Android 4.1 Surface系统变更说明_Android

Android 4.1 Surface系统变化说明

时间真的是很巧，本来没打算写Surface系统的（相比AudioFlinger来说，Surface变化之后的难度真的是毛毛雨了），但为了庆祝泷泽萝拉发第二部大作，我决定还是要坚持一下。

下面将延续Audio的分析风格，从几个层面来介绍Surface系统的变化（JB号称在Surface这块做过大量的优质的改进，无非就是引入在PC机上早都烂熟的VSYNC，Triple Buffering。但是JB，您能确保这套机制在单核机器上跑得开么？Win Phone 单核，都比多核Android机器流畅。恐怕还是Android上层Display架构有问题吧？？！）

同Audio一样，想真正理解Surface系统工作原理，最好了解它的演化历史。《深入理解Android 卷I》第8章已经把2.2的Surface系统从上到下都撸过一遍了。那帮整天吵嚷着因为大片里边有马赛克而不爽的屌丝们，你们是否把书里因为不懂而产生的”马赛克“搞清楚了？？

一 Surface工作流程

先说一下Surface的工作流程（只在Native层）：

Java层Surface的创建将导致JNI的Surface_init函数的调用。这个Surface还不是APP使用的Surface，中间会经历过乾坤大挪移的过程，请参考上面所提的书籍，写得非常详细。
Surface_writeToParcel，将Surface传递到APP所在进程去使用。
APP所在进程通过Surface_readFromParcel，还原一个Surface对象。此时，你的APP就有脸了。
APP调用Surface_lockCanvas获得一块画布，APP然后在这块画布上作画。
APP调用Surface_unlockCanvasAndPost，将数据推向SurfaceFlinger，完成此次作画。

上面这个流程，在JB中，是没有变化的。从2.2一直到4.1，都是这个流程。

这块流程变化基本没有，大家可以直接杀进去看看。

二 SurfaceFlinger变化说明

3.1 SF成员变化说明

SF变化很大，主要是它的兄弟们变化较大。我们分别来说，先看图1。

图1 DisplayHardware和兄弟们

图1的简单说明如下：

JB为了支持VSYNC（不懂的同学们，参考这篇文章http://blog.sina.com.cn/s/blog_4a3946360100wjoo.html），修改了DisplayHardware和HardwareComposer（这个鬼类，其实是3.0出现的，）。简单来说，VSYNC就是一个同步事件。同步嘛，都是到这个点了，大家把状态对一下。就好像美国大片那些特工们，干某些事情前总要晃晃手表，对下时间一样。至于拿到这个同步事件后到底去干什么，以后看代码就知道了。
VSYNC原则上显示芯片（以后简称显卡）提供的。但JB走得太快了，很多硬件或者没支持，或者接口上没支持。所以，不能保证每台JB手机都有来自硬件的VSYNC事件。咋整？终于，JB干出了一个VSyncThread，它是一个线程，用来定时回调以模拟硬件VSYNC事件（这个时间必须比较准确，所以线程优先级必须比较高）。看，这又是一个铁证，说明JB不适合在单核CPU上跑（我觉得双核也可能不太适合）。
为了支持硬件VSYNC事件，HardwareComposer也增加了相应接口。
DisplayHardware同时从DisplayHardwareBase和HardwareComposer的内部类EventHandler派生。从EventHandler派生无非是想基础它的onVsyncReceived函数。这个函数将在到VSYNC事件时被调用。
由于层层的封装（就和国内工程层层转包一样），DisplayHardware内部又定义了一个VsyncHandler虚类，希望人家去继承它的onVsyncReceived函数。由于使用DH的是SF，所以，大家可大胆猜测这个onVsyncReceived会由SF这一层去处理了。如果去看代码的话，屌丝们会发现DisplayHardware实现的onVsyncReceived函数其实没干什么有毛意义的事情，就是去调用某个实现了VsyncHandler对象的onVsyncReceived函数。（有点绕口令吧？再仔细看看！）

再来看图2：

图2 SF和它的兄弟们

图2解释如下：

先看左上部分。对，你没看错。这里也有MessageHandler，Looper，MessageBase。这以前仅是Java层的东西（所以说，原理是相通的，语言只是工具，如果你懂Java层Message相关的知识，这里又有神马理由说不懂呢？除非你没真正理解Java层Message的东西，参考这篇博客吧http://blog.csdn.net/innost/article/details/6055793）。注意其中的MessageBase，它是一个虚类，一方面它实现了父类的handleMessage函数，另一方面需要子类实现handle函数。这一点和Java层的Message不一样。所以，当你在SF中发现有地方往MessageQueue抛消息的时候，就不要去找Handler了，先直接看看这个消息的handle函数！
SF保存了一个MessageQueue对象，作为显示的服务端，它也采取了消息队列的方式来驱动自己工作。这种方式在4.0中已经这么做了，但还不够完全，不够彻底。JB中，SF的threadLoop函数就一句话：waitForEvent()。对于这种改变，我只能说：很好，很强大！
SF保存了一个EventThread对象，这又是一个线程类，它从VsyncHandler派生，实现了onVsyncReceived函数。
SF新增IDisplayEventConnection跨binder接口，数据通道是BitTube（MD，Tube的意思就是pipe。无语了。开发SF的人一定和开发AF的人坐得很远很远..）。这个类的作用就是收集底层的VSYNC事件，然后派发给各个Connection。大胆猜测下，是不是有些APP所需要的FPS不同，所以需要先由DisplayHardware提供一个最小单位的VSYNC时间，然后再由EventThread根据应用申请的VSYNC时间去触发。类似时钟分频嘛！

大胆猜测，小心求证。恩，希望你们掌握这个方法。

3.2 createSurface变化说明

从流程上说，这个函数并没有变化，有变化的还是那几个兄弟。见图3，这里只讨论NormalSurface的情况:

图3 Layer和SurfaceTexture的关系

稍加解释：

图3左边三个是Layer的派生关系。Layer是什么？Layer是SF中代表每个显示层的东西，里边处理了绘画等众多逻辑。
右边是ISurfaceTexture。它其实是Android Native显示层的接口，其作用类似AudioTrack和AudioRecord。以后偶会给一个例子，就是直接使用ISurfaceTexture API绘画的。相比其他版本，JB在SurfaceTexure这一块又抽象出了BufferQueue一层。我个人觉得是越搞越复杂了。BufferQueue，再处理PageFlip的时候，可能有些好处吧。
客户端调用getSurfaceTexture的时候，在Layer的createSurface中，将返回SurfaceTextureLayer给客户端。客户端然后调用requestBuffer，queueBuffer，dequeueBuffer获取GraphicBuffer（简单认为为显存吧）。
ISurfaceTexture内部定义了两个POD结构体，QueueBufferInput/Output，POD结构体，其实就是一个没有什么static成员的struct。这两个结构体内部包含一些诸如宽度，高度，时间戳方面的信息，将做为queueBuffer函数的参数传递。具体作用，没细看。

折腾来，折腾去，无非是搞得更复杂了.....要是能看到相关设计文档就好了....够我们学一阵子了。

3.3 dequeueBuffer和queueBuffer变化说明

dequeueBuffer：取空闲显卡内存，以给app作画。如果编译的时候打开了TARGET_DISABLE_TRIPLE_BUFFERING，则显卡内存默认是2块，否则是3块。相关queue/dequeue操作的代码，早在2.2的时候就不是仅支持2块的。也就是说，代码里边其实是可以支持3,4,5等等。不就是一个数组来回倒腾么，当然不会蠢到写死为2！这部分逻辑相比ICS，没有太大的变化。只是把代码挪到BufferQueue里边来了。

下面来看看图4，即queueBuffer函数的流程图。这部分变化比较大。

图4 queueBuffer的流程

整个这么复杂的流程，其实从第4步开始，基本上都是一个简单的回调。这就是层次太多带来的负面作用。

根据图1，最后调用的是EventThread的requestNextSync，这个函数巨简单，就是触发一个同步广播对象.....

还有很多知识点，但不能放在这一节里扯了。下面，我们来看SurfaceFlinger和EventThread的关系。

3.4 SurfaceFlinger和EventThread的工作流程说明

上一节，有个地方没法说明的就是EventThread到底是干嘛的，它和SF分别是两个线程（MD，又是多线程编程，同步很重要啊！）

在SF的readyToRun函数中，将通过MesssageQueue的setEventThread函数建立SF和ET的关系。看看代码吧：

void MessageQueue::setEventThread(const sp<EventThread>& eventThread)

{

mEventThread = eventThread;

mEvents = eventThread->createEventConnection();

mEventTube = mEvents->getDataChannel();

mLooper->addFd(mEventTube->getFd(), 0, ALOOPER_EVENT_INPUT,

MessageQueue::cb_eventReceiver, this);

}

也就是说，当EventThread有什么鸟事的时候，都会通过cb_eventReceiver回调到SF线程。

注意：JB以前，Android老是喜欢用pipe作为进程间通信的手段，现在改成socketpair了。这是一个很大的变化。所以，会网络编程的同学可以happy一下了。不会的淫，也无所谓，反正是把socket当pipe来使，都是IPC通信手段，你管它用得是什么呢！

EventThread的requestSync被调用后，会触发EventThread的线程通过Connection发送一个消息给SF所在的线程，即刚才那个cb_eventReceiver被调用，图4是此后的工作流程。（SF系统现在变得也是磨磨唧唧了，不懂POSIX编程屌丝们，你们无论如何得花点功夫研究了。）

图5 SF工作流程

正如图5最后的第10,11步，终于看到了熟悉的handlePageFlip。FT，相比ICS的版本，函数是越调越多，层次越来越复杂。到时候别搞得和Java Framework一样，那效率就.....

四总结

相比AF来说，SF主要是层次增加，函数调用绕来绕去。另外，新增了IDisplayEventConnection接口，这玩意儿还有待后续研究。今天讲得这些东西，应该可以帮助大家对JB SF有一个大略的了解。

1楼cuichuankai4天前 18:30: 高通的硬件支持VSYNC。还有高通的3buffer好像也合并到JB了。LayerBase里修改成可以部分绘制而不是全屏绘制。还有displaylist不是全部更新，而是部分更新，可以提高点效率吧。n其他好像没有什么变化了，除了把surfacetexture搞复杂了。