圖形系統(tǒng)是Android中非常重要的子系統(tǒng)暑竟，與其他子系統(tǒng)相互協(xié)作敬扛，完成圖形界面的渲染和顯示辙培。

概述

官方提供了一個(gè)圖形系統(tǒng)的關(guān)鍵組件協(xié)作圖，如下所示：

Android官方圖形架構(gòu)

圖形系統(tǒng)架構(gòu)

大體上驻呐，應(yīng)用開發(fā)者可以通過兩種方式將圖像繪制到屏幕上：

• Canvas
• OpenGL ES

Canvas是一個(gè)2D圖形API灌诅，是Android View樹實(shí)際的渲染者。Canvas又可分為Skia軟件繪制和hwui硬件加速繪制含末。
Android4.0之前默認(rèn)是Skia繪制猜拾，該方式完全通過CPU完成繪圖指令，并且全部在主線程操作佣盒，在復(fù)雜場景下單幀容易超過16ms導(dǎo)致卡頓挎袜。
從Android4.0開始，默認(rèn)開啟硬件加速渲染，而且5.0開始把渲染操作拆分到了兩個(gè)線程：主線程和渲染線程盯仪，主線程負(fù)責(zé)記錄渲染指令紊搪，渲染線程負(fù)責(zé)通過OpenGL ES完成渲染，兩個(gè)線程可以并發(fā)執(zhí)行全景。

除了Canvas耀石，開發(fā)者還可以在異步線程直接通過OpenGL ES進(jìn)行渲染，一般適用于游戲爸黄、視頻播放等獨(dú)立場景滞伟。

從應(yīng)用側(cè)來看，不管是Canvas炕贵，還是OpenGL ES梆奈，最終渲染到的目標(biāo)都是Surface，現(xiàn)在比較流行的跨平臺UI框架Flutter在Android平臺上也是直接渲染到Surface称开。Surface是一個(gè)窗口亩钟，例如：一個(gè)Activity是一個(gè)Surface、一個(gè)Dialog也是一個(gè)Surface钥弯，承載了上層的圖形數(shù)據(jù)径荔，與SurfaceFlinger側(cè)的Layer相對應(yīng)。
Native層Surface實(shí)現(xiàn)了ANativeWindow結(jié)構(gòu)體脆霎，在構(gòu)造函數(shù)中持有一個(gè)IGraphicBufferProducer总处，用于和BufferQueue進(jìn)行交互。BufferQueue是連接Surface和Layer的紐帶睛蛛，當(dāng)上層圖形數(shù)據(jù)渲染到Surface時(shí)鹦马，實(shí)際是渲染到了BufferQueue中的一個(gè)GraphicBuffer，然后通過IGraphicBufferProducer把GraphicBuffer提交到BufferQueue忆肾，讓SurfaceFlinger進(jìn)行后續(xù)的合成顯示工作荸频。

SurfaceFlinger負(fù)責(zé)合成所有的Layer并送顯到Display，這些Layer主要有兩種合成方式：

• OpenGL ES：把這些圖層合成到FrameBuffer客冈，然后把FrameBuffer提交給hwcomposer完成剩余合成和顯示工作旭从。
• hwcomposer：通過HWC模塊合成部分圖層和FrameBuffer，并顯示到Display场仲。

BufferQueue

Android圖形系統(tǒng)包含了兩對生產(chǎn)者和消費(fèi)者模型和悦，它們都通過BufferQueue進(jìn)行連接：

1. Canvas和OpenGL ES生產(chǎn)圖形數(shù)據(jù)，SurfaceFlinger消費(fèi)圖形數(shù)據(jù)渠缕。
2. SurfaceFlinger合成所有圖層的圖形數(shù)據(jù)鸽素，Display顯示合成結(jié)果。

Surface屬于APP進(jìn)程亦鳞，Layer屬于系統(tǒng)進(jìn)程馍忽，如果它們之間只用一個(gè)Buffer棒坏，那么必然存在顯示和性能問題，所以圖形系統(tǒng)引入了BufferQueue遭笋，一個(gè)Buffer用于繪制坝冕，一個(gè)Buffer用于顯示，雙方處理完之后坐梯，交換一下Buffer徽诲，這樣效率就高很多了。BufferQueue的通信流程如下所示：

• 生產(chǎn)者從BufferQueue出隊(duì)一個(gè)空閑GraphicBuffer吵血，交給上層填充圖形數(shù)據(jù)；
• 數(shù)據(jù)填充后偷溺，生產(chǎn)者把裝載圖形數(shù)據(jù)的GraphicBuffer入隊(duì)到BufferQueue蹋辅，也可以丟棄這塊Buffer，直接cancelBuffer送回到BufferQueue挫掏；
• 消費(fèi)者通過acquireBuffer獲取一個(gè)有效緩存侦另；
• 完成內(nèi)容消費(fèi)后（比如上屏），消費(fèi)者調(diào)用releaseBuffer把Buffer交還給BufferQueue尉共。
• GraphicBuffer代表的圖形緩沖區(qū)是由Gralloc模塊分配的褒傅，并且可以跨進(jìn)程傳輸（實(shí)際傳輸?shù)闹皇且粋€(gè)指針）。
• 通常而言袄友，APP端使用的是BufferQueue的IGraphicBufferProducer接口（在Surface類里面）殿托，用于生產(chǎn)；SurfaceFlinger端使用的是BufferQueue的IGraphicBufferConsumer接口（在GLConsumer類里面）剧蚣，用于消費(fèi)支竹。

Surface與SurfaceFlinger

Surface表示APP進(jìn)程的一個(gè)窗口，承載了窗口的圖形數(shù)據(jù)鸠按，SurfaceFlinger是系統(tǒng)進(jìn)程合成所有窗口（Layer）的系統(tǒng)服務(wù)礼搁，負(fù)責(zé)合成所有Surface提供的圖形數(shù)據(jù)，然后送顯到屏幕目尖。SurfaceFlinger既是上層應(yīng)用的消費(fèi)者馒吴，又是Display的生產(chǎn)者，起到了承上啟下的作用瑟曲。官方提供了一個(gè)架構(gòu)圖饮戳，如下所示：

Android圖形管道

該圖可能較抽象，我們通過一個(gè)實(shí)例理解下這層關(guān)系测蹲，下圖是微信添加朋友的彈窗界面：
<img src="https://ltlovezh.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/graphics/%E5%BE%AE%E4%BF%A1.png" width="300" />
我們可以通過adb shell dumpsys SurfaceFlinger查看該界面包含幾個(gè)窗口（Surface）：

微信多Surface

• com.tencent.mm/com.tencent.mm.ui.LauncherUI#0是微信的主窗口莹捡，并且鋪滿了整個(gè)屏幕(0,0,1080,2340)。
• PopupWindow:7020633#0是彈起的PopupWindow扣甲，它是一個(gè)獨(dú)立的窗口（Surface）篮赢，屏幕坐標(biāo)范圍是(599,210,1058,983)齿椅。
• StatusBar#0表示系統(tǒng)狀態(tài)欄，由系統(tǒng)進(jìn)程負(fù)責(zé)繪制启泣，屏幕坐標(biāo)范圍是(0,0,1080,80)涣脚，即此狀態(tài)欄高80像素。
• NavigationBar#0表示系統(tǒng)導(dǎo)航欄寥茫，由系統(tǒng)進(jìn)程負(fù)責(zé)繪制遣蚀，屏幕坐標(biāo)范圍是(0,2214,1080,2340)，即此導(dǎo)航欄高126像素纱耻。
• 最后兩個(gè)窗口也是系統(tǒng)窗口芭梯，具體作用不知。
• 上述所有圖層的合成類型都是Device弄喘，即HWC硬件模塊負(fù)責(zé)合成這些Layer玖喘。
• SurfaceFlinger會合成上述所有圖層（Layer），并送顯到內(nèi)嵌的Display 0蘑志。

總結(jié)

本篇文章從上到下簡述了Android圖形系統(tǒng)的流轉(zhuǎn)流程累奈，以及承載圖形數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的重要結(jié)構(gòu)：BufferQueue，最后通過dump信息論證了多Surface實(shí)例急但。