[譯]理解 RenderThread

unkindleds發表於2018-03-12
thread

原文連結：Understanding the RenderThread

RenderThread 是在 Android Lollipop 中新加入的元件。關於該元件的文件描述甚少，僅有一個模糊的定義：

RenderThread 是一個由系統管理的執行緒。較之 UI 執行緒的延遲，RenderThread 的動畫播放更為流暢。

為了解 RenderThread 的工作機制，需要介紹一些基本的概念。

當啟動硬體加速後，Android 使用 “display list” 元件進行繪製而非直接使用 CPU 繪製每一幀。Display List 是一系列繪製操作的記錄，抽象為 RenderNode 類。

這樣間接的進行繪製操作的優點頗多：

  1. Display List 可以按需多次繪製而無須同業務邏輯互動。
  2. 特定的繪製操作（如 translation， scale 等）可以作用於整個 display list 而無須重新分發繪製操作。
  3. 當知曉了所有繪製操作後，可以針對其進行優化：例如，所有的文字可以一起進行繪製一次。
  4. 可以將對 display list 的處理轉移至另一個執行緒（非 UI 執行緒）。

最後一點恰好是 RenderThread 負責的：在 UI 執行緒外執行優化操作與將繪製操作分發給 GPU。

在 Lollipop 之前，執行“重”操作的同時對 View 屬性執行動畫（例如在 Activity 間執行 transition 動畫)幾乎不可能。而 Lollipop 及以上的 Android 版本,這類動畫以及其它一些效果（例如 ripple ）卻可以流暢的執行。這樣的黑科技便源自 RenderThread 的幫助。

渲染工作的真正執行者是 GPU，而 GPU 對於動畫一無所知：執行動畫的唯一途徑便是將每一幀的不同繪製操作分發給 GPU，但該邏輯本身不能在 GPU 上執行。而如果在 UI 執行緒執行該操作，任意的重操作都將阻塞新的繪製指令及時分發，於是動畫便出現了延遲。

如前文所述，RenderThread 可以處理 display list 流程的某些部分，但要注意到 display list 的建立和修改仍需要在 UI 執行緒中執行。

那麼動畫是怎樣從不同的執行緒中進行更新的呢？

開啟硬體加速後，Canvas 由 DisplayListCanvas 類實現，該類過載了部分繪製方法，方法引數型別使用 CanvasProperty 物件替換原有的基本型別（例如用 CanvasProperty<Float> 替換 float 型別），CanvasProperty 是原有型別的包裝類。這樣，dislplay list 及其對應的繪製操作便可以在 UI 執行緒中建立，而繪製方法的引數可以通過 CanvasProperty 的對映動態地、通過 RenderThread 非同步地修改。

實現上述操作還需一步：CanvasProperty 的值需要通過 RenderNodeAnimator 執行動畫操作，RenderNodeAnimator 中包含了動畫的配置及初始值。

此類動畫有一些有趣的特性：

  • 目標 DisplayListCanvas 需要手動設定且不可修改
  • 該動畫傳送後無須關注：動畫開始執行後只能取消（沒有暫停和恢復）且無法知曉此刻的屬性值
  • 可以設定自定義插值器，插值器將在 RenderThread 執行
  • start delay 一般在 RenderThread 上等待

時至今日，可以通過 RenderThread 執行的動畫如下：

View 屬性 （通過 View 的 animate 方法執行）

  • Translation (X, Y, Z)
  • Scale (X, Y)
  • Rotation (X, Y)
  • Alpha
  • Circular reveal animation (通過 ViewAnimationUtils 的 createCircularReveal 執行)

Canvas 方法與 Canvas 屬性

  • drawCircle(centerX, centerY, radius, paint)
  • drawRoundRect(left, top, right, bottom, cornerRadiusX, cornerRadiusY, paint)

Paint 屬性

  • Alpha
  • Stroke width

似乎 Google 僅將 Material Design 動畫中所需的繪製操作進行了封裝。

在 Android N 及以上，RenderThread 的能力的得以擴充（例如，AnimatedVectorDrawable 將使用 RenderThread 執行動畫），也許今後 RenderThread 會成為開放 API。

簡而言之，我可以在 RenderThread 執行動畫嗎？

依據文件，不可以。 除非使用 View.animate 或是 ViewAnimationUtils.createCircularReveal。

通過 Hack ，可以實現。 對於未開放的元件，我們都可以通過反射獲取對相關類、方法的引用，通過包裝類以保證型別安全，反射失敗時提供反饋等等。

筆者實現了使用 RenderThread 執行動畫的庫。

使用該庫十分簡單，僅需 3 步：


CanvasProperty<Float> centerXProperty;
CanvasProperty<Float> centerYProperty;
CanvasProperty<Float> radiusProperty;
CanvasProperty<Paint> paintProperty;

Animator radiusAnimator;
Animator alphaAnimator;

@Override
protected void onDraw(Canvas canvas) {

    if (!animationInitialised) {

      // 1. create as many CanvasProperty as needed with the initial animation values
      centerXProperty = RenderThread.createCanvasProperty(canvas, initialCenterX);
      centerYProperty = RenderThread.createCanvasProperty(canvas, initialCenterY);
      radiusProperty = RenderThread.createCanvasProperty(canvas, initialRadius);
      paintProperty = RenderThread.createCanvasProperty(canvas, paint);

      // 2. create one or more Animator with the properties you want to animate
      radiusAnimator = RenderThread.createFloatAnimator(this, canvas, radiusProperty, targetRadius);
      alphaAnimator = RenderThread.createPaintAlphaAnimator(this, canvas, paintProperty, targetAlpha);
      radiusAnimator.start();
      alphaAnimator.start();
    }

    // 3. draw to the Canvas
    RenderThread.drawCircle(canvas, centerXProperty, centerYProperty, radiusProperty, paintProperty);
}
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