Android图形系统概述

图形系统是Android中很是重要的子系统，与其余子系统相互协做，完成图形界面的渲染和显示。

概述

官方提供了一个图形系统的关键组件协做图，以下所示：

这幅图大体描述了图形数据的流转：OpenGL ES、MediaPlayer等生产者生产图形数据到Surface，Surface经过IGraphicBufferProducer把GraphicBuffer跨进程传输给消费者SurfaceFlinger，SurfaceFlinger根据WMS提供的窗口信息合成全部的Layer（对应于Surface），具体的合成策略由hwcomposerHAL模块决定并实施，最后也是由该模块送显到Display，而Gralloc模块则负责分配图形缓冲区。不过该图缺少层次感，经过下图咱们详细分析整个流程。

大致上，应用开发者能够经过两种方式将图像绘制到屏幕上：

• Canvas
• OpenGL ES

Canvas是一个2D图形API，是Android View树实际的渲染者。Canvas又可分为Skia软件绘制和hwui硬件加速绘制。
Android4.0以前默认是Skia绘制，该方式彻底经过CPU完成绘图指令，而且所有在主线程操做，在复杂场景下单帧容易超过16ms致使卡顿。
从Android4.0开始，默认开启硬件加速渲染，并且5.0开始把渲染操做拆分到了两个线程：主线程和渲染线程，主线程负责记录渲染指令，渲染线程负责经过OpenGL ES完成渲染，两个线程能够并发执行。

除了Canvas，开发者还能够在异步线程直接经过OpenGL ES进行渲染，通常适用于游戏、视频播放等独立场景。

从应用侧来看，无论是Canvas，仍是OpenGL ES，最终渲染到的目标都是Surface，如今比较流行的跨平台UI框架Flutter在Android平台上也是直接渲染到Surface。Surface是一个窗口，例如：一个Activity是一个Surface、一个Dialog也是一个Surface，承载了上层的图形数据，与SurfaceFlinger侧的Layer相对应。
Native层Surface实现了ANativeWindow结构体，在构造函数中持有一个IGraphicBufferProducer，用于和BufferQueue进行交互。BufferQueue是链接Surface和Layer的纽带，当上层图形数据渲染到Surface时，实际是渲染到了BufferQueue中的一个GraphicBuffer，而后经过IGraphicBufferProducer把GraphicBuffer提交到BufferQueue，让SurfaceFlinger进行后续的合成显示工做。

SurfaceFlinger负责合成全部的Layer并送显到Display，这些Layer主要有两种合成方式：

• OpenGL ES：把这些图层合成到FrameBuffer，而后把FrameBuffer提交给hwcomposer完成剩余合成和显示工做。
• hwcomposer：经过HWC模块合成部分图层和FrameBuffer，并显示到Display。

BufferQueue

Android图形系统包含了两对生产者和消费者模型，它们都经过BufferQueue进行链接：

1. Canvas和OpenGL ES生产图形数据，SurfaceFlinger消费图形数据。
2. SurfaceFlinger合成全部图层的图形数据，Display显示合成结果。

Surface属于APP进程，Layer属于系统进程，若是它们之间只用一个Buffer，那么必然存在显示和性能问题，因此图形系统引入了BufferQueue，一个Buffer用于绘制，一个Buffer用于显示，双方处理完以后，交换一下Buffer，这样效率就高不少了。BufferQueue的通讯流程以下所示：

• 生产者从BufferQueue出队一个空闲GraphicBuffer，交给上层填充图形数据；
• 数据填充后，生产者把装载图形数据的GraphicBuffer入队到BufferQueue，也能够丢弃这块Buffer，直接cancelBuffer送回到BufferQueue；
• 消费者经过acquireBuffer获取一个有效缓存；
• 完成内容消费后（好比上屏），消费者调用releaseBuffer把Buffer交还给BufferQueue。
• GraphicBuffer表明的图形缓冲区是由Gralloc模块分配的，而且能够跨进程传输（实际传输的只是一个指针）。
• 一般而言，APP端使用的是BufferQueue的IGraphicBufferProducer接口（在Surface类里面），用于生产；SurfaceFlinger端使用的是BufferQueue的IGraphicBufferConsumer接口（在GLConsumer类里面），用于消费。

Surface与SurfaceFlinger

Surface表示APP进程的一个窗口，承载了窗口的图形数据，SurfaceFlinger是系统进程合成全部窗口（Layer）的系统服务，负责合成全部Surface提供的图形数据，而后送显到屏幕。SurfaceFlinger既是上层应用的消费者，又是Display的生产者，起到了承上启下的做用。官方提供了一个架构图，以下所示：

该图可能较抽象，咱们经过一个实例理解下这层关系，下图是微信添加朋友的弹窗界面：
<img src="https://ltlovezh.oss-cn-beiji...; width="300" />
咱们能够经过adb shell dumpsys SurfaceFlinger查看该界面包含几个窗口（Surface）：

从SurfaceFlinger的dump信息能够看到：

• com.tencent.mm/com.tencent.mm.ui.LauncherUI#0是微信的主窗口，而且铺满了整个屏幕(0,0,1080,2340)。
• PopupWindow:7020633#0是弹起的PopupWindow，它是一个独立的窗口（Surface），屏幕坐标范围是(599,210,1058,983)。
• StatusBar#0表示系统状态栏，由系统进程负责绘制，屏幕坐标范围是(0,0,1080,80)，即此状态栏高80像素。
• NavigationBar#0表示系统导航栏，由系统进程负责绘制，屏幕坐标范围是(0,2214,1080,2340)，即此导航栏高126像素。
• 最后两个窗口也是系统窗口，具体做用不知。
• 上述全部图层的合成类型都是Device，即HWC硬件模块负责合成这些Layer。
• SurfaceFlinger会合成上述全部图层（Layer），并送显到内嵌的Display 0。

总结

本篇文章从上到下简述了Android图形系统的流转流程，以及承载图形数据流转的重要结构：BufferQueue，最后经过dump信息论证了多Surface实例。