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圖形
Android 框架提供了各種用于 2D 和 3D 圖形渲染的 API，可與制造商的圖形驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)方法交互，因此，務(wù)必充分了解這些 API 如何在更高的級(jí)別工作。本頁(yè)介紹了在其上構(gòu)建這些驅(qū)動(dòng)程序的圖形硬件抽象層 (HAL)。
應(yīng)用開(kāi)發(fā)者可通過(guò)兩種方式將圖像繪制到屏幕上：使用 Canvas 或 OpenGL。有關(guān) Android 圖形組件的詳細(xì)說(shuō)明，請(qǐng)參閱系統(tǒng)級(jí)圖形架構(gòu)。
android.graphics.Canvas是一個(gè) 2D 圖形 API，并且是在開(kāi)發(fā)者人群中最流行的圖形 API。Canvas 運(yùn)算會(huì)在 Android 中繪制所有原生和自定義android.view.View。在 Android 中，Canvas API 通過(guò)一個(gè)名為 OpenGLRenderer 的繪制庫(kù)實(shí)現(xiàn)硬件加速，該繪制庫(kù)將 Canvas 運(yùn)算轉(zhuǎn)換為 OpenGL 運(yùn)算，以便它們可以在 GPU 上執(zhí)行。
從 Android 4.0 開(kāi)始，硬件加速的 Canvas 默認(rèn)情況下處于啟用狀態(tài)。因此，支持 OpenGL ES 2.0 的硬件 GPU 對(duì)于 Android 4.0 及更高版本的設(shè)備來(lái)說(shuō)是強(qiáng)制要求。有關(guān)硬件加速繪制路徑的工作原理及其行為與軟件繪制路徑行為之間的差異的說(shuō)明，請(qǐng)參閱硬件加速指南。
除了 Canvas，開(kāi)發(fā)者渲染圖形的另一個(gè)主要方式是使用 OpenGL ES 直接渲染到 Surface。Android 在Android.opengl包中提供了 OpenGL ES 接口，開(kāi)發(fā)者可以使用這些接口通過(guò) SDK 或Android NDK中提供的原生 API 調(diào)用其 GL 實(shí)現(xiàn)。
Android 實(shí)現(xiàn)人員可以使用drawElements 質(zhì)量計(jì)劃（也稱為 deqp）來(lái)測(cè)試 OpenGL ES 功能。
Android 圖形組件
無(wú)論開(kāi)發(fā)者使用什么渲染 API，一切內(nèi)容都會(huì)渲染到“Surface”。Surface 表示緩沖隊(duì)列中的生產(chǎn)方，而緩沖隊(duì)列通常會(huì)被 SurfaceFlinger 消耗。在 Android 平臺(tái)上創(chuàng)建的每個(gè)窗口都由 Surface 提供支持。所有被渲染的可見(jiàn) Surface 都被 SurfaceFlinger 合成到顯示部分。
下圖顯示了關(guān)鍵組件如何協(xié)同工作：
圖 1.Surface 如何被渲染
主要組件如下所述：
圖像流生產(chǎn)方
圖像流生產(chǎn)方可以是生成圖形緩沖區(qū)以供消耗的任何內(nèi)容。例如 OpenGL ES、Canvas 2D 和 mediaserver 視頻解碼器。
圖像流消耗方
圖像流的最常見(jiàn)消耗方是 SurfaceFlinger，該系統(tǒng)服務(wù)會(huì)消耗當(dāng)前可見(jiàn)的 Surface，并使用窗口管理器中提供的信息將它們合成到顯示部分。SurfaceFlinger 是可以修改顯示部分內(nèi)容的唯一服務(wù)。SurfaceFlinger 使用 OpenGL 和 Hardware Composer 來(lái)合成一組 Surface。
其他 OpenGL ES 應(yīng)用也可以消耗圖像流，例如相機(jī)應(yīng)用會(huì)消耗相機(jī)預(yù)覽圖像流。非 GL 應(yīng)用也可以是消耗方，例如 ImageReader 類。
窗口管理器
控制窗口的 Android 系統(tǒng)服務(wù)，它是視圖容器。窗口總是由 Surface 提供支持。該服務(wù)會(huì)監(jiān)督生命周期、輸入和聚焦事件、屏幕方向、轉(zhuǎn)換、動(dòng)畫(huà)、位置、變形、Z-Order 以及窗口的其他許多方面。窗口管理器會(huì)將所有窗口元數(shù)據(jù)發(fā)送到 SurfaceFlinger，以便 SurfaceFlinger 可以使用該數(shù)據(jù)在顯示部分合成 Surface。
硬件混合渲染器
顯示子系統(tǒng)的硬件抽象實(shí)現(xiàn)。SurfaceFlinger 可以將某些合成工作委托給 Hardware Composer，以分擔(dān) OpenGL 和 GPU 上的工作量。SurfaceFlinger 只是充當(dāng)另一個(gè) OpenGL ES 客戶端。因此，在 SurfaceFlinger 將一個(gè)或兩個(gè)緩沖區(qū)合成到第三個(gè)緩沖區(qū)中的過(guò)程中，它會(huì)使用 OpenGL ES。這樣使合成的功耗比通過(guò) GPU 執(zhí)行所有計(jì)算更低。
Hardware Composer HAL則進(jìn)行另一半的工作，并且是所有 Android 圖形渲染的核心。Hardware Composer 必須支持事件，其中之一是 VSYNC（另一個(gè)是支持即插即用 HDMI 的熱插拔）。
Gralloc
需要使用圖形內(nèi)存分配器 (Gralloc) 來(lái)分配圖像生產(chǎn)方請(qǐng)求的內(nèi)存。有關(guān)詳情，請(qǐng)參閱Gralloc HAL。
數(shù)據(jù)流
有關(guān) Android 圖形管道的描述，請(qǐng)參見(jiàn)下圖：
圖 2.流經(jīng) Android 的圖形數(shù)據(jù)流
左側(cè)的對(duì)象是生成圖形緩沖區(qū)的渲染器，如主屏幕、狀態(tài)欄和系統(tǒng)界面。SurfaceFlinger 是合成器，而硬件混合渲染器是制作器。
BufferQueue
BufferQueues 是 Android 圖形組件之間的粘合劑。它們是一對(duì)隊(duì)列，可以調(diào)解緩沖區(qū)從生產(chǎn)方到消耗方的固定周期。一旦生產(chǎn)方移交其緩沖區(qū)，SurfaceFlinger 便會(huì)負(fù)責(zé)將所有內(nèi)容合成到顯示部分。
有關(guān) BufferQueue 通信過(guò)程，請(qǐng)參見(jiàn)下圖。
圖 3.BufferQueue 通信過(guò)程
BufferQueue 包含將圖像流生產(chǎn)方與圖像流消耗方結(jié)合在一起的邏輯。圖像生產(chǎn)方的一些示例包括由相機(jī) HAL 或 OpenGL ES 游戲生成的相機(jī)預(yù)覽。圖像消耗方的一些示例包括 SurfaceFlinger 或顯示 OpenGL ES 流的另一個(gè)應(yīng)用，如顯示相機(jī)取景器的相機(jī)應(yīng)用。
BufferQueue 是將緩沖區(qū)池與隊(duì)列相結(jié)合的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它使用 Binder IPC 在進(jìn)程之間傳遞緩沖區(qū)。生產(chǎn)方接口，或者您傳遞給想要生成圖形緩沖區(qū)的某個(gè)人的內(nèi)容，即是 IGraphicBufferProducer（SurfaceTexture的一部分）。BufferQueue 通常用于渲染到 Surface，并且與 GL 消耗方及其他任務(wù)一起消耗內(nèi)容。BufferQueue 可以在三種不同的模式下運(yùn)行：
類同步模式 - 默認(rèn)情況下，BufferQueue 在類同步模式下運(yùn)行，在該模式下，從生產(chǎn)方進(jìn)入的每個(gè)緩沖區(qū)都在消耗方那退出。在此模式下不會(huì)舍棄任何緩沖區(qū)。如果生產(chǎn)方速度太快，創(chuàng)建緩沖區(qū)的速度比消耗緩沖區(qū)的速度更快，它將阻塞并等待可用的緩沖區(qū)。
非阻塞模式 - BufferQueue 還可以在非阻塞模式下運(yùn)行，在此類情況下，它會(huì)生成錯(cuò)誤，而不是等待緩沖區(qū)。在此模式下也不會(huì)舍棄緩沖區(qū)。這有助于避免可能不了解圖形框架的復(fù)雜依賴項(xiàng)的應(yīng)用軟件出現(xiàn)潛在死鎖現(xiàn)象。
舍棄模式 - 最后，BufferQueue 可以配置為丟棄舊緩沖區(qū)，而不是生成錯(cuò)誤或進(jìn)行等待。例如，如果對(duì)紋理視圖執(zhí)行 GL 渲染并盡快繪制，則必須丟棄緩沖區(qū)。
為了執(zhí)行這項(xiàng)工作的大部分環(huán)節(jié)，SurfaceFlinger 就像另一個(gè) OpenGL ES 客戶端一樣工作。例如，當(dāng) SurfaceFlinger 正在積極地將一個(gè)緩沖區(qū)或兩個(gè)緩沖區(qū)合成到第三個(gè)緩沖區(qū)中時(shí)，它使用的是 OpenGL ES。
Hardware Composer HAL 執(zhí)行另一半工作。該 HAL 充當(dāng)所有 Android 圖形渲染的中心點(diǎn)。
同步框架
由于 Android 圖形不提供顯式并行性，因此供應(yīng)商一直都是在自己的驅(qū)動(dòng)程序中實(shí)現(xiàn)自己的隱式同步。但是，Android 圖形同步框架不再需要這么做。有關(guān)實(shí)現(xiàn)說(shuō)明，請(qǐng)參閱顯式同步部分。
同步框架明確描述了系統(tǒng)中不同異步操作之間的依賴關(guān)系?？蚣芴峁┝艘粋€(gè)簡(jiǎn)單 API，使組件在緩沖區(qū)被釋放時(shí)發(fā)出信號(hào)。它還允許在從內(nèi)核到用戶空間的驅(qū)動(dòng)程序之間以及用戶空間進(jìn)程本身之間傳遞同步基元。
例如，應(yīng)用可以將要在 GPU 中執(zhí)行的工作加入隊(duì)列。然后，GPU 開(kāi)始繪制該圖像。盡管圖像尚未被繪制到內(nèi)存中，但緩沖區(qū)指針仍然可以與指示 GPU 工作何時(shí)完成的柵欄一起傳遞到窗口合成器。然后，窗口合成器可以提前開(kāi)始處理，并將工作移交給顯示控制器。通過(guò)這種方式，CPU 工作可以提前完成。GPU 完成后，顯示控制器就可以立即顯示圖像。
同步框架還允許實(shí)現(xiàn)人員在自己的硬件組件中利用同步資源。最后，框架使實(shí)現(xiàn)人員可以查看圖形管道，以幫助進(jìn)行調(diào)試。
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Last updated 九月 13, 2017.
