Android软件渲染流程

Android软件渲染流程

  • 一.渲染流程
    • 1.VSync信号的监听
    • 2.VSync信号触发绘制
  • 二.渲染原理
    • 1.画布的获取
      • 1.1 渲染缓存的初始化
      • 1.2 graphics::Canvas的创建
      • 1.3 graphics::Canvas与渲染缓存的绑定
        • 1.3.1 SkBitmap的初始化
        • 1.3.2 SkiaCanvas与SkBitmap的绑定
        • 1.3.3 SkCanvas的创建
    • 2.矩形的绘制
    • 3.绘制的提交
      • 3.1 图像缓存消费回调
      • 3.2 图像缓存事务的处理
        • 3.2.1 图像缓存与图像缓存事务的绑定
        • 3.2.2 layer_state_t的获取
        • 3.2.3 图像缓存事务的提交
  • 三.总结
    • 1.图像缓存的四种状态
      • 1.1 状态转化的过程
      • 1.2 ANativeWindow_Buffer
    • 2.Canvas的初始化
      • 2.1 概述
      • 2.2 过程
    • 3.软件绘制
    • 4.绘制提交

一.渲染流程

1.VSync信号的监听

    在Android中，App的渲染流程是从ViewRootImpl开始的。在回调Activity的onResume方法后，会调用ViewRootImpl的requestLayout方法触发页面中View的测量与绘制。

    在ViewRootImpl的requestLayout方法中，首先会调用checkThread方法检查当前线程是否为UI线程，如果不是，则抛出异常。接下来会调用scheduleTraversals方法。
0
    在ViewRootImpl的scheduleTraversals方法中，主要做了两件事：

1）向主线程的消息队列发送一个同步信息屏障。

2）提交callbackType类型为CALLBACK_TRAVERSAL的TraversalRunnable。
1

2.VSync信号触发绘制

    当VSync信号到来时，会执行TraversalRunnable的run方法，该方法内部会调用ViewRootImpl的doTraversal方法。
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    在ViewRootImpl的doTraversal方法中，主要做了两件事：

1）移除主线程消息队列的同步信息屏障。

2）调用performTraversals方法。
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    在ViewRootImpl的performDraw方法中，会调用draw方法。在ViewRootImpl的draw方法中，如果没有开启硬件渲染，会调用drawSoftware方法。
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    在ViewRootImpl的drawSoftware方法中，主要做了三件事：

1）调用Surface的lockCanvas方法获取Canvas。

2）调用DecorView的draw方法开始绘制，draw方法内部会递归调用所有View的draw方法。

3）调用Surface的unlockCanvasAndPost方法完成绘制。
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二.渲染原理

1.画布的获取

    在Surface创建时，会触发Canvas的创建。在Surface的lockCanvas方法中，会对Canvas进行初始化。在Surface的lockCanvas方法中，会调用最终会调用nativeLockCanvas方法。
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    Surface的nativeLockCanvas方法对应的实现为android_view_Surface的nativeLockCanvas函数。在nativeLockCanvas函数中，主要做了五件事：

1）获取Native层Surface。

2）声明用于渲染的Buffer。

3）使用Surface对用于渲染的Buffer进行赋值与初始化。

4）创建graphics::Canvas，graphics::Canvas是对Native层Canvas的封装。

5）绑定Canvas和Buffer。
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1.1 渲染缓存的初始化

    在Surface的lock方法中，主要做了四件事：

1）从IGraphicBufferProducer中获取一块内存ANativeWindowBuffer。

2）将ANativeWindowBuffer封装成GraphicBuffer。

3）锁定GraphicBuffer，获取存放绘制数据的虚拟地址的指针，用于后续Canvas的绘制。

4）将GraphicBuffer中的变量赋值到ANativeWindow_Buffer中。ANativeWindow_Buffer是ANativeWindowBuffer对外的屏蔽封装，用于指导Canvas在多大的长宽范围内以什么样的格式进行绘制，并提供提交绘制数据的指针。

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1.2 graphics::Canvas的创建

    在graphics::Canvas的构造方法中，会调用android_canvas的ACanvas_getNativeHandleFromJava函数，将Native层对应的Canvas转换为ACanvas，并保存到graphics::Canvas的mCanvas字段中。

    ACanvas是对Native层Canvas的代理，ACanvas是一个没有任何方法的结构体，当需要调用Native层Canvas时，会再将ACanvas强转为Canvas。
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    在ACanvas_getNativeHandleFromJava函数中，主要做了两件事：

1）获取Native层Canvas，实际是SkiaCanvas，SkiaCanvas是对SkCanvas的封装。

2）将Canvas转换为ACanvas。
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1.3 graphics::Canvas与渲染缓存的绑定

    在graphics::Canvas的setBuffer方法中，会调用android_canvas的ACanvas_setBuffer函数。
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    在ACanvas_setBuffer函数中，主要做了四件事：
1）声明SkBitmap。SKBitmap是对ANativeWindow_Buffer的封装，SKBitmap会根据ANativeWindow_Buffer的指导，按照指定的大小和格式，向指定的绘制地址写入绘制数据。

2）对SkBitmap进行初始化。

3）通过ACanvas获取Canvas，实际是SkiaCanvas。

4）将SkiaCanvas和SkBitmap绑定。
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1.3.1 SkBitmap的初始化

    在convert函数中，主要做了三件事：

1）将ANativeWindow_Buffer封装成SkImageInfo。

2）绑定SkImageInfo到SkBitmap中。

3）设置用于存放绘制数据的虚拟地址的指针。
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1.3.2 SkiaCanvas与SkBitmap的绑定

    在SkiaCanvas的setBitmap方法中，主要做了三件事：

1）将SkBitmap封装成SkCanvas。

2）保存SkCanvas对应的指针。

3）通过SkCanvas指针获取SkCanvas并保存。

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1.3.3 SkCanvas的创建

    在SkCanvas的构造方法中，主要做了两件事：

1）将SkBitmap封装为SkBitmapDevice。

2）保存SkBitmapDevice。
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2.矩形的绘制

    在软件绘制过程中，会调用Canvas的drawRect方法。在Canvas的drawRect方法中，会调用nDrawRect方法。
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    Canvas的nDrawRect方法对应的Native实现为android_graphics_Canvas的drawRect函数。在drawRect函数中，主要做了两件事：

1）获取Native层Canvas。

2）通过Canvas绘制矩形。
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    在SkiaCanvas的drawRect方法中，会调用SkCanvas的drawRect方法。最终会绘制到SKBitmap上。SKBitmap封装了图像绘制缓冲，实际会绘制到图像缓冲上。
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3.绘制的提交

    在软件渲染中，当调用Surface的unlockCanvasAndPost方法时，会将渲染好的图像缓冲提交到SurafceFlinger中。

    在Surface的unlockCanvasAndPost方法中，会调用unlockSwCanvasAndPost方法。在Surface的unlockSwCanvasAndPost方法中，又回调用nativeUnlockCanvasAndPost方法。
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    Surface的nativeUnlockCanvasAndPost方法对应的Native实现为android_view_Surface的nativeUnlockCanvasAndPost函数。在nativeUnlockCanvasAndPost函数中，主要做了四件事：

1）获取Native层Surface。

2）创建graphics::Canvas，graphics::Canvas是对Native层Canvas的封装。

3）解除Canvas与Surface的关联。

4）提交图像缓冲。
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    在Surface的unlockAndPost方法中，主要做了三件事：

1）解除GraphicBuffer锁定。

2）将渲染完的图像缓冲添加到IGraphicBufferProducer中。

3）清除对GraphicBuffer的引用。
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    在Surface的queueBuffer方法中，主要做了两件事：

1）获取缓存位置。

2）提交缓存。
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    通过Surface的初始化流程，可以知道这里Surface的实际类型为BBQSurface，因此IGraphicBufferProducer对应的类型为BBQBufferQueueProducer。

    在BBQBufferQueueProducer的queueBuffer方法中，主要做了四件事：

1）创建FenceTime。

2）创建渲染帧BufferItem。

3）对BufferItem进行初始化设置。

4）通知消费者消费渲染帧。
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3.1 图像缓存消费回调

    通过Surface的初始化流程，可以知道这里的mCore的类型为BufferQueueCore。BufferQueueCore的IConsumerListener的类型为BufferQueue::ProxyConsumerListener。

    调用BufferQueue::ProxyConsumerListener的onFrameAvailable方法，最终会调用BLASTBufferQueue的onFrameAvailable方法。
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3.2 图像缓存事务的处理

    在BLASTBufferQueue的onFrameAvailable方法中，如果需要提交本次绘制，会调用acquireNextBufferLocked方法。

    在BLASTBufferQueue中，所有向SurfacaeFlinger的请求都被抽象成了Transaction。通过Transaction，BLASTBufferQueue可以将多次绘制的缓冲进行合并提交。
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    在BLASTBufferQueue的acquireNextBufferLocked方法中，主要做了四件事：

1）获取渲染帧BufferItem。

2）通过BufferItem获取绘制缓冲GraphicBuffer。

3）设置Transaction的属性。

4）提交本次Transaction到SurfaceFlinger中等待合成。
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3.2.1 图像缓存与图像缓存事务的绑定

    在Transaction的setBuffer方法中，主要做了三件事：

1）获取layer_state_t，layer_state_t用于保存记录当前Layer的信息。

2）创建BufferData，保存GraphicBuffer。

3）保存BufferData到layer_state_t中。
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3.2.2 layer_state_t的获取

    在Transaction的getLayerState方法中，主要做了两件事：

1）获取LayerHandle。

2）通过LayerHandle获取ComposerState，通过ComposerState获取layer_state_t。如果layer_state_t不存在(首次获取)，则创建一个新的ComposerState并保存，ComposerState内部持有layer_state_t。
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3.2.3 图像缓存事务的提交

    在Transaction的apply方法中，主要做了三件事：

1）创建ComposeState列表，收集ComposerState，ComposerState中保存了layer_state_t。

2）获取远端服务ISurfaceComposer。

3）提交到远端服务。
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    ComposerService是一个单例类，持有ISurfaceComposer。ISurfaceComposer是一个Binder类，它的Bp端实现为BpSurfaceComposer，Bn端的最终实现为SurfaceFlinger。
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    最终会调用SurfaceFlinger的setTransactionState方法，提交本次的图像缓存。

三.总结

1.图像缓存的四种状态

  • 生产消费模型中的图像缓存：ANativeWindowBuffer
  • Surface中管理的图像缓存：GraphicBuffer
  • Surface暴露给Canvas的图像缓存：ANativeWindow_Buffer
  • 提交给消费者处理的图像缓存：BufferItem

1.1 状态转化的过程

    ANativeWindowBuffer是生产消费模型中最原始的图像缓存。在从生产消费模型获取后，为了方便管理，Surface会将ANativeWindowBuffer封装成GraphicBuffer。当需要暴露给Canvas时，Surface会将GraphicBuffer中重要的参数封装成ANativeWindow_Buffer。在绘制完成后，GraphicBuffer会被生产消费模型封装成BufferItem交给消费者处理。

1.2 ANativeWindow_Buffer

    ANativeWindow_Buffer是Surface为了防止外部直接操作图像缓存而对外提供的协议，这个协议规定了要在多长多宽的区域内，按照什么样的格式，向哪一个地址去写入绘制数据。

2.Canvas的初始化

2.1 概述

    Canvas是对Surface提供的图像缓存的抽象封装。

    Surface对Canvas初始化的过程，就是Surface从生产消费模型中为Canvas分配一块图像缓存的过程。一个Surface同一时间只能提供一个图像缓存。

2.2 过程

    在软件绘制中，Java层Canvas对应的Native层结构为SkiaCanvas。

    在从Surface获取到ANativeWindow_Buffer后，ANativeWindow_Buffer会被封装成SkBitmap。SkBitmap会与
SkiaCanvas进行关联。SkiaCanvas会将SkBitmap封装成SkCanvas来进行管理。

3.软件绘制

    软件绘制就是通过Canvas向SkBitmap中写入数据，SkBitmap按照ANativeWindow_Buffer的要求将绘制数据发送到提供存放绘制数据的地址。

4.绘制提交

    绘制提交的本质就是将Canvas与SkBitmap断开，然后将绘制数据提交到生产消费模型中处理，最后有消费者提交到SurfaceFlinger中进行合成。

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