合成，在第2个垂直同步信号到来的时候，显示屏可以展示第2帧。
然而上面的情况是理想情况，如果发生下图所示的情况，那么仍然会出现丢帧卡顿的情况。
如上图，若CPU绘制纹理完成而GPU没能在下一个VSync信号到来的时候完成合成，那么就存在在下一个16.6ms中展示新的一帧，此时仍然展示的前缓冲区的帧数据, 本来在下一个VSync到来之后，CPU也要开始进行绘制纹理的，因为没有多余的缓冲区可以用于操作，所以CPU只能空闲，在下下个VSync信号到来的时候，前面绘制的帧数据已经合成，可以被显示屏展示了，此时前置缓冲区就变成后置缓冲区，从而CPU就可以有缓冲区进行绘制处理了。
出现上面的问题是因为只有两个缓冲区，从而导致CPU还空闲了一段时间，假设在第一个VSync信号到来的时候有多余的缓冲区，那么CPU就可以同步进行，然后为GPU争取更多的时间去合成，从而避免影响后面接着卡顿的情况发生。因此就有了三缓冲区，如下图。
SurfaceFlinger占据一个缓冲区，GPU合成的时候占据一个缓冲区，此时第一个VSync信号到来的时候，会发生一次卡顿，然而CPU可以利用第三个缓冲区进行纹理绘制，从而加速GPU可以第一时间进行合成操作。减少后面发生卡顿的情况的发生。
