深入Android系统（十二）Android图形显示系统-1-显示原理与Surface

• Window Positioning中的WindowManager主要是用来控制Window对象

• Window对象是用来存放View对象的容器，每个Window对象都会关联Surface对象

• WindowManager监视Window对象的生命周期、输入和焦点事件、屏幕方向、转换、动画、位置、变换、z顺序等

• 然后将所有Window元数据发送给SurfaceFlinger，SurfaceFlinger利用这些元数据把自己管理的所有Surface组合成layer

• 然后交给Hardware Composer做进一步处理

• HAL层中的Hardware Composer(HWC)会根据当前硬件来进一步进行缓冲区的组合，它的具体实现依赖于特定的显示设备

• 官网关于HWC的数据流如下：

• SurfaceFlinger作为client向HWC提供一个完整的layer列表，然后询问HWC计划如何处理
• HWC会将这些layer标记为client合成或者device合成并告知SurfaceFlinger
• SurfaceFlinger将处理标记为client合成的layer，然后通过BufferQueue传递给HWC
• 余下的layer由HWC自行处理

网上一篇很有趣的渲染总结(文中有些错误，但瑕不掩瑜)：Android渲染原理

VSYNC信号

前面提到Linux使用Framebuffer来用作显示输出。但是，如果在屏幕更新到一半时，用户进程更新了Framebuffer中的数据，将导致屏幕上画面的上半部分是前一帧的画面，下半部分变成了新的画面。当然这种异常会在下次刷新时纠正过来，但是在用户感知上画面会出现闪烁感

• 针对这种情况，早期的解决方法是使用双缓冲机制，双缓冲就是提供两块Framebuffer，一块用于显示，另一块用于数据更新，数据准备好后，通过ioctl操作告诉显示设备切换用于显示的Framebuffer，这样图像就能快速的显示出来了
• 但是双缓冲并没有完全解决问题，虽然双缓冲切换的速度很快，但是如果切换的时间点不对，在画面更新一半的时候进行切换，还是会出现单缓冲区遇到的闪烁问题
• 当然，可以在底层进行控制，当收到切换请求后内部并不马上执行，而是等到刷新完成后再切换，这样可以完全避免画面重叠的问题
• 但是，这样做会带来新的问题，如果ioctl操作完成后缓冲区没有切换，应用就不能确定何时可以再使用缓存区，只能通过ioctl不停地查询缓冲区状态，直到切换完成。这种CPU主动查询的方式很低效

为此Android让底层固定地发送信号给用户进程，通知进程切换的时机，这样就避免了用户进程主动查询的操作。而这个信号就是VSYNC信号

官方传送门：VSYNC

官方描述如下：VSYNC信号用来同步整个显示流程(Display Pipeline)。显示流程包括app渲染、SurfaceFlinger合成、HWC(硬件渲染)组成

(这部分感觉原文更容易理解)VSYNC synchronizes the time apps wake up to start rendering, the time SurfaceFlinger wakes up to composite the screen, and the display refresh cycle.

VSYNC信号应该由显示驱动产生，这样才能达到最佳效果。但是Android为了能运行在不支持VSYNC机制的设备上，也提供了用软件来模拟产生VSYNC信号的手段

官网描述：通过HWC来产生VSYNC信号，并通过接口回调将事件进行发送（主要是SurfaceFlinger进行事件接收）

基础知识铺垫完成，我们先来看看Surface

Surface

官网对Surface的描述是：A surface is an interface for a producer to exchange buffers with a consumer.

上面描述的是一种生产者-消费者的模式，而Surface充当了中间衔接的角色。

以Activity中UI显示为例：

• 生产者的任务就是把图形绘制在Surface对象上

• 比较出名的生产者就是SurfaceView组件了

• SurfaceFlinger作为消费者会把所有Surface对应的图像层混合在一起

• 最后消费者将其输出到FrameBuffer中，这样在屏幕上就看到最后合成的图像了

下面我们从Java层开始分析Surface

应用中Surface的创建过程

应用开发中很少直接使用Surface，因为每个Activity中都已经创建好了各自的Surface对象，通常只有一些特殊的应用才需要在Activity之外再去创建Surface，例如相机、视频播放应用。

不过，通常这些应用也是通过创建SurfaceView来使用Surface

需要注意的是，在应用中不能直接去创建一个可用的Surface对象(也可以说直接创建出的对象没什么实际用途)，因为这样创建出的Surface对象和SurfaceFlinger之间没有任何关联。

该如何创见一个可用的Surface对象呢？
我们看下Surface类的定义：

public class Surface implements Parcelable {
long mNativeObject;
// 一个无参构造，空实现
public Surface() {
}
public Surface(SurfaceTexture surfaceTexture) {
if (surfaceTexture == null) {
throw new IllegalArgumentException(“surfaceTexture must not be null”);
}
mIsSingleBuffered = surfaceTexture.isSingleBuffered();
synchronized (mLock) {
mName = surfaceTexture.toString();
setNativeObjectLocked(nativeCreateFromSurfaceTexture(surfaceTexture));
}
}
}

Surface类对外有两个构造方法：

• 一个是无参构造，实现也是空的

• 注释中说这个主要是给readFromParcel()反序列化用的

• 那我们看下readFromParcel()方法

public void readFromParcel(Parcel source) {
if (source == null) {
throw new IllegalArgumentException(“source must not be null”);
}
synchronized (mLock) {
mName = source.readString();
mIsSingleBuffered = source.readInt() != 0;
setNativeObjectLocked(nativeReadFromParcel(mNativeObject, source));
}
}

• 另一个需要传递SurfaceTextur