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Android 图形系统之三:SurfaceControl

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:

  1. 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。
  2. 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)。
  3. 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。
  4. 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,SurfaceControlsp<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

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。

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