invalidate() — その概要、再描画メカニズム、invalidate(Rect)

Androidにおけるinvalidate()とは

invalidate() はandroid.view.Viewクラスのメソッドで、ビューの視覚的表現が古くなったことをAndroidシステムに通知します。メソッドを呼び出した後、システムはビューをdirtyとしてマークし、次の画面更新サイクル（通常60 FPSで16 ms）で再描画をスケジュールします。

invalidate()メソッドにはさまざまな形式があります：パラメータなし（完全再描画）、Rectパラメータ付き（部分）、ltrbパラメータ（left, top, right, bottom）付き。すべてのバージョンは非同期で動作し、UIスレッドから呼び出す必要があります。バックグラウンドスレッドからの呼び出しにはpostInvalidate()があります。

invalidate()による再描画の仕組み

Androidの再描画メカニズムはViewRootImplに基づいています — View Hierarchyを描画用のSurfaceに接続する内部コンポーネントです。invalidate()が呼び出されると、ViewRootImplはビュー領域をdirtyとしてマークし、Choreographerを介して再描画リクエストを送信します — 画面リフレッシュレートに描画を同期するシステムサービスです。

再描画サイクル

ChoreographerはVsyncから信号を受け取り、measure、layout、drawの3段階のプロセスを開始します。ただし、invalidate()はdrawフェーズのみに影響し、requestLayout()が呼び出されない限りmeasureおよびlayoutフェーズは実行されません。これが重要な違いです：invalidate()はジオメトリを再計算しないため、requestLayout()よりも軽量です。

class CustomChartView(context: Context, attrs: AttributeSet?)
    : View(context, attrs) {

    private var dataPoints: List<Float> = emptyList()
    private val paint = Paint(Paint.ANTI_ALIAS_FLAG)

    fun updateData(newPoints: List<Float>) {
        dataPoints = newPoints
        invalidate() // 再描画リクエスト
    }

    override fun onDraw(canvas: Canvas) {
        super.onDraw(canvas)
        paint.color = Color.BLUE
        paint.strokeWidth = 4f
        paint.style = Paint.Style.STROKE

        // グラフの線を描画中
        val path = Path()
        dataPoints.forEachIndexed { index, value ->
            val x = index * width / max(dataPoints.size - 1, 1)
            val y = height - value * height
            if (index == 0) path.moveTo(x, y)
            else path.lineTo(x, y)
        }
        canvas.drawPath(path, paint)
    }
}

この例では、グラフを描画するカスタムViewがデータ更新時にinvalidate()を呼び出します。システムは階層内の他の要素に影響を与えずにこのViewのみを再描画します。onDraw()はPathを介して線を描画するためのCanvasを受け取ります。

invalidate() vs postInvalidate()

invalidate()とpostInvalidate()の主な違いはスレッドセーフティにあります。invalidate()はUIスレッド（メインスレッド）からのみ呼び出す必要があります。postInvalidate()は任意のスレッドから呼び出すことができ、Handlerを介してUIスレッドに再描画リクエストを送信します。

実際には、postInvalidate()はネットワークデータの読み込み、センサー結果の処理、バックグラウンド計算などのシナリオで使用されます。UIスレッドにいる場合は、最小レイテンシのために常にinvalidate()を使用してください。

    // UIスレッドから呼び出されました
view.invalidate()

    // バックグラウンドスレッドから呼び出されました
Thread {
    // 重い計算
    val result = performHeavyCalculation()
    runOnUiThread {
        updateUi(result)
    }
}.start()

invalidate(Rect)による部分再描画

invalidate(Rect) と invalidate(int l, int t, int r, int b) は再描画領域を制限することを可能にします。これはパフォーマンスにとって重要です：Viewの一部のみが変更される場合（カーソルの移動、インジケータの変更など）、ビュー全体を再描画する必要はありません。

システムは指定されたdirty矩形をonDraw()にcanvas.clipBoundsを介して渡します。onDraw()内でclipBoundsを確認し、その領域内でのみ描画できます。Android Canvasはdirty矩形の外側の描画を自動的にクリップします。

    // 部分更新：カーソル領域のみ
private val cursorRect = Rect()

fun moveCursorTo(newX: Int, newY: Int) {
    // 古い位置を無効化
    invalidate(cursorRect)

    cursorRect.set(newX - 5, newY - 5,
                  newX + 5, newY + 5)

    // 新しい位置を無効化
    invalidate(cursorRect)
}

部分再描画がない場合、カーソルが移動するたびにView全体が再描画され、大きなグラフでは数十ピクセルではなく数千ピクセルの再描画が必要になります。invalidate(Rect)はエディタ、描画キャンバス、アニメーションコンポーネントにとって必須のテクニックです。

invalidate() vs requestLayout(): 違いは何か

よくある間違いは、invalidate()で十分な場所でrequestLayout()を呼び出すこと、またはその逆です。違いは根本的です：invalidate()はdrawフェーズのみに影響しますが、requestLayout()は完全なmeasure → layout → drawサイクルをトリガーします。

TextViewでテキストを変更する場合、Viewのサイズが変わらないためinvalidate()で十分です。テキストが改行されて高さが増える可能性がある場合は、requestLayout()が必要です。Android Lintはパフォーマンスルールを通じてこのようなエラーの追跡を支援します。

invalidate()のパフォーマンス最適化

過剰なinvalidate()呼び出しは、AndroidのカスタムViewにおけるパフォーマンス低下の主な原因の1つです。最適化テクニックを見てみましょう。

呼び出し頻度を最小化する

データが高頻度（センサー、アニメーション、ビデオ）で更新される場合、変更のたびにinvalidate()を呼び出さないでください。画面リフレッシュレートに同期するには、ValueAnimatorまたはChoreographer.FrameCallbackを使用してください。これにより、invalidate()が1フレームに1回以上呼び出されないことが保証されます。

ハードウェアアクセラレーションを使用する

API 14以降、AndroidはGPUを介したハードウェアアクセラレーションをサポートしています。カスタムViewがCanvas API（drawRect、drawCircle、drawPath）のみを使用する場合、アクセラレーションは透過的に機能します。DisplayList互換の操作では、invalidate()の処理が大幅に高速化されます。

// Vsync同期にChoreographerを使用
private val frameCallback = Choreographer.FrameCallback { frameTimeNanos ->
    updateAnimation(frameTimeNanos)
    invalidate()
    Choreographer.getInstance().postFrameCallback(this)
}

fun startAnimation() {
    Choreographer.getInstance().postFrameCallback(frameCallback)
}

ターゲットを絞った更新にはinvalidate(Rect)を使用し、onDraw()からinvalidate()を呼び出すことを避け（無限ループ）、常にデバイス上でGPU Profile Renderingを使用してプロファイリングしてください。これにより各フレームの正確なレンダリング時間が表示され、問題のある領域を特定するのに役立ちます。