開源元件DoraemonKit之Android版本技術實現（一）

嘟囔發表於2019-01-27

元件Android

一、引言

DoraemonKit是滴滴開源的研發助手元件，目前支援iOS和Android兩個平臺。通過接入DoraemonKit元件，可以方便支援如下所示的多種除錯工具：

本文是DoraemonKit之Android版本技術實現系列文章的第一篇，主要介紹各個視覺工具的技術實現細節。

二、技術實現

2.1 取色器

方案對比

取色器工具可以通過顏色吸管獲取螢幕任意位置的畫素值，所以實現的關鍵就是如何獲取畫素點。獲取畫素點的第一步是獲取螢幕截圖，獲取螢幕截圖在Android平臺主要有以下幾種方式：

通過View的getDrawingCache方法
通過讀取系統FrameBuffer
通過MediaProjectionManager類

對比三種實現方式，方式一隻能獲取當前Window內DocorView的內容，不能獲取狀態列或者脫離應用本身，且開啟DrawingCache會增加應用記憶體佔用；方式二中FrameBuffer不能直接讀取，需要獲得系統Root許可權，且相容性差；方式三可脫離應用本身獲取應用外截圖，截圖取自系統Binder不佔用應用記憶體，只需請求錄屏許可權。

	getDrawingCache函式	讀取系統FrameBuffer	MediaProjectionManager類
實現複雜度	簡單	複雜	較簡單
需要許可權	無	Root許可權	錄屏許可權
適用性	只能擷取應用內	應用內外都支援	應用內外都支援
效能影響	大	小	小

通過對比，DoraemonKit選擇方式三作為取色器的實現方案。

請求錄屏許可權

private boolean requestCaptureScreen() {
    if (android.os.Build.VERSION.SDK_INT < android.os.Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP) {
        return false;
    }
    MediaProjectionManager mediaProjectionManager = (MediaProjectionManager) getContext().getSystemService(Context.MEDIA_PROJECTION_SERVICE);
    if (mediaProjectionManager == null) {
        return false;
    }
    startActivityForResult(mediaProjectionManager.createScreenCaptureIntent(), RequestCode.CAPTURE_SCREEN);
    return true;
}

@Override
public void onActivityResult(int requestCode, int resultCode, Intent data) {
    super.onActivityResult(requestCode, resultCode, data);
    if (requestCode == RequestCode.CAPTURE_SCREEN && resultCode == Activity.RESULT_OK) {
        showColorPicker(data);
        ...
    } else {
        ...
    }
}
複製程式碼

通過createScreenCaptureIntent()方法可以獲取請求系統錄屏許可權的Intent，然後呼叫startActivityForResult，系統會自動彈出許可權授予彈窗。如果授予許可權則在onActivityResult中得到系統回撥成功，且返回錄屏的resultData。

建立ImageReader

public void init(Context context, Bundle bundle) {
    mMediaProjectionManager = (MediaProjectionManager) context.getSystemService(Context.MEDIA_PROJECTION_SERVICE);
    if (mMediaProjectionManager != null) {
        Intent intent = new Intent();
        intent.putExtras(bundle);
        mMediaProjection = mMediaProjectionManager.getMediaProjection(Activity.RESULT_OK, intent);
    }
    int width = UIUtils.getWidthPixels(context);
    int height = UIUtils.getRealHeightPixels(context);
    int dpi = UIUtils.getDensityDpi(context);
    mImageReader = ImageReader.newInstance(width, height, PixelFormat.RGBA_8888, 2);
    mMediaProjection.createVirtualDisplay("ScreenCapture",
            width, height, dpi,
            DisplayManager.VIRTUAL_DISPLAY_FLAG_AUTO_MIRROR,
            mImageReader.getSurface(), null, null);
}
複製程式碼

通過onActivityResult中返回的resultData就可以建立系統錄屏服務MediaProjection，然後建立ImageReader並與MediaProjection的Surface進行繫結，之後就可以通過ImageReader獲取螢幕截圖了。

獲取螢幕截圖和畫素點

public void capture() {
    if (isCapturing) {
        return;
    }
    isCapturing = true;
    Image image = mImageReader.acquireLatestImage();
    if (image == null) {
        return;
    }
    int width = image.getWidth();
    int height = image.getHeight();
    Image.Plane[] planes = image.getPlanes();
    ByteBuffer buffer = planes[0].getBuffer();
    int pixelStride = planes[0].getPixelStride();
    int rowStride = planes[0].getRowStride();
    int rowPaddingStride = rowStride - pixelStride * width;
    int rowPadding = rowPaddingStride / pixelStride;
    Bitmap recordBitmap = Bitmap.createBitmap(width + rowPadding , height, Bitmap.Config.ARGB_8888);
    recordBitmap.copyPixelsFromBuffer(buffer);
    mBitmap = Bitmap.createBitmap(recordBitmap, 0, 0, width, height);
    image.close();
    isCapturing = false;
}
複製程式碼

呼叫ImageReader的acquireLatestImage可以獲取當前螢幕的截圖，然後將Image物件轉為Bitmap物件就可以方便地進行顯示和獲取畫素點了。

public static int getPixel(Bitmap bitmap, int x, int y) {
    if (bitmap == null) {
        return -1;
    }
    if (x < 0 || x > bitmap.getWidth()) {
        return -1;
    }
    if (y < 0 || y > bitmap.getHeight()) {
        return -1;
    }
    return bitmap.getPixel(x, y);
}
複製程式碼

根據浮標的座標在Bitmap上就可以很方便地獲取畫素點的值了。

2.2 控制元件檢查

控制元件檢查的功能是通過浮標選取目標View，然後獲取目標View的相關資訊，所以如何獲取這個View的引用就是實現這一功能的關鍵。

監聽前臺Activity的進入

app.registerActivityLifecycleCallbacks(new Application.ActivityLifecycleCallbacks() {
                @Override
            public void onActivityResumed(Activity activity) {
                ...
                for (ActivityLifecycleListener listener : sListeners) {
                    listener.onActivityResumed(activity);
                }
            }
}
複製程式碼

通過註冊監聽可以在Activity進入Resumed狀態時獲得通知，這樣在浮標移動時DoraemonKit就可以持有最前臺的Activity。

遍歷ViewTree獲取目標View

private View traverseViews(View view, int x, int y) {
    int[] location = new int[2];
    view.getLocationInWindow(location);
    int left = location[0];
    int top = location[1];
    int right = left + view.getWidth();
    int bottom = top + view.getHeight();
    if (view instanceof ViewGroup) {
        int childCount = ((ViewGroup) view).getChildCount();
        if (childCount != 0) {
            for (int index = childCount - 1; index >= 0; index--) {
                View v = traverseViews(((ViewGroup) view).getChildAt(index), x, y);
                if (v != null) {
                    return v;
                }
            }
        }
        if (left < x &&  x < right && top < y &&  y < bottom) {
            return view;
        } else {
            return null;
        }
    } else {
        LogHelper.d(TAG, "class: " + view.getClass() + ", left: " + left
                + ", right: " + right + ", top: " + top + ", bottom: " + bottom);
        if (left < x &&  x < right && top < y &&  y < bottom) {
            return view;
        } else {
            return null;
        }
    }
}
複製程式碼

因為View是以Tree的結構組織的，所以通過遍歷當前Activity的ViewTree就可以獲取到目標View。以DocorView作為根，遞迴呼叫同時判斷浮標座標是否在View的範圍即可以得到目標View。因為View可能存在覆蓋關係，所以需要使用深度優先遍歷才能獲得最頂端的View。

2.3 對齊標尺

對齊標尺的實現比較簡單，只需要根據浮標座標繪製水平標尺線和豎直標尺線即可，實現效果如下圖。

2.4 佈局邊界

2.4.1 佈局邊界

DoraemonKit最開始實現佈局邊界，是通過遍歷ViewTree在懸浮Window上繪製邊框線的方式，但這種方式有一個問題就是如果Activity包含多個層級的時候，所有層級View的邊框都會被繪製在最頂層，導致顯示十分混亂，在複雜介面上基本是不可用的。

在調研了幾種方式之後，DoraemonKit使用了替換View的Background的方式。View的Background是Drawable型別的，而LayerDrawable這種Drawable是可以包含一組Drawable的，所以取出View的原始Background後與繪製邊框的Drawable放進同一個LayerDrawable中，就可以實現帶邊框的背景。

private void traverseChild(View view) {
    if (view instanceof ViewGroup) {
        replaceDrawable(view);
        int childCount = ((ViewGroup) view).getChildCount();
        if (childCount != 0) {
            for (int index = 0; index < childCount; index++) {
                traverseChild(((ViewGroup) view).getChildAt(index));
            }
        }
    } else {
        replaceDrawable(view);
    }
}

private void replaceDrawable(View view) {
    LayerDrawable newDrawable;
    if (view.getBackground() != null) {
        Drawable oldDrawable = view.getBackground();
        if (oldDrawable instanceof LayerDrawable) {
            for (int i = 0; i < ((LayerDrawable) oldDrawable).getNumberOfLayers(); i++) {
                if (((LayerDrawable) oldDrawable).getDrawable(i) instanceof ViewBorderDrawable) {
                    // already replace
                    return;
                }
            }
            newDrawable = new LayerDrawable(new Drawable[] {
                    oldDrawable,
                    new ViewBorderDrawable(view)
            });
        } else {
            newDrawable = new LayerDrawable(new Drawable[] {
                    oldDrawable,
                    new ViewBorderDrawable(view)
            });
        }
    } else {
        newDrawable = new LayerDrawable(new Drawable[] {
                new ViewBorderDrawable(view)
        });
    }
    view.setBackground(newDrawable);
}
複製程式碼

這種方式的好處就是實現簡單，且相容性很好，不會出現顯示異常，包括多個層級的覆蓋也能正常顯示，能實時地伴隨元件隱藏和顯示，但也存在一定的侵入性，會對View的繪製造成一定的開銷。

2.4.2 佈局層級

佈局層級功能可以很方便地檢視當前頁面的Layout層級，是一個3D視覺化的效果，可以多個角度旋轉檢視，這個功能是依賴jakewharton的scalpel專案實現的，這個專案的核心只有一個原始碼檔案ScalpelFrameLayout，通過把希望檢視層級的頁面根View加到這個Layout中就可以實現佈局層級功能。這個Layout的實現原理是重寫了Layout的draw方法，通過Camera進行了3D變換，重新進行了排布繪製。

@Override public void draw(@SuppressWarnings("NullableProblems") Canvas canvas) {
    if (!enabled) {
        super.draw(canvas);
        return;
    }

    getLocationInWindow(location);
    float x = location[0];
    float y = location[1];

    int saveCount = canvas.save();

    float cx = getWidth() / 2f;
    float cy = getHeight() / 2f;

    camera.save();
    camera.rotate(rotationX, rotationY, 0);
    camera.getMatrix(matrix);
    camera.restore();

    matrix.preTranslate(-cx, -cy);
    matrix.postTranslate(cx, cy);
    canvas.concat(matrix);
    canvas.scale(zoom, zoom, cx, cy);

    if (!layeredViewQueue.isEmpty()) {
        throw new AssertionError("View queue is not empty.");
    }

    // We don't want to be rendered so seed the queue with our children.
    for (int i = 0, count = getChildCount(); i < count; i++) {
        LayeredView layeredView = layeredViewPool.obtain();
        layeredView.set(getChildAt(i), 0);
        layeredViewQueue.add(layeredView);
    }

    while (!layeredViewQueue.isEmpty()) {
        LayeredView layeredView = layeredViewQueue.removeFirst();
        View view = layeredView.view;
        int layer = layeredView.layer;

        // Restore the object to the pool for use later.
        layeredView.clear();
        layeredViewPool.restore(layeredView);

        // Hide any visible children.
        if (view instanceof ViewGroup) {
            ViewGroup viewGroup = (ViewGroup) view;
            visibilities.clear();
            for (int i = 0, count = viewGroup.getChildCount(); i < count; i++) {
                View child = viewGroup.getChildAt(i);
                //noinspection ConstantConditions
                if (child.getVisibility() == VISIBLE) {
                    visibilities.set(i);
                    child.setVisibility(INVISIBLE);
                }
            }
        }

        int viewSaveCount = canvas.save();

        // Scale the layer index translation by the rotation amount.
        float translateShowX = rotationY / ROTATION_MAX;
        float translateShowY = rotationX / ROTATION_MAX;
        float tx = layer * spacing * density * translateShowX;
        float ty = layer * spacing * density * translateShowY;
        canvas.translate(tx, -ty);

        view.getLocationInWindow(location);
        canvas.translate(location[0] - x, location[1] - y);

        viewBoundsRect.set(0, 0, view.getWidth(), view.getHeight());
        canvas.drawRect(viewBoundsRect, viewBorderPaint);

        if (drawViews) {
            if (!(view instanceof SurfaceView)) {
                view.draw(canvas);
            }
        }

        if (drawIds) {
            int id = view.getId();
            if (id != NO_ID) {
                canvas.drawText(nameForId(id), textOffset, textSize, viewBorderPaint);
            }
        }

        canvas.restoreToCount(viewSaveCount);

        // Restore any hidden children and queue them for later drawing.
        if (view instanceof ViewGroup) {
            ViewGroup viewGroup = (ViewGroup) view;
            for (int i = 0, count = viewGroup.getChildCount(); i < count; i++) {
                if (visibilities.get(i)) {
                    View child = viewGroup.getChildAt(i);
                    //noinspection ConstantConditions
                    child.setVisibility(VISIBLE);
                    LayeredView childLayeredView = layeredViewPool.obtain();
                    childLayeredView.set(child, layer + 1);
                    layeredViewQueue.add(childLayeredView);
                }
            }
        }
    }

    canvas.restoreToCount(saveCount);
}
複製程式碼

佈局層級在新增SurfaceView等特殊繪製的View時可能出現繪製問題，出現黑白屏閃爍問題，需要遮蔽這些特殊View的繪製。

三、總結

取色器元件的實現主要通過系統錄屏api，從截圖Bitmap中取得畫素點。

控制元件檢查功能通過遍歷ViewTree實現，需要註冊全域性Activity的生命週期監聽。

對齊標尺功能直接通過浮標的螢幕座標繪製水平和垂直標尺。

佈局邊界功能通過替換View的Background實現，由包含原始Background的LayerDrawable替換原有Background。

佈局層級主要是使用開源專案scalpel實現，對原有ViewTree進行3D變換，重新進行繪製。

通過這篇文章主要是希望大家能夠對DoraemonKit視覺工具的技術實現有一個瞭解，如果有好的想法也可以參與到DoraemonKit開源專案的建設中來，在專案頁面提交Issues或者提交Pull Requests，相信DoraemonKit專案在大家的努力下會越來越完善。

DoraemonKit專案地址：github.com/didi/Doraem…，覺得不錯的話就給專案點個star吧。

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