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Android 图形系统之三：SurfaceControl

news 2025/7/6 16:52:16

在 Android 系统中，SurfaceControl 是一个关键的类，用于管理应用窗口和屏幕上的显示内容。它与 SurfaceFlinger 紧密交互，通过 BufferQueue 提供高效的图形缓冲区管理能力。SurfaceControl 是 Android 的显示架构中不可或缺的部分，主要作用包括：

创建和控制显示表面 (Surface)：
应用可以通过它创建和管理显示内容的基础表面。
管理子层级关系 (Layer Hierarchy)：
用于定义表面之间的层级关系（父子关系）。
动画和变换 (Transformations)：
提供旋转、缩放、平移等操作以控制表面的位置和形状。
直接和 SurfaceFlinger 交互：
通过 Binder 调用与系统的 SurfaceFlinger 服务通信。
以下将结合源码，从关键方法、实现机制以及它在图形渲染系统中的角色等方面详细解析。

在这里插入图片描述
图片参考自Android的UI显示原理之Surface的创建

SurfaceControl 的关键方法

1. 创建 SurfaceControl 对象

Java 层接口：

SurfaceControl.Builder builder = new SurfaceControl.Builder();
SurfaceControl surfaceControl = builder.setName("MySurface").setBufferSize(1080, 1920).build();

关键代码：
SurfaceControl 的构造函数通过 JNI 与底层 native 层的 android::SurfaceComposerClient 交互。

sp SurfaceComposerClient::createSurface(const String8& name, uint32_t width, uint32_t height, PixelFormat format, uint32_t flags) {// 向 SurfaceFlinger 请求创建 SurfaceControlreturn SurfaceFlinger::createSurface(name, width, height, format, flags);
}

2. 绑定到 Surface

SurfaceControl 创建的表面可以与 Surface 绑定，用于绘制图形内容。

Surface surface = new Surface(surfaceControl);
Canvas canvas = surface.lockCanvas(null);
canvas.drawColor(Color.RED);
surface.unlockCanvasAndPost(canvas);

3. 更新 Surface 属性

通过事务 (SurfaceControl.Transaction) 修改表面参数。

SurfaceControl.Transaction transaction = new SurfaceControl.Transaction();
transaction.setPosition(surfaceControl, 100, 200);
transaction.setLayer(surfaceControl, 5);
transaction.apply();

对应 native 层：
setPosition 等操作最终会通过 android::Transaction 被序列化，并传递给 SurfaceFlinger。

底层实现解析

1. SurfaceControl 的核心数据结构

在 native 层，SurfaceControl 是 sp<SurfaceControl> 类型的一个智能指针，主要管理一个 Layer（层）的生命周期。

class SurfaceControl {sp mHandle; // SurfaceFlinger 服务的句柄sp mProducer; // 对应 BufferQueue 的生产者端
};

mHandle：是通过 Binder 与 SurfaceFlinger 通信的关键。
mProducer：对应图形缓冲区生产者，与 BufferQueue 相连。

2. Layer 和 SurfaceFlinger 的交互

每个 SurfaceControl 对应一个 Layer，所有 Layer 在 SurfaceFlinger 中维护。

status_t SurfaceFlinger::createLayer(const sp& client, const String8& name,uint32_t w, uint32_t h, uint32_t flags,sp* handle,sp* gbp) {// 创建 Layer 并初始化 BufferQueuesp layer = new Layer(...);*handle = layer->getHandle();*gbp = layer->getBufferQueue();
}

3. 事务提交

SurfaceControl.Transaction 在 native 层通过 android::Transaction 表示。

status_t SurfaceFlinger::setTransactionState(const Vector& state, const Vector& displays, uint32_t flags) {// 解析事务操作并更新 Layer 树for (const ComposerState& composerState : state) {applyState(composerState);}
}

SurfaceFlinger 将事务中的操作应用到 Layer 树，并在下一帧提交渲染。

SurfaceControl 的使用场景

应用窗口渲染：
SurfaceControl 是 Android View 系统渲染机制的核心，WindowManager 通过它管理窗口。
硬件加速和视频播放：
视频播放器如 ExoPlayer，使用 SurfaceControl 提供的 Surface 绘制视频帧。
多窗口和手势导航：
Android 的多窗口模式，以及系统手势的动画都依赖于它。

SurfaceControl 的性能优势

高效缓冲区管理：
通过 BufferQueue 提供生产者和消费者分离的模型，支持异步渲染和显示。
分层架构：
Layer 树的分层设计支持复杂的动画效果和变换。
GPU 和硬件优化：
SurfaceFlinger 直接调用 OpenGL 或 Vulkan，实现硬件加速。

总结

SurfaceControl 是 Android 图形渲染体系的核心部分，其设计贯穿从应用层到硬件层的每一个细节。它抽象了图形缓冲区管理和 Layer 树操作，通过 SurfaceFlinger 实现高效的图形显示管理。通过理解 SurfaceControl 的源码和底层架构，可以深入掌握 Android 图形系统的工作原理，有助于优化 UI 性能和开发复杂动画效果。