Surface中的BufferQueue

1. BufferQueue 是什么

本质：一个环形缓冲队列 （slots + fences），承接"生产者 Producer 写帧 → 消费者 Consumer 取帧"的流。
关键目标 ：零拷贝/少拷贝传递图像帧，降低延迟与功耗。
典型 Producer：MediaCodec（硬解）、MediaPlayer/ExoPlayer、OpenGL(EGL)、Canvas CPU 绘制。
典型 Consumer：
- SurfaceView：SurfaceFlinger（系统合成器，独立图层）
- TextureView：SurfaceTexture（把帧变为 GPU 纹理参与应用内合成）

简图：

scss 复制代码

Producer(解码/GL/Canvas) ──> Surface(IGraphicBufferProducer)
     │                                  │
     │                           [BufferQueueCore]
     ▼                                  │
  queueBuffer()                   acquireBuffer()
                                     ▼
   -----fence---->           Consumer(SF/SurfaceTexture)

2. 内部构成（你需要知道的名词）

Slots：固定数量的缓冲槽位（Android 源码里 NUM_BUFFER_SLOTS=64 的上限，实际使用远小于此，一般 2~4）。
GraphicBuffer：每个 slot 上的图像缓冲（显存/共享内存）。
Fence（栅栏） ：同步原语，标记"GPU/硬件写入/读取完成"。Producer queue 时附release fence ；Consumer acquire 时拿到acquire fence。
IGraphicBufferProducer / Consumer：BufferQueue 的 Binder 两端接口；Java Surface → native Surface.cpp → IGBP。
BufferQueueProducer/Consumer/Core：C++ 里三分体实现（队列核心 + 生产/消费端包装）。

3. 状态机与典型时序

3.1 Producer 侧（写帧）

dequeueBuffer() ：向队列申请一个空闲 slot
- 若没有可用 slot，会阻塞/失败。
请求/复用缓冲 ：如果大小/格式/usage 不匹配，触发重新分配（避免每帧分配！）。
渲染写入：
- CPU：ANativeWindow_lock() → 绘制 → unlockAndPost()
- GL：向 egl window surface 画 → eglSwapBuffers()
- MediaCodec：解码器把帧直接写入绑定的 Surface
queueBuffer() ：把填好的帧入队，并附上 release fence、时间戳、裁剪、变换等元数据。
- 若队列满，可能阻塞或丢帧（async 模式）。

3.2 Consumer 侧（读帧）

acquireBuffer() ：取队首可用帧；等待 acquire fence 完成再读（保证数据有效）。
消费：
- SurfaceView：SurfaceFlinger 在下一次合成周期把这帧与其它图层进行硬件合成/混合。
- TextureView：SurfaceTexture 把帧更新到 GL 纹理，在应用进程的 ViewRoot 绘制时采样参与合成。
releaseBuffer() ：用完把 slot 归还队列（可再次被 Producer 复用）。

关键点 ：双/三缓冲常见。三缓冲可降低生产/消费不同步导致的阻塞，但会增加一帧延迟。

4. 容量/阻塞规则（为什么会"卡住/掉帧"）

队列允许 Producer 同时"借出"的 buffer 数量受 maxDequeuedBufferCount 限制（默认根据 Consumer 能同时持有的数量决定）。
当 Producer 已借出过多 或 Consumer 持有未释放 ，再 dequeueBuffer() 可能阻塞。
当 Producer queueBuffer() 太快（消费者来不及合成/采样）：
- 同步模式：可能在 queueBuffer() 阻塞等待。
- 异步模式 （setAsyncMode(true)）：不阻塞，丢弃旧帧保留最新帧（视频预览常用）。
尺寸/格式改变 会导致老缓冲失配并重分配，频繁 reallocate = 抖动/卡顿。

经验：视频/相机建议 3 缓冲 （Producer 可 deque 2 个，Consumer 同时 hold 1 个），并开启异步模式以避免阻塞主渲染。

5. SurfaceView vs TextureView：BufferQueue 的去向不同

维度	SurfaceView 管线	TextureView 管线
Consumer	SurfaceFlinger（系统）	SurfaceTexture（应用）
合成	独立图层，与其它窗口一起合成	作为纹理参与 ViewRoot 的 GPU 合成
延迟/功耗	更低	略高（多一次纹理采样与应用内合成）
动画/裁剪	受限	灵活（透明/圆角/Matrix）

相同点：两者 Producer 都是对一个 Surface 写帧；BufferQueue 机制一致，只是"另一端是谁"不同。

6. 关键参数与调优点（Producer 侧常用）

尺寸：ANativeWindow_setBuffersGeometry() / MediaCodec format.setInteger(KEY_WIDTH/HEIGHT, ...)

→ 只在必要时改，否则频繁重分配。
格式：PIXEL_FORMAT_RGBA_8888 等；视频解码一般 NV12/NV21/YUV420（由 Codec & HWC 决定）。
Usage：GRALLOC_USAGE_SW_READ/WRITE, HW_TEXTURE, HW_COMPOSER, PROTECTED（DRM）等；决定缓冲放在哪、能否被哪类硬件高效访问。
Dataspace/ColorSpace：BT.709/BT.2020/HDR；和 HWC/GL 管线匹配，否则会偏色/错 gamma。
Scaling/Transform/Crop：通过 queueBuffer() 的元数据携带。SurfaceView 通常用 HWC 处理，TextureView 用 setTransform()。

7. 常见问题 & 对策

卡住在 dequeue/queue
- 增加缓冲数（setBufferCount / setMaxDequeuedBufferCount）；
- 开启 async 模式（允许丢旧帧保最新）；
- 检查 Consumer 是否长期不 releaseBuffer()（例如合成阻塞、GL 卡帧）。
频繁重分配（alloc churn）
- 避免每帧改分辨率/格式；先 detach 再统一 setBuffersGeometry，或在场景切换时一次性变更。
黑屏/花屏/绿屏
- TextureView 某些机型/解码器组合不稳 → 验证改用 SurfaceView；
- 确认 setSurface(null) 的时序，销毁前解绑定；
- 检查颜色空间/stride 对齐问题（尤其自研 GL）。
高延迟
- 三缓冲 + async；降低渲染分辨率；减少在应用进程的二次合成（TextureView->考虑 SurfaceView）。
截图/录屏差异
- SurfaceView 不参与应用内 View.draw() 截屏；系统录屏一般可见；DRM 可 setSecure(true) 禁止截屏。

8. 调试与观测

adb shell dumpsys SurfaceFlinger --list / --displays / --latency：看图层、刷新、合成信息。
Systrace/Perfetto：Graphics、View、Sched、Freq 轨道看 queue/dequeue、合成耗时与丢帧。
dumpsys gfxinfo：帧时间分布、Janky 统计。
开启 debug.sf.* 系列系统属性（开发版 ROM）可见更详细日志（谨慎）。

9. 最小落地骨架（Player → Surface）

SurfaceView

kotlin 复制代码

sv.holder.addCallback(object : SurfaceHolder.Callback {
    override fun surfaceCreated(h: SurfaceHolder) {
        player.setVideoSurface(h.surface)        // Media3/ExoPlayer API
        player.playWhenReady = true
    }
    override fun surfaceDestroyed(h: SurfaceHolder) {
        player.setVideoSurface(null)             // 先解绑再 release
    }
})

TextureView

kotlin 复制代码

tv.surfaceTextureListener = object : TextureView.SurfaceTextureListener {
    override fun onSurfaceTextureAvailable(st: SurfaceTexture, w: Int, h: Int) {
        player.setVideoSurface(Surface(st))
        player.playWhenReady = true
    }
    override fun onSurfaceTextureDestroyed(st: SurfaceTexture) = true.also {
        player.setVideoSurface(null)
    }
}

若用 EGL/GL 自绘：以 holder.surface 或 Surface(st) 创建 EGL window surface，再 eglSwapBuffers()。

一句话总结

BufferQueue 是 Surface 的"帧中转站"：Producer 通过 dequeue→渲染→queue 写帧；Consumer acquire→显示→release 读帧。

在 SurfaceView ，帧被 SurfaceFlinger 直接合成；在 TextureView，帧先变成纹理参与应用内合成。理解这一点，基本就能把"卡顿/黑屏/延迟"问题对症下药。