Android硬件位图填坑之获取硬件画布

Android Bitmap

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 2019/01/21   Share

前言

Hardware Bitmap（硬件位图）是Android8.0加入的新功能，通过设置Bitmap的config为Bitmap.Config.HARDWARE，创建所谓的Hardware Bitmap，它不同与其他Config的Bitmap，Hardware Bitmap对应的像素数据是存储在显存中，并对图片仅在屏幕上绘制的场景做了优化；

硬件位图的介绍参考Glide文档

何如使用Hardware Bitmap

创建Hardware Bitmap

众所周知，Bitmap的创建一般是调用BitmapFactory这个工厂类来实现，由于Hardware Bitmap需要配置Bitmap.Config.HARDWARE属性，一个基本的获取用Hardware Bitmap的写法如下：

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val options = BitmapFactory.Options()
options.inPreferredConfig = Bitmap.Config.HARDWARE
val bitmap = BitmapFactory.decodeResource(resources, R.drawable.dog, options)

主要是需要设置BitmapFactory.Options的inPreferredConfig为Bitmap.Config.HARDWARE；

针对HARDWARE情况BitmapFactory的提示

如果设置了inPreferredConfig = Bitmap.Config.HARDWARE，千万不要设置options.inMutable = true，这样会引起报错，因为Hardware Bitmap是不可变的，也不能被利用；另外inBitmap属性也没有必要设置，因为硬件位图不需要当前进程的缓存复用，如果设置inBitmap可能会替换掉之前设置的inPreferredConfig属性;

使用Hardware Bitmap

通过上一步的创建，我们获得Bitmap对象，首先我们可以通过bitmap.getConfig()获取到当前Bitmap是不是Hardware，其次，大多数情况下，我们是把Bitmap设置给ImageView控件；

1	imageView.setImageBitmap(bitmap)

一行代码搞定imageView没错，这行代码一般情况下是没有问题的，那么问题在哪里？

首先，硬件位图只支持GPU的绘制，言外之意是这个ImageView必须在开启硬件加速的Activity中，而且当前这个ImageView不能设置软件层 (software layer type)；

开启硬件加速的代码

//application级别开启硬件加速
<application android:hardwareAccelerated="true"> 
    <activity ..../>
</>

//activity级别开启硬件加速
<activity android:hardwareAccelerated="true"/>

在View 上使用software layer type

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ImageView imageView = …
imageView.setImageBitmap(hardwareBitmap);
imageView.setLayerType(View.LAYER_TYPE_SOFTWARE, null);

如果我们满足硬件加速和不设置software layer type这两个条件，在正真使用中还有坑，其中最大的也最频繁发生的就是通过Canvas来改变Bitmap的形状或者其他的转换；

拿圆形图片做例子

假设我们需要显示圆形图片，一般解决方案有两种：通过自定义控件处理和通过Glide等工具类直接剪裁Bitmap；当Bitmap剪裁遇到HARDWARE就是问题的开始；

通过自定义控件比如CircleImageView的方案，onDraw()方法如下：

@Override
protected void onDraw(Canvas canvas) {
    if (mDisableCircularTransformation) {
        super.onDraw(canvas);
        return;
    }
    if (mBitmap == null) {
        return;
    }

    if (mCircleBackgroundColor != Color.TRANSPARENT) {
        canvas.drawCircle(mDrawableRect.centerX(), mDrawableRect.centerY(), mDrawableRadius, mCircleBackgroundPaint);
    }
    canvas.drawCircle(mDrawableRect.centerX(), mDrawableRect.centerY(), mDrawableRadius, mBitmapPaint);
    if (mBorderWidth > 0) {
        canvas.drawCircle(mBorderRect.centerX(), mBorderRect.centerY(), mBorderRadius, mBorderPaint);
    }
    }

这是CircleImageView重新onDraw()方法，通过自定义控件实现剪切圆角，在设置硬件位图Bitmap时，一般都没有问题；

通过类似Glide等直接处理Bitmap的方式剪裁圆形图片，基本代码如下:

Canvas canvas = new Canvas(resultBitmap);
 // Draw a circle
 canvas.drawCircle(radius, radius, radius, CIRCLE_CROP_SHAPE_PAINT);
 // Draw the bitmap in the circle
 canvas.drawBitmap(inBitmap, null, destRect, CIRCLE_CROP_BITMAP_PAINT);
 clear(canvas);

通过类似工具类的形式直接对Bitmap进行修改，执行到canvas.drawBitmap就会报异常，异常信息是java.lang.IllegalStateException: Software rendering doesn't support hardware bitmaps;

如何避免报异常

我大致想了这么两个方案：

方案一：所有关于剪切Bitmap的操作都改成自定义控件，在自定义控件的onDraw中实现；
方案二：寻找一种方案，解决掉自己创建的Canvas不报异常，这样就能继续用工具类来处理Bitmap；

方案一技术实现比较简单，把项目中所用用到处理Bitmap的逻辑都换成自定义控件，但是可能涉及到很多处代码的修改，是一个功夫活；

方案二实施起来有点障碍，因为除了通过new Canvas(Bitmap)获取画布，还能通过什么方式能拿到Canvas，对了还有SurfaceView也是可以拿到Canvas，但是SurfaceView不支持硬件加速，所以直接就Pass了，想实现方案二我认为得弄清自定义控件onDraw()方法中Canvas从何而来;

分析Canvas流程

View.onDraw()中的Canvas从何而来

我们知道，View的绘制流程是从ViewRootImpl.performTraversals()这个方法开始

performTraversals()

boolean cancelDraw = mAttachInfo.mTreeObserver.dispatchOnPreDraw() || !isViewVisible;

    if (!cancelDraw && !newSurface) {
        if (mPendingTransitions != null && mPendingTransitions.size() > 0) {
            for (int i = 0; i < mPendingTransitions.size(); ++i) {
            mPendingTransitions.get(i).startChangingAnimations();
            }
            mPendingTransitions.clear();
        }
        //调动performDraw()
        performDraw();
    } else {
        if (isViewVisible) {
            // Try again
            scheduleTraversals();
        } else if (mPendingTransitions != null && mPendingTransitions.size() > 0) {
            for (int i = 0; i < mPendingTransitions.size(); ++i) {
                mPendingTransitions.get(i).endChangingAnimations();
            }
            mPendingTransitions.clear();
        }
    }

performTraversals()方法调用performDraw()，然后performDraw()方法中又调用draw(fullRedrawNeeded)，大部门绘制的逻辑都是在draw(fullRedrawNeeded)方法中;

draw(fullRedrawNeeded)

if (!dirty.isEmpty() || mIsAnimating || accessibilityFocusDirty) {
       if (mAttachInfo.mThreadedRenderer != null && mAttachInfo.mThreadedRenderer.isEnabled()) {
       //省略代码
       mAttachInfo.mThreadedRenderer.draw(mView, mAttachInfo, this);
       } else {
   if (mAttachInfo.mThreadedRenderer != null &&
           !mAttachInfo.mThreadedRenderer.isEnabled() &&
           mAttachInfo.mThreadedRenderer.isRequested()) {
       //省略代码    
       //drawSoftware
       if (!drawSoftware(surface, mAttachInfo, xOffset, yOffset, scalingRequired, dirty)) {
           return;
           }           
       }
   }

从draw(fullRedrawNeeded)方法可以看到，如果支持硬件加速，调用mAttachInfo.mThreadedRenderer.draw()方法，否则调用drawSoftware()方法，绘制的基本流程从这里分叉；

drawSoftware如何获得Canvas

drawSoftware()

private boolean drawSoftware(Surface surface, AttachInfo attachInfo, int xoff, int yoff,
        boolean scalingRequired, Rect dirty) {
    // Draw with software renderer.
    final Canvas canvas;
    try {
        final int left = dirty.left;
        final int top = dirty.top;
        final int right = dirty.right;
        final int bottom = dirty.bottom;
        canvas = mSurface.lockCanvas(dirty);
        Surface.lockCanvas()
        //noinspection ConstantConditions
        if (left != dirty.left || top != dirty.top || right != dirty.right
                || bottom != dirty.bottom) {
            attachInfo.mIgnoreDirtyState = true;
        }

        canvas.setDensity(mDensity);
    } catch (Surface.OutOfResourcesException e) {
        handleOutOfResourcesException(e);
        return false;
    } catch (IllegalArgumentException e) {
        mLayoutRequested = true; 
        return false;
    }
    //省略代码
}

从drawSoftware()方法可以知道，软件绘制的流程是从Surface.lockCanvas()获得Canvas对象；

View体系硬件加速Canvas创建过程

ThreadedRenderer.draw()

void draw(View view, AttachInfo attachInfo, DrawCallbacks callbacks) {
    attachInfo.mIgnoreDirtyState = true;
    final Choreographer choreographer = attachInfo.mViewRootImpl.mChoreographer;
    choreographer.mFrameInfo.markDrawStart();
    //调用updateRootDisplayList更新DisplayList
    updateRootDisplayList(view, callbacks);
}

ThreadedRenderer.updateRootDisplayList()

private void updateRootDisplayList(View view, DrawCallbacks callbacks) {
    Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_VIEW, "Record View#draw()");
    updateViewTreeDisplayList(view);
    if (mRootNodeNeedsUpdate || !mRootNode.isValid()) {
        //通过RootNode.start创建DisplayListCanvas
        DisplayListCanvas canvas = mRootNode.start(mSurfaceWidth, mSurfaceHeight);
    try {
        final int saveCount = canvas.save();
        canvas.translate(mInsetLeft, mInsetTop);
        callbacks.onPreDraw(canvas);
        canvas.insertReorderBarrier();
        canvas.drawRenderNode(view.updateDisplayListIfDirty());
        canvas.insertInorderBarrier();
        callbacks.onPostDraw(canvas);
        canvas.restoreToCount(saveCount);
        mRootNodeNeedsUpdate = false;
    } finally {
        //最终调用end方法
        mRootNode.end(canvas);
    }
    }
    Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_VIEW);
}

View.updateDisplayListIfDirty()

public RenderNode updateDisplayListIfDirty() {
    final RenderNode renderNode = mRenderNode;
    //省略代码
        int layerType = getLayerType();
        //创建DisplayListCanvas
        final DisplayListCanvas canvas = renderNode.start(width, height);
        canvas.setHighContrastText(mAttachInfo.mHighContrastText);
        try {
            //判断layerType
            if (layerType == LAYER_TYPE_SOFTWARE) {
                buildDrawingCache(true);
                Bitmap cache = getDrawingCache(true);
                if (cache != null) {
                    canvas.drawBitmap(cache, 0, 0, mLayerPaint);
                }
            } else {
                computeScroll();
                canvas.translate(-mScrollX, -mScrollY);
                mPrivateFlags |= PFLAG_DRAWN | PFLAG_DRAWING_CACHE_VALID;
                mPrivateFlags &= ~PFLAG_DIRTY_MASK;
                // Fast path for layouts with no backgrounds
                if ((mPrivateFlags & PFLAG_SKIP_DRAW) == PFLAG_SKIP_DRAW) {
                    dispatchDraw(canvas);//dispatchDraw
                    drawAutofilledHighlight(canvas);
                    if (mOverlay != null && !mOverlay.isEmpty()) {
                        mOverlay.getOverlayView().draw(canvas);
                    }
                    if (debugDraw()) {
                        debugDrawFocus(canvas);
                    }
                } else {
                    //调用draw()方法
                    draw(canvas);
                }
            }
        } finally {
            renderNode.end(canvas);
            setDisplayListProperties(renderNode);
        }
    } else {
        mPrivateFlags |= PFLAG_DRAWN | PFLAG_DRAWING_CACHE_VALID;
        mPrivateFlags &= ~PFLAG_DIRTY_MASK;
    }
    return renderNode;
}

从上面基本流程可以看出，硬件加速下Canvas的创建是调用RenderNode.create()方法，每个View都有自己的RenderNode，RenderNode的创建是在View的构造方法中；

View构造方法

public View(Context context) {
    mContext = context;
    mResources = context != null ? context.getResources() : null;
    mViewFlags = SOUND_EFFECTS_ENABLED | HAPTIC_FEEDBACK_ENABLED | FOCUSABLE_AUTO;
    //省略
    mRenderNode = RenderNode.create(getClass().getName(), this);
    //省略
}

RenderNode通过调用静态方法create得到RenderNode对象，我们继续看RenderNode.create()方法

RenderNode.create()

/**
 * @param name The name of the RenderNode, used for debugging purpose. May be null.
 * @return A new RenderNode.
 */
public static RenderNode create(String name, @Nullable View owningView) {
    return new RenderNode(name, owningView);
}

create()方法有两个参数，第一个name，第二个是owningView，而且是可以为空的，从注释上来看，name只是为了调试用，而且owningView可以为空，我们可以用反射去创建一个简单的RenderNode;

尝试创建一个Canvas

回顾一下，写出一个简单的创建一个硬件加速Canvas的代码：

第一行，创建RenderNode
RenderNode node = RenderNode.create("helloworld", null);
第二行，创建DisplayListCanvas
final DisplayListCanvas canvas = node.start(bitmapWidth, bitmapHeight);
第三行，执行canvas的操作
canvas.xxx();
第四行，执行node.end()方法
node.end(canvas);

一个简单的DisplayListCanvas创建流程在脑海中浮现出来，但是还有个问题，我们执行完canvas的绘制操作之后，生成的产物Bitmap从哪里得到，我们回顾和ViewRootImpl打交道的硬件加速绘制相关的类是ThreadedRenderer，我们刚才看了这个类的draw()方法和updateRootDisplayList()方法，很有意思，它还有一个这个静态的方法createHardwareBitmap(RenderNode node, int width, int height)；

ThreadedRenderer.createHardwareBitmap()

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public static Bitmap createHardwareBitmap(RenderNode node, int width, int height) {
    return nCreateHardwareBitmap(node.getNativeDisplayList(), width, height);
}

该方法根据传入的RenderNode创建一个硬件加速的Bitmap并返回，要求传入的这个node必须是根root，在这里，一个完整的获取替换Canvas的流程应该是这样；

第一行，创建RenderNode
RenderNode node = RenderNode.create("helloworld", null);
第二行，创建DisplayListCanvas
final DisplayListCanvas canvas = node.start(width, height);
第三行，执行canvas的操作
canvas.xxx();
第四行，执行node.end()方法
node.end(canvas);
第五行，调用createHardwareBitmap生成Bitmap
bitmap = ThreadedRenderer.createHardwareBitmap(node,width,height)

基于上面的伪代码分析，我写了一个避免反射调优化版的Hardware Canvas，基本调用如下：

//创建HardwareCanvasManager
val hardwareCanvasManager = HardwareCanvasManager()
try {
    //获取canvas
    val canvas = hardwareCanvasManager.createCanvas(size, size)
    //画圆形or其他绘制
    canvas.drawCircle(radius, radius, radius, CIRCLE_CROP_SHAPE_PAINT);
    //画原图，通过画笔设置SRC_IN属性
    canvas.drawBitmap(inBitmap, null, destRect, CIRCLE_CROP_BITMAP_PAINT);
    //得到bitmap
    val buildBitmap = hardwareCanvasManager.buildBitmap()
    //将bitmap设置给ImageView
    iv.setImageBitmap(buildBitmap)
} finally {
    //清理工作
    hardwareCanvasManager.clean()
}

Github传送门

总结

这篇水文主要是分析View绘制下Canvas的创建流程，关于硬件加速的更详细的介绍，推荐大家看这篇文章https://www.jianshu.com/p/40f660e17a73。

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2. 何如使用Hardware Bitmap
1. 2.1. 创建Hardware Bitmap
2. 2.2. 使用Hardware Bitmap
3. 分析Canvas流程
1. 3.1. drawSoftware如何获得Canvas
2. 3.2. View体系硬件加速Canvas创建过程
4. 尝试创建一个Canvas
5. 总结

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