Android 图形架构

Stella981
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每一个开发者都应该了解的关于 Surface,SurfaceHolder,EGLSurface,SurfaceView,GLSurfaceView,SurfaceTexture,TextureView,SurfaceFlinger,和 Vulkan 的东西。

本页描述 Android 系统级图形架构的必要元素,及应用框架和多媒体系统如何使用它们。重点是图形数据的缓冲区如何在系统中移动。如果你曾经想知道为什么 SurfaceViewTextureView 有着那样的行为,或 SurfaceEGLSurface 如何交互,那你就来对地方了。

假设读者熟悉 Android 设备和应用开发。你不需要关于应用框架的详细知识,这里只会提到少量的 API 调用,但这里的资料与其它公开的文档不重叠。目标是提供关于渲染一帧用以输出中牵涉的重要事件的详情,以帮助你在设计应用时做出明智的选择。为了实现这一点,我们从底层开始,描述 UI 类如何工作,而不是它们如何使用。

这一节包含几页,覆盖了从背景资料到 HAL 细节,再到使用案例的所有东西。这里从解释 Android 的图形缓冲区开始,描述合成和显示机制,然后是提供了数据合成器的更高层机制。我们建议你按下面列出的顺序阅读,而不是直接跳到听起来很有趣的主题。

底层组件

  • BufferQueue 和 gralloc。BufferQueue 连接生成图形数据缓冲区的东西(_生产者_)和接收数据来显示或进一步处理的东西(_消费者_)。缓冲区分配通过 gralloc 内存分配器执行, gralloc 内存分配器通过一个供应商专有的 HAL 接口实现。

  • SurfaceFlinger,Hardware Composer,和虚拟显示设备。SurfaceFlinger 接受来自于多个源的数据缓冲区,组合它们,然后发送给显示设备。Hardware Composer HAL (HWC) 决定通过可用的硬件和虚拟显示设备组合缓冲区的最高效的方式,以使合成的输出在系统内可用(录制屏幕或通过网络发送屏幕)。

  • Surface,Canvas,和 SurfaceHolder。Surface 生产常常由 SurfaceFlinger 消费的缓冲区队列。当在一个 Surface 上渲染时,结果最终被放入缓冲区中,并被传送给消费者。Canvas APIs 提供了一个直接在 Surface (OpenGL ES 的低级替代品)上绘制的软件实现(具有硬件加速支持)。与 View 有关的任何事情都涉及到 SurfaceHolder,通过它的 API 可以获取或设置 Surface 参数,比如大小和格式等。

  • EGLSurface 和 OpenGL ES。OpenGL ES (GLES) 定义了一个设计为与 EGL 结合的图形渲染 API,EGL 为一个知道如何通过操作系统创建和访问窗口(绘制纹理多边形,使用 GLES 调用;在屏幕上放置渲染结果,使用EGL调用)的库。这页还描述了 ANativeWindow,Java Surface 类的 C/C++ 等价物,用于在本地层代码中创建一个 EGL 窗口。

  • Vulkan。Vulkan 是一个低开销,跨平台的高性能 3D 图形 API。像 OpenGL ES 一样,Vulkan 提供了在应用中创建高品质实时图形的工具。Vulkan 的优势包括降低 CPU 开销并支持 SPIR-V Binary Intermediate 语言。

高层组件

  • SurfaceView 和 GLSurfaceView。SurfaceView 结合了一个 Surface 和一个 View。SurfaceView 的 View 组件由 SurfaceFlinger 合成 (而不是应用程序),可以在一个单独的线程/进程中渲染,并与应用的 UI 渲染隔离。GLSurfaceView 提供了管理 EGL contexts 的辅助类,线程间通信,及与 Activity 生命周期的交互(但不是必需使用 GLES)。

  • SurfaceTexture。SurfaceTexture 结合了 Surface 和 GLES texture 来创建 BufferQueue,你的应用是该 BufferQueue 的消费者。当生产者入队一个新 buffer,它通知你的应用,这反过来释放了之前持有的 buffer,从队列中获取新的 buffer,执行 EGL 调用使得 buffer 可以作为 GLES 的一个外部 texture 使用。Android 7.0 添加了对安全 texture video playback的支持,使得 GPU 可以后处理受保护的视频内容。

  • TextureView。TextureView 结合了 View 和 SurfaceTexture。TextureView 包装了一个 SurfaceTexture 并负责响应回调和获取新 buffers。当绘制时,TextureView 使用最近接收的 buffer 的内容作为它的数据源,根据 View 的状态绘制它。View 合成总是由 GLES 执行,意味着更新内容可能导致其它的 View 元素也被重绘。

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