Android图像缓存与Surface初始化

Android图像缓存与Surface初始化

• 一.概述
• 二.SurfaceControl的初始化
• • 1.WMS层SurfaceController的创建
  • • [1.1 Native层SurfaceControl的创建](#1.1 Native层SurfaceControl的创建)
    • [1.2 SurfaceFlinger中Layer的创建](#1.2 SurfaceFlinger中Layer的创建)
    • [1.3 Native层SurfaceControl的关联](#1.3 Native层SurfaceControl的关联)
  • 2.App层SurfaceController的初始化
• 三.Surface的初始化
• • 1.SurfaceControl对Surface初始化
  • • [1.1 Native层Surface的创建](#1.1 Native层Surface的创建)
    • [1.2 Native层Surface的关联](#1.2 Native层Surface的关联)
  • 2.BLASTBufferQueue对Surface初始化
  • • [2.1 BLASTBufferQueue的创建](#2.1 BLASTBufferQueue的创建)
    • [2.2 图像缓存的生产消费模型的创建](#2.2 图像缓存的生产消费模型的创建)
    • [2.3 BLASTBufferQueue中消费者的创建](#2.3 BLASTBufferQueue中消费者的创建)
    • [2.4 BLASTBufferQueue中Surface的创建](#2.4 BLASTBufferQueue中Surface的创建)
    • [2.5 Surafce初始化Surafce](#2.5 Surafce初始化Surafce)
• 四.总结
• • 1.Surface与SurfaceControl的初始化时机
  • 2.SurfaceControl的初始化
  • • [2.1 概述](#2.1 概述)
    • [2.2 过程](#2.2 过程)
    • [2.3 Java层SurfaceControl与Native层SurfaceControl的关联](#2.3 Java层SurfaceControl与Native层SurfaceControl的关联)
    • [2.4 SurfaceControl与Layer的关系](#2.4 SurfaceControl与Layer的关系)
    • [2.5 SurfaceControl的渲染管理](#2.5 SurfaceControl的渲染管理)
  • 3.Surface的初始化
  • • [3.1 概述](#3.1 概述)
    • [3.2 过程](#3.2 过程)
    • [3.3 Java层Surface与Native层Surface的关联](#3.3 Java层Surface与Native层Surface的关联)
    • [3.4 BLASTBufferQueue与生产消费模型的关系](#3.4 BLASTBufferQueue与生产消费模型的关系)
    • [3.5 Surface的渲染](#3.5 Surface的渲染)

一.概述

在Android系统中，绘制渲染与渲染管理是分开的，分别由Surface和SurfaceControl负责。

Surface是SurfaceFlinger管理的一块缓存，Surface的创建依赖SurfaceControl。SurfaceControl用于管理Surface的绘制层级与获取。

Surface和SurfaceControl声明在ViewRootImpl的全局成员变量中，在创建ViewRootImpl时会一起创建Surface和SurfaceControl。但是此时的Surface和SurfaceControl还没有初始化。

Surface和SurfaceControl的创建发生在App首次收到VSync信号。

当VSync信号到来时，会触发App的绘制流程，这时会调用ViewRootImpl的performTraversals方法，在performTraversals方法中会调用relayoutWindow方法。在ViewRootImpl的relayoutWindow方法中，会对Surface和SurfaceControl进行初始化。

二.SurfaceControl的初始化

IWindow是一个Binder接口，对应的实现为W。IWindow用于App进程感知窗口的变化。WindowManagerService会将窗口的移动、可见行、拖动、尺寸变化、系统弹窗关闭等变化通过IWindow反馈到App进程。

IWindowSession也是一个Binder接口，对应的实现是Session。IWindowSession用于App进程对窗口的管理。

App进程会通过IWindowSession来调用WindowManagerService，实现对窗口的创建、移除、重新测量等操作。

在Session的relayout方法中，会调用WindowManagerService的relayoutWindow方法。

在WindowManagerService的relayoutWindow方法中，主要做了三件事：

1）创建WindowState。WindowState用于记录App进程窗口的各种信息。

WindowManagerService通过WindowState对App进程窗口进行管理。

2）从WindowState中获取WindowStateAnimator。WindowStateAnimator用于处理窗口动画与管理Surface，如窗口的出现、消失、尺寸变化等。

3）创建WindowSurfaceController对SurfaceControl进行初始化。

在WindowManagerService的createSurfaceControl方法中，主要做了两件事：

1）创建WindowSurfaceController。WindowSurfaceController是对SurfaceControl的封装。

2）通过WindowSurfaceController对App层的SurfaceControl初始化。

1.WMS层SurfaceController的创建

在WindowStateAnimator的createSurfaceLocked方法中，会创建WindowSurfaceController。

在WindowSurfaceController的构造方法中，主要做了五件事：

1）保存WindowStateAnimator及其中重要的对象，如WindowServiceManager、WindowState等。

2）通过WindowState获取SurfaceControl.Builder。SurfaceControl.Builder是SurfaceControl提供的构造器，暴露了很多set方法用于配置SurfaceControl。

3）使用构造器对SurfaceControl进行配置，如设置名称、元数据、父节点的SurfaceControl等。

4）如果App开启了BlastBufferQueue，同时系统支持BlastBufferQueue，则设置SurfaceControl开启BlastBufferQueue。

5）根据配置创建WMS层的SurfaceControl。

1.1 Native层SurfaceControl的创建

在SurfaceControl的构造方法中，主要做了两件事：

1）创建 Native层的SurfaceControl，返回Native层SurfaceControl的指针。

2）对Native层SurfaceControl的指针进行保存。
SurfaceControl的nativeCreate方法对应的Native实现是android_view_SurfaceControl的nativeCreate函数。

在nativeCreate函数中，主要做了五件事：

1）获取SurfaceComposerClient对象，它是SurfaceFlinger的Binder的Bp端，通过它可以访问SurfaceFlinger。

2）通过Java层传入的父窗口的SurfaceControl的地址获取父窗口的SurfaceControl，作为创建当前窗口SurfaceControl的参数。

3）声明当前窗口的SurfaceControl。

4）调用SurfaceComposerClient的createSurfaceChecked方法，对当前窗口的SurfaceControl进行赋值及初始化。

5）返回当前窗口的SurfaceControl对应的指针。

ISurfaceComposerClient是SurfaceFlinger提供的Binder类，该接口的bp端实现是SurfaceComposerClient，bn端实现是surfaceflinger目录下的Client。

在SurfaceComposerClient的createSurfaceChecked方法中，主要做了三件事：

1）创建CreateSurfaceResult，CreateSurfaceResult用于保存Layer的相关信息。

2）将CreateSurfaceResult作为参数，调用bn端创建Layer。

3）从CreateSurfaceResult中获取参数，创建Native层的SurfaceControl。LayerHandle用于跨进程获取操作Layer。

1.2 SurfaceFlinger中Layer的创建

在Client的createSurface方法中，主要做了两件事：

1）将创建Layer需要的参数封装成LayerCreationArgs。

2）传入LayerCreationArgs，通过SurfaceFlinger创建Layer。

在SurfaceFlinger的createLayer方法中，会调用createBufferStateLayer方法创建Layer。

在SurfaceFlinger的createBufferStateLayer方法中，主要做了两件事：

1）创建Layer。

2）通过Layer获取LayerHandle，并保存到CreateSurfaceResult的handle中。

1.3 Native层SurfaceControl的关联

当Native层SurfaceControl创建完成时，会返回Native层SurfaceControl的地址到Java层。这时会调用assignNativeObject方法，对Native层SurfaceControl进行关联。

在SurfaceControl的assignNativeObject方法中，主要做了三件事：

1）如果SurfaceControl已经被初始化，则释放已有的Native层SurfaceControl。

2）保存当前的Native层SurfaceControl的地址。

3）如果当前的Native层SurfaceControl有效，则将为它进行注册。用于追踪进程的SurfaceControl。

2.App层SurfaceController的初始化

在WindowSurfaceController创建完成后，会调用getSurfaceControl方法。

在WindowSurfaceController的getSurfaceControl方法中，会调用App层SurfaceControl的copyFrom方法，对WindowSurfaceController中SurfaceControl进行拷贝。

在SurfaceControl的copyFrom方法中，调用nativeCopyFromSurfaceControl方法将WMS层SurfaceControl对应的Native层SurfaceControl指针关联到App层SurfaceControl上。

三.Surface的初始化

在SurfaceControl初始化完成后，会对Surface进行初始化。如果不使用BLASTBufferQueue，则直接使用SurfaceControl对Surface初始化，否则使用BLASTBufferQueue对Surface初始化。

1.SurfaceControl对Surface初始化

在ViewRootImpl的performTraversals方法中，如果App层不使用BLASTBufferQueue，Surface会通过copyFrom方法，使用SurfaceControl进行初始化。

在Surface的copyFrom方法中，主要做了两件事：

1）调用nativeGetFromSurfaceControl方法，创建Native层Surface。

2）保存Native层Surface对应的地址。

1.1 Native层Surface的创建

Surface的nativeGetFromSurfaceControl方法对应在Native层的实现为android_view_Surface的nativeGetFromSurfaceControl函数。

在nativeGetFromSurfaceControl函数中，主要做了三件事：

1）获取Native层的SurfaceControl。

2）通过SurfaceControl获取Surface。

3）将Surface转换成对应的地址并返回。

在SurfaceControl的getSurface方法中，会调用generateSurfaceLocked方法。在SurfaceControl的generateSurfaceLocked方法中，主要做了三件事：

1）为BLASTBufferQueue创建SurfaceControl。

2）创建BLASTBufferQueue。

3）从BLASTBufferQueue中获取Surface。

在BLASTBufferQueue的getSurface方法中，直接创建并返回了BBQSurface。

1.2 Native层Surface的关联

当Native层Surface创建完成时，会返回Native层Surface的地址到Java层。这时会调用updateNativeObject方法，对Native层Surface进行关联。

在Surface的updateNativeObject方法中，主要做了两件事：

1）如果当前Surface已经关联了Native层Surface，则释放已经关联的Native层Surface。

2）保存当前Native层Surface对应的地址。

2.BLASTBufferQueue对Surface初始化

在ViewRootImpl的performTraversals方法中，如果App层使用BLASTBufferQueue，会调用ViewRootImpl的updateBlastSurfaceIfNeeded方法对Surface进行初始化。

在ViewRootImpl的updateBlastSurfaceIfNeeded方法中，主要做了三件事：

1）创建BLASTBufferQueue。

2）从BLASTBufferQueue中获取Surface。

3）使用BLASTBufferQueue的Surface初始化App层Surface。

2.1 BLASTBufferQueue的创建

在BLASTBufferQueue的构造方法中，主要做了两件事：

1）调用重载的BLASTBufferQueue的构造方法，初始化Native层BLASTBufferQueue。

2）更新对SurfaceControl的引用。

BLASTBufferQueue的nativeCreate方法对应的Native实现为android_graphics_BLASTBufferQueue的nativeCreate函数。在nativeCreate函数中，直接创建了Native层的BLASTBufferQueue。

在BLASTBufferQueue的构造方法中，主要做了三件事：

1）创建图像缓存的生产消费模型，对IGraphicBufferProducer和IGraphicBufferConsumer进行赋值及初始化。IGraphicBufferProducer和IGraphicBufferConsumer用于GraphicBuffer缓存的获取与释放。

2）创建消费者。BLASTBufferItemConsumer用于帧缓存的消费，帧缓存BufferItem是对GraphicBuffer的封装。

3）设置图像缓存消费监听，后续绘制完成时会收到回调。

2.2 图像缓存的生产消费模型的创建

在BLASTBufferQueue的createBufferQueue方法中，主要做了三件事：

1）创建BufferQueueCore。BufferQueueCore负责缓冲区的核心调度。

2）创建生产模型IGraphicBufferProducer，对参数进行赋值。

3）创建消费模型IGraphicBufferConsumer，对参数进行赋值。

2.3 BLASTBufferQueue中消费者的创建

BLASTBufferItemConsumer是BLASTBufferQueue中图像缓存生产消费模型中的消费者，继承关系如下图所示：

在创建BLASTBufferItemConsumer时，会调用父类ConsumerBase的构造方法。

在ConsumerBase的构造方法中，主要做了三件事：

1）将ConsumerBase转换为ConsumerListener。

2）将ConsumerListener封装为ProxyConsumerListener。

3）向消费模型注册回调。

IGraphicBufferConsumer的cosumerConnect方法是一个跨进程调。最终会调用BufferQueueConsumer的connect方法。

在BufferQueueConsumer的connect方法中，会将IConsumerListener保存到BufferQueueCore中。

2.4 BLASTBufferQueue中Surface的创建

在ViewRootImpl中，当BLASTBufferQueue创建完毕后，会通过BLASTBufferQueue的createSurface方法创建出BLASTBufferQueue的Surface。

在BLASTBufferQueue的createSurface方法中，会调用nativeGetSurface方法创建Surface。

BLASTBufferQueue的nativeGetSurface方法对应的Native实现为android_graphics_BLASTBufferQueue的nativeGetSurface函数。在nativeGetSurface函数中，主要做了两件事：

1）获取BLASTBufferQueue。

2）通过BLASTBufferQueue获取Native层Surface，创建Java层Surface并绑定Native层Surface。

在BLASTBufferQueue的getSurface方法中，直接创建并返回了BBQSurface。

2.5 Surafce初始化Surafce

在ViewRootImpl中，当BLASTBufferQueue创建完Surafce后，App层Surface会调用transferFrom方法，使用BlastBufferQueue创建的Surface对自身进行初始化。

在Surface的transferFrom方法中，主要做了三件事：

1）获取BLASTBufferQueue创建的Surface中Native层Surface的地址。

2）解除BLASTBufferQueue创建的Surface与Native层Surface的关联。

3）将自身关联到Native层Surface上。

在Surface的setNativeObjectLocked方法中，会将Native层Surface对应的地址保存到全局变量中。

四.总结

1.Surface与SurfaceControl的初始化时机

在Android中，Surface负责绘制渲染，SurfaceControl负责渲染过程的管理。

Surface和SurfaceControl在App进程首次收到VSync信号时在ViewRootImpl中进行初始化。

2.SurfaceControl的初始化

2.1 概述

SurfaceControl的初始化过程本质上是请求WindowManagerService创建Native层SurfaceControl，并与Native层SurfaceControl进行关联的过程。

2.2 过程

在SurfaceControl初始化的过程中，WindowStateAnimator会通过WindowStateAnimator创建WindowSurfaceController。并将WindowSurfaceController中SurfaceControl对应的Native层SurfaceControl与App层SurfaceControl进行关联。

2.3 Java层SurfaceControl与Native层SurfaceControl的关联

Java层SurfaceControl与Native层SurfaceControl的关联本质上是Java层SurfaceControl对native层SurfaceControl地址的保存。

2.4 SurfaceControl与Layer的关系

Native层SurfaceControl的创建会触发SurfaceFlinger创建Layer。Native层SurfaceControl与SurfaceFlinger中的Layer是一一对应的。SurfaceControl通过LayerHandle实现跨进程控制Layer。

2.5 SurfaceControl的渲染管理

SurfaceControl对渲染的管理本质上是对SurfaceFlinger、Layer、BlastBufferQueue的管理。

3.Surface的初始化

3.1 概述

Surface的初始化过程本质上是通过SurfaceControl或BlastBufferQueue创建Native层Surface，并与Native层Surface进行关联的过程。

3.2 过程

在Android 12后，Surface可以选择通过SurfaceControl进行初始化或者通过BlastBufferQueue进行初始化。

但是由于Native层SurfaceControl与Native层BlastBufferQueue是关联在一起的。无论选择哪种初始化方式，实际上都是通过BlastBufferQueue进行初始化。

如果选择通过SurfaceControl进行初始化，那么在Native层SurfaceControl中，会创建Native层BlastBufferQueue。如果选择通过BlastBufferQueue进行初始化，那么Native层BlastBufferQueue会关联Native层SurfaceControl的LayerHandle。

3.3 Java层Surface与Native层Surface的关联

Java层Surface与Native层Surface的关联本质上是Java层Surface对Native层Surface地址的保存。

3.4 BLASTBufferQueue与生产消费模型的关系

Native层BLASTBufferQueue的创建会触发图像生产消费模型的创建。BLASTBufferItemConsumer负责处理图像消费的逻辑。BBQSurface负责处理图像生产的逻辑。

3.5 Surface的渲染

Surface的渲染本质上是对图像生产消费模型中生产者的控制。