[深入理解Android卷一全文-第八章]深入理解Surface系統

阿拉神農發表於2015-08-02

由於《深入理解Android 卷一》和《深入理解Android卷二》不再出版,而知識的傳播不應該因為紙質媒介的問題而中斷,所以我將在CSDN部落格中全文轉發這兩本書的全部內容。


第8章  深入理解Surface系統

本章主要內容

·  詳細分析一個Activity的顯示過程。

·  詳細分析Surface。

·  詳細分析SurfaceFlinger。

本章涉及的原始碼檔名及位置:

· ActivityThread.java

framework/base/core/java/android/app/ActivityThread.java

·  Activity.java

framework/base/core/java/android/app/Activity.java

·  Instrumentation.java

framework/base/core/java/android/app/Instrumentation.java

·  PolicyManager.java

frameworks/policies/base/phone/com/android/internal/policy/impl/PolicyManager.java

·  Policy.java

frameworks/policies/base/phone/com/android/internal/policy/impl/Policy.java

·  PhoneWindow.java

frameworks/policies/base/phone/com/android/internal/policy/impl/PhoneWindow.java

·  Window.java

framework/base/core/java/android/view/Window.java

·  WindowManagerImpl

framework/ base/core/java/android/view/WindowManagerImpl.java

·  ViewRoot.java

framework/base/core/java/android/view/ViewRoot.java

·  Surface.java

framework/base/core/java/android/view/Surface.java

·  WindowManagerService.java

framework/base/services/java/com/android/server/WindowManagerService.java

·  IWindowSession.aidl

framework/base/core/java/android/view/IWindowSession.aidl

·  IWindow.aidl

framework/base/core/java/android/view/IWindow.aidl

·  SurfaceSession.java

framework/base/core/java/android/view/SurfaceSession.java

·  android_view_Surface.cpp

framework/base/core/jni/android_view_Surface.cpp

·  framebuffer_service.c

system/core/adb/framebuffer_service.c

·  SurfaceComposerClient.cpp

framework/base/libs/surfaceflinger_client/SurfaceComposerClient.cpp

·  SurfaceFlinger.cpp

framework/base/libs/surfaceflinger/SurfaceFlinger.cpp

·  ISurfaceComposer.h

framework/base/include/surfaceflinger/ISurfaceComposer.h

·  Layer.h

framework/base/include/surfaceflinger/Layer.h

·  Layer.cpp

framework/base/libs/surfaceflinger/Layer.cpp

·  LayerBase.cpp

framework/base/libs/surfaceflinger/LayerBase.cpp

·  Surface.cpp

framework/base/libs/surfaceflinger_client/Surface.cpp

·  SharedBufferStack.cpp

framework/base/libs/surfaceflinger_client/SharedBufferStack.cpp

·  GraphicBuffer.h

framework/base/include/ui/GraphicBuffer.h

·  GraphicBuffer.cpp

framework/base/libs/ui/GraphicBuffer.cpp

·  GraphicBufferAllocator.h

framework/base/include/ui/GraphicBufferAllocator.h

·  GraphicBufferAllocator.cpp

framework/base/libs/ui/GraphicBufferAllocator.cpp

·  GraphicBufferMapper.cpp

framework/base/libs/ui/GraphicBufferMapper.cpp

·  Android_natives.h

framework/base/include/ui/egl/Android_natives.h

·  android_native_buffer.h

framework/base/include/ui/android_native_buffer.h

·  native_handle.h

system/core/include/cutils/native_handle.h

·  gralloc.h

hardware/libhardware/include/hardware/gralloc.h

·  ISurface.cpp

framework/base/libs/surfaceflinger_client/ISurface.cpp

·  DisplayHardware.cpp

framework/base/libs/surfaceflinger/DisplayHardware.cpp

8.1  概述

Surface是繼Audio系統後要破解第二個複雜的系統。它的難度和複雜度遠遠超過了Audio。基於這種情況,本章將集中精力打通Surface系統的“任督二脈”,這任督二脈分別是:

·  任脈:應用程式和Surface的關係。

·  督脈:Surface和SurfaceFlinger之間的關係。

當這二脈打通後,我們就可以自行修煉更高層次的功夫了。圖8-1顯示了這二脈的關係:


圖8-1  Surface系統的任督二脈

其中,左圖是任脈,右圖是督脈。

·  先看左圖。可以發現,不論是使用Skia繪製二維影象,還是用OpenGL繪製三維影象,最終Application都要和Surface互動。Surface就像是UI的畫布,而App則像是在Surface上作畫。所以要想打通任脈,就須破解App和Surface之間的關係。

·  再看右圖。Surface和SurfaceFlinger的關係,很像Audio系統中AudioTrack和AudioFlinger的關係。Surface向SurfaceFlinger提供資料,而SurfaceFlinger則混合資料。所謂打通督脈的關鍵,就是破解Surface和SurfaceFlinger之間的關係。

目標已清楚,讓我們開始“運功”破解程式碼吧!

說明:為書寫方便起見,後文將SurfaceFlinger簡寫為SF。

8.2  一個Activity的顯示

一般來說,應用程式的外表是通過Activity來展示的。那麼,Activity是如何完成介面繪製工作的呢?根據前面所講的知識,應用程式的顯示和Surface有關,那麼具體到Activity上,它和Surface又是什麼關係呢?

本節就來討論這些問題。首先從Activity的建立說起。

8.2.1  Activity的建立

我們已經知道了Activity的生命週期,如onCreate、onDestroy等,但大家是否考慮過這樣一個問題:

·  如果沒有建立Activity,那麼onCreate和onDestroy就沒有任何意義,可這個Activity究竟是在哪裡建立的?。

第4章中的“Zygote分裂”一節已講過,Zygote在響應請求後會fork一個子程式,這個子程式是App對應的程式,它的入口函式是ActivityThread類的main函式。ActivityThread類中有一個handleLaunchActivity函式,它就是建立Activity的地方。一起來看這個函式,程式碼如下所示:

[-->ActivityThread.java]

private final voidhandleLaunchActivity(ActivityRecord r, Intent customIntent) {

       //①performLaunchActivity返回一個Activity

       Activitya = performLaunchActivity(r, customIntent);

 

        if(a != null) {

           r.createdConfig = new Configuration(mConfiguration);

           Bundle oldState = r.state;

          //②呼叫handleResumeActivity

           handleResumeActivity(r.token, false, r.isForward);

   }

      ......

}

handleLaunchActivity函式中列出了兩個關鍵點,下面對其分別介紹。

1. 建立Activity

第一個關鍵函式performLaunchActivity返回一個Activity,這個Activity就是App中的那個Activity(僅考慮App中只有一個Activity的情況),它是怎麼建立的呢?其程式碼如下所示:

[-->ActivityThread.java]

private final ActivityperformLaunchActivity(ActivityRecord r,

Intent customIntent) {

        

       ActivityInfo aInfo = r.activityInfo;

        ......//完成一些準備工作

      //Activity定義在Activity.java中

       Activity activity = null;

       try {

           java.lang.ClassLoader cl = r.packageInfo.getClassLoader();

     /*

     mInstrumentation為Instrumentation型別,原始檔為Instrumentation.java。

     它在newActivity函式中根據Activity的類名通過Java反射機制來建立對應的Activity,

     這個函式比較複雜,待會我們再分析它。

     */

           activity = mInstrumentation.newActivity(

                    cl,component.getClassName(), r.intent);

            r.intent.setExtrasClassLoader(cl);

           if (r.state != null) {

               r.state.setClassLoader(cl);

           }

        }catch (Exception e) {

            ......

        }

 

       try {

           Application app =

             r.packageInfo.makeApplication(false,mInstrumentation);

 

            if (activity != null) {

               //在Activity中getContext函式返回的就是這個ContextImpl型別的物件

               ContextImpl appContext = new ContextImpl();

               ......

              //下面這個函式會呼叫Activity的onCreate函式

               mInstrumentation.callActivityOnCreate(activity, r.state);

                ......

       return activity;

 }

好了,performLaunchActivity函式的作用明白了吧?

·  根據類名以Java反射的方法建立一個Activity。

·  呼叫Activity的onCreate函式,開始SDK中大書特書Activity的生命週期。

那麼,在onCreate函式中,我們一般會做什麼呢?在這個函式中,和UI相關的重要工作就是呼叫setContentView來設定UI的外觀。接下去,需要看handleLaunchActivity中第二個關鍵函式handleResumeActivity。

2. 分析handleResumeActivity

上面已建立好了一個Activity,再來看handleResumeActivity。它的程式碼如下所示:

[-->ActivityThread.java]

final void handleResumeActivity(IBinder token,boolean clearHide,

boolean isForward) {

boolean willBeVisible = !a.mStartedActivity;

          

if (r.window == null && !a.mFinished&& willBeVisible) {

      r.window= r.activity.getWindow();

      //①獲得一個View物件

      Viewdecor = r.window.getDecorView();

     decor.setVisibility(View.INVISIBLE);

      //②獲得ViewManager物件

      ViewManagerwm = a.getWindowManager();

      ......

      //③把剛才的decor物件加入到ViewManager中

       wm.addView(decor,l);

   }

         ......//其他處理

}

上面有三個關鍵點。這些關鍵點似乎已經和UI部分(如View、Window)有聯絡了。那麼這些聯絡是在什麼時候建立的呢?在分析上面程式碼中的三個關鍵點之前,請大家想想在前面的過程中,哪些地方會和UI掛上鉤呢?

·  答案就在onCreate函式中,Activity一般都在這個函式中通過setContentView設定UI介面。

看來,必須先分析setContentView,才能繼續後面的征程。

3. 分析setContentView

setContentView有好幾個同名函式,現在只看其中的一個就可以了。程式碼如下所示:

[-->Activity.java]

public void setContentView(View view) {

//getWindow返回的是什麼呢?一起來看看。

 getWindow().setContentView(view);

}

 

public Window getWindow() {

  returnmWindow; //返回一個型別為Window的mWindow,它是什麼?

}

上面出現了兩個和UI有關係的類:View和Window[①]。來看SDK文件是怎麼描述這兩個類的。這裡先給出原文描述,然後進行對應翻譯:

·  Window:abstract base class for a top-levelwindow look and behavior policy. An instance of this class should be used asthe top-level view added to the window manager. It provides standard UIpolicies such as a background, title area, default key processing, etc.

中文的意思是:Window是一個抽象基類,用於控制頂層視窗的外觀和行為。做為頂層視窗它有什麼特殊的職能呢?即繪製背景和標題欄、預設的按鍵處理等。

這裡面有一句比較關鍵的話:它將做為一個頂層的view加入到Window Manager中。

·  View:This class represents the basicbuilding block for user interface components. A View occupies a rectangulararea on the screen and is responsible for drawing and event handling.

View的概念就比較簡單了,它是一個基本的UI單元,佔據螢幕的一塊矩形區域,可用於繪製,並能處理事件。

從上面的View和Window的描述,再加上setContentView的程式碼,我們能想象一下這三者的關係,如圖8-2所示:


圖8-2  Window/View的假想關係圖

根據上面的介紹,大家可能會產生兩個疑問:

·  Window是一個抽象類,它實際的物件到底是什麼型別?

·  Window Manager究竟是什麼?

如果能有這樣的疑問,就說明我們非常細心了。下面試來解決這兩個問題。

(1)Activity的Window

據上文講解可知,Window是一個抽象類。它實際的物件到底屬於什麼型別?先回到Activity建立的地方去看看。下面正是建立Activity時的程式碼,可當時沒有深入地分析。

activity = mInstrumentation.newActivity(

                    cl,component.getClassName(), r.intent);

程式碼中呼叫了Instrumentation的newActivity,再去那裡看看。

[-->Instrumentation.java]

public Activity newActivity(Class<?>clazz, Context context,

           IBinder token, Application application, Intent intent,

            ActivityInfo info, CharSequencetitle, Activity parent,

String id,Object lastNonConfigurationInstance)

throws InstantiationException, IllegalAccessException{

       

Activity activity = (Activity)clazz.newInstance();

       ActivityThread aThread = null;

        //關鍵函式attach!!

       activity.attach(context, aThread, this, token, application, intent,

info, title,parent, id, lastNonConfigurationInstance,

new Configuration());

       return activity;

    }

看到關鍵函式attach了吧?Window的真相馬上就要揭曉了,讓我們用咆哮體來表達內心的激動之情吧!!!!

[-->Activity.java]

final void attach(Context context,ActivityThread aThread,

           Instrumentation instr, IBinder token, int ident,

           Application application, Intent intent, ActivityInfo info,

           CharSequence title, Activity parent, String id,

           Object lastNonConfigurationInstance,

           HashMap<String,Object> lastNonConfigurationChildInstances,

           Configuration config) {

        ......

        //利用PolicyManager來建立Window物件

       mWindow = PolicyManager.makeNewWindow(this);

       mWindow.setCallback(this);

        ......

        //建立WindowManager物件

       mWindow.setWindowManager(null, mToken, mComponent.flattenToString());

        if(mParent != null) {

           mWindow.setContainer(mParent.getWindow());

        }

       //儲存這個WindowManager物件

       mWindowManager = mWindow.getWindowManager();

       mCurrentConfig = config;

}

此刻又有一點失望吧?這裡冒出了個PolicyManager類,Window是由它的makeNewWindow函式所建立,因此還必須再去看看這個PolicyManager。

(2)水面下的冰山——PolicyManager

PolicyManager定義於PolicyManager.java檔案,該檔案在一個非常獨立的目錄下,現將其單獨列出來:

·  frameworks/policies/base/phone/com/android/internal/policy/impl

注意,上面路徑中的灰色目錄phone是針對智慧手機這種小螢幕的;另外還有一個平級的目錄叫mid,是針對Mid裝置的。mid目錄的程式碼比較少,可能目前還沒有開發完畢。

下面來看這個PolicyManager,它比較簡單。

[-->PolicyManager.java]

public final class PolicyManager {

   private static final String POLICY_IMPL_CLASS_NAME =

       "com.android.internal.policy.impl.Policy";

 

   private static final IPolicy sPolicy;

 

    static{

        //

       try {

           Class policyClass = Class.forName(POLICY_IMPL_CLASS_NAME);

           //建立Policy物件

           sPolicy = (IPolicy)policyClass.newInstance();

        }catch (ClassNotFoundException ex) {

            ......

       }

 

    private PolicyManager() {}

 

    //通過Policy物件的makeNewWindow建立一個Window

    publicstatic Window makeNewWindow(Context context) {

       return sPolicy.makeNewWindow(context);

    }

   ......

}

這裡有一個單例的sPolicy物件,它是Policy型別,請看它的定義。

(3)真正的Window

Policy型別的定義程式碼如下所示:

[-->Policy.java]

public class Policy implements IPolicy {

   private static final String TAG = "PhonePolicy";

 

   private static final String[] preload_classes = {

       "com.android.internal.policy.impl.PhoneLayoutInflater",

       "com.android.internal.policy.impl.PhoneWindow",

       "com.android.internal.policy.impl.PhoneWindow$1",

       "com.android.internal.policy.impl.PhoneWindow$ContextMenuCallback",

       "com.android.internal.policy.impl.PhoneWindow$DecorView",

       "com.android.internal.policy.impl.PhoneWindow$PanelFeatureState",

"com.android.internal.policy.impl.PhoneWindow$PanelFeatureState$SavedState",

    };

 

    static{

        //載入所有的類

       for (String s : preload_classes) {

           try {

               Class.forName(s);

           } catch (ClassNotFoundException ex) {

               ......

           }

        }

    }

 

public PhoneWindow makeNewWindow(Contextcontext) {

        //makeNewWindow返回的是PhoneWindow物件

       return new PhoneWindow(context);

    }

 

    ......

}

至此,終於知道了程式碼:

mWindow = PolicyManager.makeNewWindow(this);

返回的Window,原來是一個PhoneWindow物件。它的定義在PhoneWindow.java中。

mWindow的真實身份搞清楚了,還剩下個WindowManager。現在就來揭示其真面目。

(4)真正的WindowManager

先看WindowManager建立的程式碼,如下所示:

[-->Activity.java]

  ......//建立mWindow物件

   //呼叫mWindow的setWindowManager函式

mWindow.setWindowManager(null, mToken,mComponent.flattenToString());

   .....

上面的函式設定了PhoneWindow的WindowManager,不過第一個引數是null,這是什麼意思?在回答此問題之前,先來看PhoneWindow的定義,它是從Window類派生。

[-->PhoneWindow.java::PhoneWindow定義]

public class PhoneWindow extends Windowimplements MenuBuilder.Callback

前面呼叫的setWindowManager函式,其實是由PhoneWindow的父類Window類來實現的,來看其程式碼,如下所示:

[-->Window.java]

public void setWindowManager(WindowManagerwm,IBinder appToken, String appName) {     //注意,傳入的wm值為null

       mAppToken = appToken;

       mAppName = appName;

        if(wm == null) {

          //如果wm為空的話,則建立WindowManagerImpl物件

           wm = WindowManagerImpl.getDefault();

        }

       //mWindowManager是一個LocalWindowManager

       mWindowManager = new LocalWindowManager(wm);

    }

LocalWindowManager是在Window中定義的內部類,請看它的建構函式,其定義如下所示:

[-->Window.java::LocalWindowManager定義]

private class LocalWindowManager implementsWindowManager {

       LocalWindowManager(WindowManager wm) {

           mWindowManager = wm;//還好,只是簡單地儲存了傳入的wm引數

           mDefaultDisplay = mContext.getResources().getDefaultDisplay(

                   mWindowManager.getDefaultDisplay());

        }

    ......

如上面程式碼所示,LocalWindowManager將儲存一個WindowManager型別的物件,這個物件的實際型別是WindowManagerImpl。而WindowManagerImpl又是什麼呢?來看它的程式碼,如下所示:

[-->WindowManagerImpl.java]

public class WindowManagerImpl implementsWindowManager {

......

 

public static WindowManagerImpl getDefault()

{

     return mWindowManager; //返回的就是WindowManagerImpl物件

}

private static WindowManagerImpl mWindowManager= new WindowManagerImpl();

}

看到這裡,是否有點頭暈眼花?很多朋友讀我的一篇與此內容相關的博文後,普遍也有如此反應。對此,試配製了一劑治暈藥方,如圖8-3所示:


圖8-3  Window和WindowManger的家族圖譜

根據上圖,可得出以下結論:

·  Activity的mWindow成員變數其真實型別是PhoneWindow,而mWindowManager成員變數的真實型別是LocalWindowManager。

·  LocalWindowManager和WindowManagerImpl都實現了WindowManager介面。這裡採用的是Proxy模式,表明LocalWindowManager將把它的工作委託WindowManagerImpl來完成。

(5)setContentView的總結

瞭解了上述知識後,重新回到setContentView函式。這次希望能分析得更深入些。

[-->Activity.java]

public void setContentView(View view) {

       getWindow().setContentView(view);//getWindow返回的是PhoneWindow

}

一起來看PhoneWindow的setContentView函式,程式碼如下所示:

[-->PhoneWindow]

public void setContentView(View view) {

   //呼叫另一個setContentView

   setContentView(view,

new ViewGroup.LayoutParams(MATCH_PARENT,MATCH_PARENT));

}

 

public void setContentView(View view,ViewGroup.LayoutParams params) {

   //mContentParent為ViewGroup型別,它的初值為null

     if(mContentParent == null) {

           installDecor();

     }else {

           mContentParent.removeAllViews();

     }

    //把view加入到ViewGroup中

    mContentParent.addView(view, params);

     ......

}

mContentParent是一個ViewGroup型別,它從View中派生,所以也是一個UI單元。從它名字中“Group”所表達的意思分析,它還可以包含其他的View元素。這又是什麼意思呢?

·  也就是說,在繪製一個ViewGroup時,它不僅需要把自己的樣子畫出來,還需要把它包含的View元素的樣子也畫出來。讀者可將它想象成一個容器,容器中的元素就是View。

這裡採用的是23種設計模式中的Composite模式,它是UI程式設計中常用的模式之一。

再來看installDecor函式,其程式碼如下所示:

[-->PhoneWindow.java]

private void installDecor() {

    if (mDecor == null) {

     //建立mDecor,它為DecorView型別,從FrameLayout派生

     mDecor= generateDecor();

            ......

   }

  if(mContentParent == null) {

     //得到這個mContentParent

mContentParent = generateLayout(mDecor);

//建立標題欄

    mTitleView= (TextView)findViewById(com.android.internal.R.id.title);

......

}

generateLayout函式的輸入引數為mDecor,輸出為mContentParent,程式碼如下所示:

[-->PhoneWindow]

protected ViewGroup generateLayout(DecorViewdecor){

  ......

  intlayoutResource;

  intfeatures = getLocalFeatures();

  if((features & ((1 << FEATURE_LEFT_ICON) |(1 <<FEATURE_RIGHT_ICON))) != 0) {

      if(mIsFloating) {

      //根據情況取得對應標題欄的資源id

     layoutResource =  com.android.internal.R.layout.dialog_title_icons;

     }

       ......

}

 

  mDecor.startChanging();

 

 View in =mLayoutInflater.inflate(layoutResource, null);

 //加入標題欄

 decor.addView(in,new ViewGroup.LayoutParams(MATCH_PARENT, MATCH_PARENT));

   /*

ID_ANDROID_CONTENT的值為”com.android.internal.R.id.content”

     這個contentParent由findViewById返回,實際上就是mDecorView的一部分。

   */

   ViewGroupcontentParent = (ViewGroup)findViewById(ID_ANDROID_CONTENT);

   ......

   mDecor.finishChanging();

   returncontentParent;

}

下面看findViewById是如何實現的。它定義在Window.java中,程式碼如下所示:

[-->Window.java]

public View findViewById(int id) {

  //getDecorView將返回mDecorView,所以contentParent確實是DecorView的一部分

   returngetDecorView().findViewById(id);

 }

大家還記得圖8-2嗎?介紹完上面的知識後,根據圖8-2,可繪製更細緻的圖8-4:


圖8-4  一個Activity中的UI元件

可從上圖中看出,在Activity的onCreate函式中,通過setContentView設定的View,其實只是DecorView的子View。DecorView還處理了標題欄顯示等一系列的工作。

注意,這裡使用了設計模式中的Decorator(裝飾)模式,它也是UI程式設計中常用的模式之一。

 

4. 重回handleResumeActivity

看完setContentView的分析後,不知大家是否還記得這樣一個問題:為什麼要分析這個setContentView函式?在繼續前行之前,先來回顧一下被setContentView打斷的流程。

當時,我們正在分析handleResumeActivity,程式碼如下所示:

[-->ActivityThread.java]

final void handleResumeActivity(IBinder token,boolean clearHide,

boolean isForward) {

 booleanwillBeVisible = !a.mStartedActivity;

......

if (r.window == null && !a.mFinished&& willBeVisible) {

     r.window= r.activity.getWindow();

    //①獲得一個View物件。現在知道這個view就是DecorView

   Viewdecor = r.window.getDecorView();

   decor.setVisibility(View.INVISIBLE);

  //②獲得ViewManager物件,這個wm就是LocalWindowManager

  ViewManagerwm = a.getWindowManager();

  WindowManager.LayoutParamsl = r.window.getAttributes();

  a.mDecor= decor;

  l.type =WindowManager.LayoutParams.TYPE_BASE_APPLICATION;

  if(a.mVisibleFromClient) {

       a.mWindowAdded= true;

       //③把剛才的decor物件加入到ViewManager中

      wm.addView(decor,l);

   }

......//其他處理

}

在上面的程式碼中,由於出現了多個之前不熟悉的東西,如View、ViewManager等,而這些東西的來源又和setContentView有關,所以我們才轉而去分析setContentView了。想起來了吧?

由於程式碼比較長,跳轉關係也很多,在分析程式碼時,請讀者把握流程,在大腦中建立一個程式碼分析的堆疊。

下面就從addView的分析開始。如前面所介紹的,它的呼叫方法是:

wm.addView(decor, l);//wm型別實際是LocalWindowManager

來看這個addView函式,它的程式碼如下所示:

[-->Window.javaLocalWindowManager]

public final void addView(View view,ViewGroup.LayoutParams params) {

  

 WindowManager.LayoutParams wp =(WindowManager.LayoutParams)params;

 CharSequence curTitle = wp.getTitle();

 ...... //做一些操作,可以不管它

//還記得前面提到過的Proxy模式嗎?mWindowManager物件實際上是WindowManagerImpl型別

mWindowManager.addView(view, params);

}

看來,要搞清楚這個addView函式還是比較麻煩的,因為現在必須到WindowManagerImpl中去看看。它的程式碼如下所示:

[-->WindowManagerImpl.java]

private void addView(View view,ViewGroup.LayoutParams params, boolean nest)

{

  ViewRootroot; //ViewRoot,幕後的主角終於登場了!

  synchronized(this) {

  //①建立ViewRoot

  root =new ViewRoot(view.getContext());

  root.mAddNesting = 1;

  view.setLayoutParams(wparams);

           

  if(mViews == null) {

      index = 1;

      mViews = new View[1];

      mRoots= new ViewRoot[1];

     mParams = new WindowManager.LayoutParams[1];

   } else{

     ......

    }

   index--;

   mViews[index]= view;

   mRoots[index]= root;//儲存這個root

   mParams[index]= wparams;

 

//②setView,其中view是剛才我們介紹的DecorView

  root.setView(view,wparams, panelParentView);//

}

“ViewRoot,ViewRoot ....”,主角終於出場了!即使沒介紹它的真實身份,不禁也想歡呼幾聲。可為避免高興得過早,還是應該先冷靜地分析一下它。這裡,列出了ViewRoot的兩個重要關鍵點。

(1)ViewRoot是什麼?

ViewRoot是什麼?看起來好像和View有些許關係,至少名字非常像。事實上,它的確和View有關係,因為它實現了ViewParent介面。SDK的文件中有關於ViewParent的介紹。但它和Android基本繪圖單元中的View卻不太一樣,比如:ViewParent不處理繪畫,因為它沒有onDraw函式。

如上所述,ViewParent和繪畫沒有關係,那麼,它的作用是什麼?先來看它的程式碼,如下所示:

[-->ViewRoot.java::ViewRoot定義]

public final class ViewRoot extends Handlerimplements ViewParent,

       View.AttachInfo.Callbacks //從Handler類派生

{

private final Surface mSurface = new Surface();//這裡建立了一個Surface物件

final W mWindow; //這個是什麼?

View mView;

}

上面這段程式碼傳達出了一些重要資訊:

·  ViewRoot繼承了Handler類,看來它能處理訊息。ViewRoot果真重寫了handleMessage函式。稍侯再來看它。

·  ViewRoot有一個成員變數叫mSurface,它是Surface型別。

·  ViewRoot還有一個W型別的mWindow和一個View型別的mView變數。

其中,W是ViewRoot定義的一個靜態內部類:

static class W extends IWindow.Stub

這個類將參與Binder的通訊,以後對此再做講解,先來介紹Surface類。

(2)神筆馬良乎?

這裡冒出來一個Surface類。它是什麼?在回答此問題之前,先來考慮這樣一個問題:

·  前文介紹的View、DecorView等都是UI單元,這些UI單元的繪畫工作都在onDraw函式中完成。如果把onDraw想象成畫圖過程,那麼畫布是什麼?

Android肯定不是“馬良”,它也沒有那支可以在任何物體上作畫的“神筆”,所以我們需要一塊實實在在的畫布,這塊畫布就是Surface。SDK文件對Surface類的說明是:Handle on to a raw buffer thatis being managed by the screen compositor。這句話的意思是:

·  有一塊Raw buffer,至於是記憶體還是視訊記憶體,不必管它。

·  Surface操作這塊Raw buffer。

·  Screen compositor(其實就是SurfaceFlinger)管理這塊Raw buffer。

Surface和SF、ViewRoot有什麼關係呢?相信,聰明的你此時已經明白些了,這裡用圖8-5描繪一下心中的想法:


圖8-5  馬良的神筆工作原理

結合之前所講的知識,圖8-5清晰地傳達瞭如下幾條資訊:

·  ViewRoot有一個成員變數mSurface,它是Surface型別,它和一塊Raw Buffer有關聯。

·  ViewRoot是一個ViewParent,它的子View的繪畫操作,是在畫布Surface上展開的。

·  Surface和SurfaceFlinger有互動,這非常類似AudioTrack和AudioFlinger之間的互動。

既然本章題目為“深入理解Surface系統”,那麼就需要重點關注Surface和SurfaceFlinger間的關係。建立這個關係需ViewRoot的參與,所以應先來分析ViewRoot的建立和它的setView函式。

(3)ViewRoot的建立和對setView的分析

來分析ViewRoot的構造。關於它所包含內容,程式碼如下所示:

[-->ViewRoot.java]

public ViewRoot(Context context) {

       super();

      ....

       // getWindowSession?我們進去看看

      getWindowSession(context.getMainLooper());

     ......//ViewRoot的mWindow是一個W型別,注意它不是Window型別,而是IWindow型別

       mWindow= new W(this, context);

}

getWindowsession函式,將建立Activity的ViewRoot和WindowManagerService的關係。程式碼如下所示:

[-->ViewRoot.java]

ublic static IWindowSessiongetWindowSession(Looper mainLooper) {

synchronized (mStaticInit) {

  if(!mInitialized) {

   try {

      InputMethodManagerimm =

         InputMethodManager.getInstance(mainLooper);

      //下面這個函式先得到WindowManagerService的Binder代理,然後呼叫它的openSession

sWindowSession = IWindowManager.Stub.asInterface(

                   ServiceManager.getService("window"))

                 .openSession(imm.getClient(), imm.getInputContext());

                    mInitialized = true;

               } catch (RemoteException e) {

               }

           }

           return sWindowSession;

        }

    }

WindowSession?WindowManagerService?第一次看到這些東西時,我快瘋了。複雜,太複雜,無比複雜!要攻克這些難題,應先來回顧一下與Zygote相關的知識:

·  WindowManagerService(以後簡稱WMS)由System_Server程式啟動,SurfaceFlinger服務也在這個程式中。

看來,Activity的顯示還不單純是它自己的事,還需要和WMS建立聯絡才行。繼續看。先看setView的處理。這個函式很複雜,注意其中關鍵的幾句。

openSession的操作是一個使用Binder通訊的跨程式呼叫,暫且記住這個函式,在精簡流程之後再來分析。

程式碼如下所示:

[-->ViewRoot.java]

public void setView(View view, WindowManager.LayoutParamsattrs,

                        View panelParentView){//第一個引數view是DecorView

      ......

       mView= view;//儲存這個view

       synchronized (this) {

           requestLayout(); //待會先看看這個。

               try {

                    //呼叫IWindowSession的add函式,第一個引數是mWindow

                    res =sWindowSession.add(mWindow, mWindowAttributes,

                           getHostVisibility(), mAttachInfo.mContentInsets);

               }

          ......

}

ViewRoot的setView函式做了三件事:

·  儲存傳入的view引數為mView,這個mView指向PhoneWindow的DecorView。

·  呼叫requestLayout。

·  呼叫IWindowSession的add函式,這是一個跨程式的Binder通訊,第一個引數是mWindow,它是W型別,從IWindow.stub派生。

先來看這個requestLayout函式,它非常簡單,就是往handler中傳送了一個訊息。注意,ViewRoot是從Handler派生的,所以這個訊息最後會由ViewRoot自己處理,程式碼如下所示:

[-->ViewRoot.java]

public void requestLayout() {

       checkThread();

       mLayoutRequested = true;

       scheduleTraversals();

}

public void scheduleTraversals() {

        if(!mTraversalScheduled) {

           mTraversalScheduled = true;

           sendEmptyMessage(DO_TRAVERSAL); //傳送DO_TRAVERSAL訊息

        }

}

好,requestLayout分析完畢。

從上面的程式碼中可發現,ViewRoot和遠端程式SystemServer的WMS有互動,先來總結一下它和WMS的互動流程:

·  ViewRoot呼叫openSession,得到一個IWindowSession物件。

·  呼叫WindowSession物件的add函式,把一個W型別的mWindow物件做為引數傳入。

5. ViewRoot和WMS的關係

上面總結了ViewRoot和WMS的互動流程,其中一共有兩個跨程式的呼叫。一起去看。

(1)呼叫流程分析

WMS的程式碼在WindowManagerService.java中:

[-->WindowManagerService.java]

public IWindowSessionopenSession(IInputMethodClient client,

                                        IInputContextinputContext) {

       ......

return new Session(client, inputContext);

}

Session是WMS定義的內部類。它支援Binder通訊,並且屬於Bn端,即響應請求的服務端。

再來看它的add函式。程式碼如下所示:

[-->WindowManagerService.java::Session]

public int add(IWindow window,WindowManager.LayoutParams attrs,

               int viewVisibility, Rect outContentInsets) {

    //呼叫外部類物件的addWindow,也就是WMS的addWindow

    returnaddWindow(this, window, attrs, viewVisibility,

                                outContentInsets);

}

[-->WindowManagerService.java]

public int addWindow(Session session, IWindowclient,

           WindowManager.LayoutParams attrs, int viewVisibility,

           Rect outContentInsets) {

           ......

          //建立一個WindowState

          win = new WindowState(session, client, token,

                    attachedWindow, attrs,viewVisibility);

          ......

         //呼叫attach函式

          win.attach();

          ......

          return res;

}

WindowState類也是在WMS中定義的內部類,直接看它的attach函式,程式碼如下所示:

[-->WMS.java::WindowState]

void attach() {

      //mSession就是Session物件,呼叫它的windowAddedLocked函式

     mSession.windowAddedLocked();

}

[-->WMS.java::Session]

void windowAddedLocked() {

  if(mSurfaceSession == null) {

        ......

       //建立一個SurfaceSession物件

       mSurfaceSession= new SurfaceSession();

       ......

     }

      mNumWindow++;

}

這裡出現了另外一個重要的物件SurfaceSession。在講解它之前,急需理清一下現有的知識點,否則可能會頭暈。

(2)ViewRoot和WMS的關係梳理

ViewRoot和WMS之間的關係,可用圖8-6來表示:


圖8-6  ViewRoot和WMS的關係

總結一下圖8-6中的知識點:

·  ViewRoot通過IWindowSession和WMS程式進行跨程式通訊。IWindowSession定義在IWindowSession.aidl檔案中。這個檔案在編譯時由aidl工具處理,最後會生成類似於Native Binder中Bn端和Bp端的程式碼,後文會介紹它。

·  ViewRoot內部有一個W型別的物件,它也是一個基於Binder通訊的類,W是IWindow的Bn端,用於響應請求。IWindow定義在另一個aidl檔案IWindow.aidl中。

為什麼需要這兩個特殊的類呢?簡單介紹一下:

首先,來看IWindowSession.aidl對自己的描述:

·  System private per-application interface to the window manager:也就是說每個App程式都會和WMS建立一個IWindowSession會話。這個會話被App程式用於和WMS通訊。後面會介紹它的requestLayout函式。

再看對IWindow.adil的描述:

·  API back to a client window that the Window Manager uses to informit of interesting things happening:這句話的大意是IWindow是WMS用來做事件通知的。每當發生一些事情時,WMS就會把這些事告訴某個IWindow。可以把IWindow想象成一個回撥函式。

IWindow的描述表達了什麼意思呢?不妨看看它的內容,程式碼如下所示:

[-->IWindow.aidl定義]

void dispatchKey(in KeyEvent event);

void dispatchPointer(in MotionEvent event, longeventTime,

boolean callWhenDone);

void dispatchTrackball(in MotionEvent event,long eventTime,

boolean callWhenDone);

明白了?這裡的事件指的就是按鍵、觸屏等事件。那麼,一個按鍵事件是如何被分發的呢?下面是它大致的流程:

·  WMS所在的SystemServer程式接收到按鍵事件。

·  WMS找到UI位於螢幕頂端的程式所對應的IWindow物件,這是一個Bp端物件。

·  呼叫這個IWindow物件的dispatchKey。IWindow物件的Bn端位於ViewRoot中,ViewRoot再根據內部View的位置資訊找到真正處理這個事件的View,最後呼叫dispatchKey函式完成按鍵的處理。

其實這些按鍵事件的分發機制可以拿Windows的UI程式設計來做類比,在Windows中應用程式的按鍵處理流程是:

·  每一個按鍵事件都會轉化成一個訊息,這個訊息將由系統加入到對應程式的訊息佇列中。該程式的訊息在派發處理時,會根據訊息的控制程式碼找到對應的Window(視窗),繼而該訊息就由這個Window處理了。

注意:上面的描述實際上大大簡化了真實的處理流程,讀者可在瞭解大體知識後進行更深入的研究。

上面介紹的是ViewRoot和WMS的互動,但是我們最關心的Surface還沒有正式介紹,在此之前,還是先介紹Activity的流程。

8.2.2  Activity的UI繪製

ViewRoot的setView函式中,會有一個requestLayout。根據前面的分析可知,它會向ViewRoot傳送一個DO_TRAVERSAL訊息,來看它的handleMessage函式,程式碼如下所示:

[-->ViewRoot.java]

public void handleMessage(Message msg) {

       switch (msg.what) {

        ......

       case DO_TRAVERSAL:

            ......

           performTraversals();//呼叫performTraversals函式

......

           break;

       ......

}

}

再去看performTraversals函式,這個函式比較複雜,先只看它的關鍵部分,程式碼如下所示:

[-->ViewRoot.java]

private void performTraversals() {

 finalView host = mView;//還記得這mView嗎?它就是DecorView喔

 

  booleaninitialized = false;

  booleancontentInsetsChanged = false;

  booleanvisibleInsetsChanged;

  try {

    relayoutResult= //①關鍵函式relayoutWindow

relayoutWindow(params, viewVisibility,insetsPending);

   }

......

draw(fullRedrawNeeded);// ②開始繪製

......

}

1. relayoutWindow的分析

performTraversals函式比較複雜,暫時只關注其中的兩個函式relayoutWindow和draw即可。先看第一個relayoutWindow,程式碼如下所示:

[-->ViewRoot.java]

private intrelayoutWindow(WindowManager.LayoutParams params,

int viewVisibility, boolean insetsPending)throws RemoteException {

      

       //原來是呼叫IWindowSession的relayOut,暫且記住這個呼叫

       int relayoutResult = sWindowSession.relayout(

               mWindow, params,

               (int) (mView.mMeasuredWidth * appScale + 0.5f),

               (int) (mView.mMeasuredHeight * appScale + 0.5f),

               viewVisibility, insetsPending, mWinFrame,

               mPendingContentInsets, mPendingVisibleInsets,

               mPendingConfiguration, mSurface); mSurface做為引數傳進去了。

       }

   ......

}

relayoutWindow中會呼叫IWindowSession的relayout函式,暫且記住這個呼叫,在精簡流程後再進行分析。

2. draw的分析

再來看draw函式。這個函式非常重要,它可是Acitivity漂亮臉蛋的塑造大師啊,程式碼如下所示:

[-->ViewRoot.java]

private void draw(boolean fullRedrawNeeded) {

       Surface surface = mSurface;//mSurface是ViewRoot的成員變數

       ......

        Canvascanvas;

       try {

           int left = dirty.left;

           int top = dirty.top;

           int right = dirty.right;

           int bottom = dirty.bottom;

           //從mSurface中lock一塊Canvas

           canvas = surface.lockCanvas(dirty);

           ......

           mView.draw(canvas);//呼叫DecorView的draw函式,canvas就是畫布的意思啦!

           ......

           //unlock畫布,螢幕上馬上就會見到漂亮寶貝的長相了。

           surface.unlockCanvasAndPost(canvas);

        }

          ......

    }

UI的顯示好像很簡單嘛!真的是這樣的嗎?在揭露這個“驚天祕密”之前我們先總結一下Activity的顯示流程。

8.2.3  Activity總結

不得不承認的是前面幾節的內容很多也很繁雜,為了讓後面分析的過程更流暢輕鬆一些,所以我們必須要總結一下。關於Activity的建立和顯示,前面幾節的資訊可提煉成如下幾條:

·  Activity的頂層View是DecorView,而我們在onCreate函式中通過setContentView設定的View只不過是這個DecorView中的一部分罷了。DecorView是一個FrameLayout型別的ViewGroup。

·  Activity和UI有關,它包含一個Window(真實型別是PhoneWindow)和一個WindowManager(真實型別是LocalWindowManager)物件。這兩個物件將控制整個Activity的顯示。

·  LocalWindowManager使用了WindowManagerImpl做為最終的處理物件(Proxy模式),這個WindowManagerImpl中有一個ViewRoot物件。

·  ViewRoot實現了ViewParent介面,它有兩個重要的成員變數,一個是mView,它指向Activity頂層UI單元的DecorView,另外有一個mSurface,這個Surface包含了一個Canvas(畫布)。除此之外,ViewRoot還通過Binder系統和WindowManagerService進行了跨程式互動。

·  ViewRoot能處理Handler的訊息,Activity的顯示就是由ViewRoot在它的performTraversals函式中完成的。

·  整個Activity的繪圖流程就是從mSurface中lock一塊Canvas,然後交給mView去自由發揮畫畫的才能,最後unlockCanvasAndPost釋放這塊Canvas。

這裡和顯示有關的就是最後三條了,其中最重要的內容都和Surface相關,既然mSurface是ViewRoot的本地變數,那就直接去看Surface。上面的程式碼分析一路走下來,真是比較流暢,波瀾不驚,可事實果真如此嗎?

8.3  初識Surface

本節將介紹Surface物件。它可是縱跨Java/JNI層的物件,想必讀者朋友已經摩拳擦掌,躍躍欲試了。

8.3.1  和Surface有關的流程總結

這裡,先總結一下前面講解中和Surface有關的流程:

·  在ViewRoot構造時,會建立一個Surface,它使用無參建構函式,程式碼如下所示:

private final Surface mSurface = new Surface();

·  ViewRoot通過IWindowSession和WMS互動,而WMS中會呼叫的一個attach函式,會構造一個SurfaceSession,程式碼如下所示:

void windowAddedLocked() {

   if(mSurfaceSession == null) {

        mSurfaceSession = new SurfaceSession();

        mNumWindow++;

}

}

·  ViewRoot在performTransval的處理過程中會呼叫IWindowSession的relayout函式。這個函式還沒有分析。

·  ViewRoot呼叫Surface的lockCanvas,得到一塊畫布。

·  ViewRoot呼叫Surface的unlockCanvasAndPost釋放這塊畫布。

這裡從relayout函式開始分析,來看。

8.3.2  Surface之乾坤大挪移

1. 乾坤大挪移的表象

relayout的函式是一個跨程式的呼叫,由WMS完成實際處理。先到ViewRoot中看看呼叫方的用法,程式碼如下所示:

[-->ViewRoot.java]

private intrelayoutWindow(WindowManager.LayoutParams params,

int viewVisibility, boolean insetsPending)

throws RemoteException {

       int relayoutResult = sWindowSession.relayout(

                mWindow, params,

               (int) (mView.mMeasuredWidth * appScale + 0.5f),

               (int) (mView.mMeasuredHeight * appScale + 0.5f),

               viewVisibility, insetsPending, mWinFrame,

               mPendingContentInsets, mPendingVisibleInsets,

               mPendingConfiguration, mSurface);//mSurface傳了進去

        ......

       return relayoutResult;

    }

再看接收方的處理。它在WMS的Session中,程式碼如下所示:

[-->WindowManagerService.java::Session]

public int relayout(IWindow window,WindowManager.LayoutParams attrs,

               int requestedWidth, int requestedHeight, int viewFlags,

               boolean insetsPending, Rect outFrame, Rect outContentInsets,

               Rect outVisibleInsets, Configuration outConfig,

Surface outSurface) {

//注意最後這個引數的名字,叫outSurface

//呼叫外部類物件的relayoutWindow

   returnrelayoutWindow(this, window, attrs,

                    requestedWidth,requestedHeight, viewFlags, insetsPending,

                    outFrame, outContentInsets,outVisibleInsets, outConfig,

outSurface);

}

[-->WindowManagerService.java]

public int relayoutWindow(Session session,IWindow client,

           WindowManager.LayoutParams attrs, int requestedWidth,

           int requestedHeight, int viewVisibility, boolean insetsPending,

           Rect outFrame, Rect outContentInsets, Rect outVisibleInsets,

            Configuration outConfig, SurfaceoutSurface){

        .....

 try {

         //win就是WinState,這裡將建立一個本地的Surface物件

         Surfacesurface = win.createSurfaceLocked();

          if(surface != null) {

            //先建立一個本地surface,然後在outSurface的物件上呼叫copyFrom

           //將本地Surface的資訊拷貝到outSurface中,為什麼要這麼麻煩呢?

           outSurface.copyFrom(surface);

        ......

}

[-->WindowManagerService.java::WindowState]

Surface createSurfaceLocked() {

     ......

   try {

     //mSurfaceSession就是在Session上建立的SurfaceSession物件

     //這裡,以它為引數,構造一個新的Surface物件

        mSurface = new Surface(

                mSession.mSurfaceSession, mSession.mPid,

                 mAttrs.getTitle().toString(),

                 0, w, h, mAttrs.format, flags);

      }

         Surface.openTransaction();//開啟一個事務處理

        ......

         Surface.closeTransaction();//關閉一個事務處理。關於事務處理以後再分析

         ......

}

上面的程式碼段好像有點混亂。用圖8-7來表示一下這個流程:


圖8-7  複雜的Surface建立流程

根據圖8-7可知:

·  WMS中的Surface是乾坤中的乾,它的構造使用了帶SurfaceSession引數的建構函式。

·  ViewRoot中的Surface是乾坤中的坤,它的構造使用了無參建構函式。

·  copyFrom就是挪移,它將乾中的Surface資訊,拷貝到坤中的Surface即outSurface裡。

要是覺得乾坤大挪移就是這兩三下,未免就太小看它了。為徹底揭示這期間的複雜過程,我們將使用必殺技——aidl工具。

2. 揭祕Surface的乾坤大挪移

aidl可以把XXX.aidl檔案轉換成對應的Java檔案。剛才所說的乾坤大挪移發生在ViewRoot呼叫IWindowSession的relayout函式中,它在IWindowSession.adil中的定義如下:

[-->IWindowSesson.aidl]

interface IWindowSession {

    ......

 intrelayout(IWindow window, in WindowManager.LayoutParams attrs,

           int requestedWidth, int requestedHeight, int viewVisibility,

           boolean insetsPending, out Rect outFrame, out Rect outContentInsets,

           out Rect outVisibleInsets, out Configuration outConfig,

           out Surface outSurface);

下面,拿必殺技aidl來編譯一下這個aidl檔案,其使用方法如下:

在命令列下可以輸入:

aidl –Ie:\froyo\source\frameworks\base\core\java\ -Ie:\froyo\source\frameworks\base\Graphics\java e:\froyo\source\frameworks\base\core\java\android\view\IWindowSession.aidltest.java

新生成的Java檔案叫test.java。其中,-I引數指定include目錄,例如aidl檔案中使用了別的Java檔案中的類,所以需要指定這些Java檔案所在的目錄。

先看ViewRoot這個客戶端生成的程式碼,如下所示:

[-->test.java::Bp端::relayout]

public int relayout(android.view.IWindow window,

                 android.view.WindowManager.LayoutParams attrs,

                  int requestedWidth, intrequestedHeight,

                 int viewVisibility, boolean insetsPending,

                 android.graphics.Rect outFrame,

                 android.graphics.Rect outContentInsets,

                 android.graphics.Rect outVisibleInsets,

                 android.content.res.Configuration outConfig,

                 android.view.Surface outSurface)//outSurface是第11個引數

                                    throwsandroid.os.RemoteException

{

   android.os.Parcel_data = android.os.Parcel.obtain();

   android.os.Parcel_reply = android.os.Parcel.obtain();

   int_result;

   try {

      _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);

     _data.writeStrongBinder((((window!=null))?(window.asBinder()):(null)));

     if((attrs!=null)) {

       _data.writeInt(1);

       attrs.writeToParcel(_data,0);

     }

    else {

    _data.writeInt(0);

   }

  _data.writeInt(requestedWidth);

  _data.writeInt(requestedHeight);

  _data.writeInt(viewVisibility);

  _data.writeInt(((insetsPending)?(1):(0)));

 //奇怪,outSurface的資訊沒有寫到請求包_data中,就直接傳送請求訊息了

  mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_relayout,_data, _reply, 0);

  _reply.readException();

  _result= _reply.readInt();

  if((0!=_reply.readInt())) {

   outFrame.readFromParcel(_reply);

  }

  ....

  if((0!=_reply.readInt())) {

     outSurface.readFromParcel(_reply);//從Parcel中讀取資訊來填充outSurface

    }

  }

  ......

  return_result;

}

奇怪!ViewRoot呼叫requestlayout竟然沒有把outSurface資訊傳進去,這麼說,服務端收到的Surface物件應該就是空吧?那怎麼能呼叫copyFrom呢?還是來看服務端的處理,先看首先收到訊息的onTransact函式,程式碼如下所示:

[-->test.java::Bn端::onTransact]

public boolean onTransact(int code,android.os.Parcel data,

                               android.os.Parcelreply, int flags)

                    throwsandroid.os.RemoteException

{

  switch(code)

  {

    caseTRANSACTION_relayout:

    {

      data.enforceInterface(DESCRIPTOR);

      android.view.IWindow_arg0;

      android.view.Surface_arg10;

      //剛才講了,Surface資訊並沒有傳過來,那麼在relayOut中看到的outSurface是怎麼

      //出來的呢?看下面這句可知,原來在服務端這邊竟然new了一個新的Surface!!!

      _arg10= new android.view.Surface();

      int_result = this.relayout(_arg0, _arg1, _arg2, _arg3, _arg4,

      _arg5,_arg6, _arg7, _arg8, _arg9, _arg10);

      reply.writeNoException();

      reply.writeInt(_result);

      //_arg10就是呼叫copyFrom的那個outSurface,那怎麼傳到客戶端呢?

      if((_arg10!=null)) {

           reply.writeInt(1);

           //呼叫Surface的writeToParcel,把資訊寫到reply包中。

           //注意最後一個引數為PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE

           _arg10.writeToParcel(reply,

                 android.os.Parcelable.PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE);

        }

    }

    ......

   returntrue;

}

看完這個,會讓人有點毛骨悚然。我最開始一直在JNI檔案中尋找大挪移的蹤跡,但有幾個關鍵點始終不能明白,萬不得已就使用了這個aidl必殺技,於是終於揭露出其真相了。

3. 乾坤大挪移的真相

這裡,總結一下乾坤大挪移的整個過程,如圖8-8表示:


圖8-8  乾坤大挪移的真面目

上圖非常清晰地列出了乾坤大挪移的過程,我們可結合程式碼來加深理解。

注意,這裡,將BpWindowSession作為了IWindowSessionBinder在客戶端的代表。

 

8.3.3  分析乾坤大挪移的JNI層

前文講述的內容都集中在Java層,下面要按照流程順序分析JNI層的內容。

1. Surface的無參構造分析

在JNI層,第一個被呼叫的是Surface的無參建構函式,其程式碼如下所示:

[-->Surface.java]

public Surface() {

        ......

       //CompatibleCanvas從Canvas類派生

       mCanvas = new CompatibleCanvas();

    }

Canvas是什麼?根據SDK文件的介紹可知,畫圖需要“四大金剛”相互合作,這四大金剛是:

·  Bitmap:用於儲存畫素,也就是畫布。可把它當做一塊資料儲存區域。

·  Canvas:用於記載畫圖的動作,比如畫一個圓,畫一個矩形等。Canvas類提供了這些基本的繪圖函式。

·  Drawing primitive:繪圖基元,例如矩形、圓、弧線、文字、圖片等。

·  Paint:它用來描述繪畫時使用的顏色、風格(如實線、虛線等)等。

在一般情況下,Canvas會封裝一塊Bitmap,而作圖就是基於這塊Bitmap的。前面說的畫布,其實指的就是Canvas中的這塊Bitmap。

這些知識稍瞭解即可,不必去深究。Surface的無參建構函式沒有什麼有價值的內容,接著看下面的內容。

2. SurfaceSession的構造

現在要分析的是SurfaceSession,其建構函式如下所示:

[-->SurfaceSession.java]

public SurfaceSession() {

       init();//這是一個native函式

}

init是一個native函式。去看看它的JNI實現,它在android_view_Surface.cpp中,程式碼如下所示:

[-->android_view_Surface.cpp]

static void SurfaceSession_init(JNIEnv* env,jobject clazz)

{

     //建立一個SurfaceComposerClient物件

   sp<SurfaceComposerClient> client = new SurfaceComposerClient;

client->incStrong(clazz);

//在Java物件中儲存這個client物件的指標,型別為SurfaceComposerClient

   env->SetIntField(clazz, sso.client, (int)client.get());

}

這裡先不討論SurfaceComposerClient的內容,擬繼續把乾坤大挪移的流程走完。

3. Surface的有參構造

下一個呼叫的是Surface的有參構造,其引數中有一個SurfaceSession。先看Java層的程式碼,如下所示:

[-->Surface.java]

    publicSurface(SurfaceSession s,//傳入一個SurfaceSession物件

           int pid, String name, int display, int w, int h, int format, int flags)

       throws OutOfResourcesException {

        ......

       mCanvas = new CompatibleCanvas();

      //又一個native函式,注意傳遞的引數:display以後再說,w,h代表繪圖區域的寬高值

       init(s,pid,name,display,w,h,format,flags);

       mName = name;

    }

Surface的native init函式的JNI實現,也在android_view_Surface.cpp中,一起來看:

[-->android_view_Surface.cpp]

static void Surface_init(

        JNIEnv*env, jobject clazz,

       jobject session,

       jint pid, jstring jname, jint dpy, jint w, jint h, jint format, jintflags)

{

   //從SurfaceSession物件中取出之前建立的那個SurfaceComposerClient物件

SurfaceComposerClient* client =

           (SurfaceComposerClient*)env->GetIntField(session, sso.client);

 

   sp<SurfaceControl> surface;//注意它的型別是SurfaceControl

if (jname == NULL) {

    /*

呼叫SurfaceComposerClient的createSurface函式,返回的surface是一個

SurfaceControl型別。

*/

       surface = client->createSurface(pid, dpy, w, h, format, flags);

    } else{

        ......

}

   //把這個surfaceControl物件設定到Java層的Surface物件中,對這個函式就不再分析了

   setSurfaceControl(env, clazz, surface);

}

4. copyFrom的分析

現在要分析的就是copyFrom了。它就是一個native函式。看它的JNI層程式碼:

[-->android_view_Surface.cpp]

static void Surface_copyFrom(JNIEnv* env,jobject clazz, jobject other)

{

   //根據JNI函式的規則,clazz是copyFrom的呼叫物件,而other是copyFrom的引數。

   //目標物件此時還沒有設定SurfaceControl,而源物件在前面已經建立了SurfaceControl

   constsp<SurfaceControl>& surface = getSurfaceControl(env, clazz);

   constsp<SurfaceControl>& rhs = getSurfaceControl(env, other);

if (!SurfaceControl::isSameSurface(surface, rhs)) {

        //把源SurfaceControl物件設定到目標Surface中。

       setSurfaceControl(env, clazz, rhs);

    }

}

這一步還是比較簡單的,下面看第五步writeToParcel函式的呼叫。

5. writeToParcel的分析

多虧了必殺技aidl工具的幫忙,才挖出這個隱藏的writeToParcel函式呼叫,下面就來看看它,程式碼如下所示:

[-->android_view_Surface.cpp]

static void Surface_writeToParcel(JNIEnv* env,jobject clazz,

jobject argParcel, jint flags)

{

   Parcel* parcel = (Parcel*)env->GetIntField(argParcel, no.native_parcel);

//clazz就是Surface物件,從這個Surface物件中取出儲存的SurfaceControl物件

const sp<SurfaceControl>&control(getSurfaceControl(env, clazz));

/*

把SurfaceControl中的資訊寫到Parcel包中,然後利用Binder通訊傳遞到對端,

對端通過readFromParcel來處理Parcel包。

*/

   SurfaceControl::writeSurfaceToParcel(control, parcel);

if (flags & PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE) {

       //還記得PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE嗎?flags的值就等於它

       //所以本地Surface物件的SurfaceControl值被置空了

       setSurfaceControl(env, clazz, 0);

    }

}

 

6. readFromParcel的分析

再看作為客戶端的ViewRoot所呼叫的readFromParcel函式。它也是一個native函式,JNI層的程式碼如下所示:

[-->android_view_Surface.cpp]

static void Surface_readFromParcel(

       JNIEnv* env, jobject clazz, jobject argParcel)

{

   Parcel* parcel = (Parcel*)env->GetIntField( argParcel,no.native_parcel);

  

   //注意下面定義的變數型別是Surface,而不是SurfaceControl

   const sp<Surface>&control(getSurface(env, clazz));

   //根據服務端傳遞的Parcel包來構造一個新的surface。

   sp<Surface> rhs = new Surface(*parcel);

if (!Surface::isSameSurface(control, rhs)) {

//把這個新surface賦給ViewRoot中的mSurface物件。

      setSurface(env,clazz, rhs);

    }

}

7. Surface乾坤大挪移的小結

可能有人會問,乾坤大挪移怎麼這麼複雜?這期間出現了多少物件?來總結一下,在此期間一共有三個關鍵物件(注意我們這裡只考慮JNI層的Native物件),它們分別是:

·  SurfaceComposerClient。

·  SurfaceControl。

·  Surface,這個Surface物件屬於Native層,和Java層的Surface相對應。

其中轉移到ViewRoot成員變數mSurface中的,就是最後這個Surface物件了。這一路走來,真是異常坎坷。來回顧並概括總結一下這段歷程。至於它的作用應該是很清楚了。以後要破解SurfaceFlinger,靠的就是這個精簡的流程。

·  建立一個SurfaceComposerClient。

·  呼叫SurfaceComposerClient的createSurface得到一個SurfaceControl物件。

·  呼叫SurfaceControl的writeToParcel把一些資訊寫到Parcel包中。

·  根據Parcel包的資訊構造一個Surface物件。這個Surface物件儲存到Java層的mSurface物件中。這樣,大挪移的結果是ViewRoot得到一個Native的Surface物件。

精簡流程後,寥寥數語就可把過程說清楚。以後我們在研究程式碼時,也可以採取這種方式。

這個Surface物件非常重要,可它到底有什麼用呢?這正是下一節要講的內容。

8.3.4  Surface和畫圖

下面,來看最後兩個和Surface相關的函式呼叫:一個是lockCanvas;另外一個是unlockCanvasAndPost。

1. lockCanvas的分析

要對lockCanvas進行分析,須先來看Java層的函式,程式碼如下所示:

[-->Surface.java::lockCanvas()]

public Canvas lockCanvas(Rect dirty)

throws OutOfResourcesException,IllegalArgumentException

 {

       return lockCanvasNative(dirty);//呼叫native的lockCanvasNative函式。

}

[-->android_view_Surface.cpp::Surface_lockCanvas()]

static jobject Surface_lockCanvas(JNIEnv* env,jobject clazz, jobject dirtyRect)

{

    //從Java中的Surface物件中,取出費盡千辛萬苦得到的Native的Surface物件

    constsp<Surface>& surface(getSurface(env, clazz));

    ......

 

// dirtyRect表示需要重繪的矩形塊,下面根據這個dirtyRect設定dirtyRegion

    RegiondirtyRegion;

    if(dirtyRect) {

       Rect dirty;

       dirty.left  =env->GetIntField(dirtyRect, ro.l);

       dirty.top   =env->GetIntField(dirtyRect, ro.t);

       dirty.right = env->GetIntField(dirtyRect, ro.r);

        dirty.bottom=env->GetIntField(dirtyRect, ro.b);

        if(!dirty.isEmpty()) {

           dirtyRegion.set(dirty);   

        }

    } else{

       dirtyRegion.set(Rect(0x3FFF,0x3FFF));

    }

   

//呼叫NativeSurface物件的lock函式,

//傳入了一個引數Surface::SurfaceInfo info和一塊表示髒區域的dirtyRegion

   Surface::SurfaceInfo info;

   status_t err = surface->lock(&info, &dirtyRegion);

    ......

//Java的Surface物件構造的時候會建立一個CompatibleCanvas。

//這裡就取出這個CompatibleCanvas物件

   jobject canvas = env->GetObjectField(clazz, so.canvas);

   env->SetIntField(canvas, co.surfaceFormat, info.format);

    //從Canvas物件中取出SkCanvas物件

SkCanvas* nativeCanvas =(SkCanvas*)env->GetIntField(

canvas, no.native_canvas);

                         SkBitmap bitmap;

                         ssize_t bpr = info.s *bytesPerPixel(info.format);

   bitmap.setConfig(convertPixelFormat(info.format), info.w, info.h, bpr);

   ......

if (info.w > 0 && info.h > 0) {

//info.bits指向一塊儲存區域。

       bitmap.setPixels(info.bits);

    } else{

        bitmap.setPixels(NULL);

}

//給這個SkCanvas設定一個Bitmap,還記得前面說的,畫圖需要的四大金剛嗎?

//這裡將Bitmap設定到這個Canvas中,這樣進UI繪畫時就有畫布了。

   nativeCanvas->setBitmapDevice(bitmap);

    ......

   

    returncanvas;

}

lockCanvas還算比較簡單:

·  先獲得一塊儲存區域,然後將它和Canvas繫結到一起,這樣,UI繪畫的結果就記錄在這塊儲存區域裡了。

注意,本書不擬討論Android系統上Skia和OpenGL方面的知識,有興趣的讀者可自行研究。

接下來看unlockCanvasAndPost函式,它也是一個native函式:

2. unlockCanvasAndPost的分析

來看unlockCanvasAndPost的程式碼,如下所示:

[-->android_view_Surface.cpp]

static void Surface_unlockCanvasAndPost(JNIEnv*env, jobject clazz,

jobject argCanvas)

{

    jobjectcanvas = env->GetObjectField(clazz, so.canvas);

    //取出Native的Surface物件

const sp<Surface>& surface(getSurface(env,clazz));

//下面這些內容,不擬討論,讀者若有興趣,可結合Skia庫,自行研究。

SkCanvas* nativeCanvas =(SkCanvas*)env->GetIntField(canvas,

                                                 no.native_canvas);

    intsaveCount = env->GetIntField(clazz, so.saveCount);

   nativeCanvas->restoreToCount(saveCount);

   nativeCanvas->setBitmapDevice(SkBitmap());

   env->SetIntField(clazz, so.saveCount, 0);

 

    //呼叫Surface物件的unlockAndPost函式。

   status_t err = surface->unlockAndPost();

    ......

}

unlockCanvasAndPost也很簡單,這裡就不再多說了。

8.3.5  初識Surface總結

在本節的最後,我們來概括總結一下這一節所涉及到和Surface相關的呼叫流程,以備攻克下一個難關,如圖8-9所示 :


圖8-9  Surface的精簡流程圖

8.4  深入分析Surface

這一節,擬基於圖8-9中的流程,對Surface進行深入分析。在分析之前,還需要介紹一些Android平臺上圖形/影象顯示方面的知識,這裡統稱之為與Surface相關的基礎知識。

8.4.1  與Surface相關的基礎知識介紹

1. 顯示層(Layer)和螢幕組成

你瞭解螢幕顯示的漂亮介面是如何組織的嗎?來看圖8-10所展示的螢幕組成示意圖:


圖8-10  螢幕組成示意圖

從圖8-10中可以看出:

·  螢幕位於一個三維座標系中,其中Z軸從螢幕內指向螢幕外。

·  編號為①②③的矩形塊叫顯示層(Layer)。每一層有自己的屬性,例如顏色、透明度、所處螢幕的位置、寬、高等。除了屬性之外,每一層還有自己對應的顯示內容,也就是需要顯示的影象。

在Android中,Surface系統工作時,會由SurfaceFlinger對這些按照Z軸排好序的顯示層進行影象混合,混合後的影象就是在螢幕上看到的美妙畫面了。這種按Z軸排序的方式符合我們在日常生活中的體驗,例如前面的物體會遮擋住後面的物體。

注意,Surface系統中定義了一個名為Layer型別的類,為了區分廣義概念上的Layer和程式碼中的Layer,這裡稱廣義層的Layer為顯示層,以免混淆。

Surface系統提供了三種屬性,一共四種不同的顯示層。簡單介紹一下:

·  第一種屬性是eFXSurfaceNormal屬性,大多數的UI介面使用的就是這種屬性。它有兩種模式:

       1)Normal模式,這種模式的資料,是通過前面的mView.draw(canvas)畫上去的。這也是絕大多數UI所採用的方式。

       2)PushBuffer模式,這種模式對應於視訊播放、攝像機攝錄/預覽等應用場景。以攝像機為例,當攝像機執行時,來自Camera的預覽資料直接push到Buffer中,無須應用層自己再去draw了。

·  第二種屬性是eFXSurfaceBlur屬性,這種屬性的UI有點朦朧美,看起來很像隔著一層毛玻璃。

·  第三種屬性是eFXSurfaceDim屬性,這種屬性的UI看起來有點暗,好像隔了一層深色玻璃。從視覺上講,雖然它的UI看起來有點暗,但並不模糊。而eFXSurfaceBlur不僅暗,還有些模糊。

圖8-11展示了最後兩種型別的視覺效果圖,其中左邊的是Blur模式,右邊的是Dim模式。

           


圖8-11  Blur和Dim效果圖

注意,關於Surface系統的顯示層屬性定義,讀者可參考ISurfaceComposer.h。

本章將重點分析第一種屬性的兩類顯示層的工作原理。

2. FrameBuffer和PageFlipping

我們知道,在Audio系統中,音訊資料傳輸的過程是:

·  由客戶端把資料寫到共享記憶體中。

·  然後由AudioFlinger從共享記憶體中取出資料再往Audio HAL中傳送。

根據以上介紹可知,在音訊資料傳輸的過程中,共享記憶體起到了資料承載的重要作用。                                                                                     無獨有偶,Surface系統中的資料傳輸也存在同樣的過程,但承載影象資料的是鼎鼎大名的FrameBuffer(簡稱FB)。下面先來介紹FrameBuffer,然後再介紹Surface的資料傳輸過程。

(1)FrameBuffer的介紹

FrameBuffer的中文名叫幀緩衝,它實際上包括兩個不同的方面:

·  Frame:幀,就是指一幅影象。在螢幕上看到的那幅影象就是一幀。

·  Buffer:緩衝,就是一段儲存區域,可這個區域儲存的是幀。

FrameBuffer的概念很清晰,它就是一個儲存圖形/影象幀資料的緩衝。這個緩衝來自哪裡?理解這個問題,需要簡單介紹一下Linux平臺的虛擬顯示裝置FrameBuffer Device(簡稱FBD)。FBD是Linux系統中的一個虛擬裝置,裝置檔案對應為/dev/fb%d(比如/dev/fb0)。這個虛擬裝置將不同硬體廠商實現的真實裝置統一在一個框架下,這樣應用層就可以通過標準的介面進行圖形/影象的輸入和輸出了。圖8-12展示了FBD示意圖:


圖8-12  Linux系統中的FBD示意圖

從上圖中可以看出,應用層通過標準的ioctl或mmap等系統呼叫,就可以操作顯示裝置,用起來非常方便。這裡,把mmap的呼叫列出來,相信大部分讀者都知道它的作用了。

FrameBuffer中的Buffer,就是通過mmap把裝置中的視訊記憶體對映到使用者空間的,在這塊緩衝上寫資料,就相當於在螢幕上繪畫。

注意:上面所說的框架將引出另外一個概念Linux FrameBuffer(簡稱LFB)。LFB是Linux平臺提供的一種可直接操作FB的機制,依託這個機制,應用層通過標準的系統呼叫,就可以操作顯示裝置了。從使用的角度來看,它和Linux Audio中的OSS有些類似。

為加深讀者對此節內容的理解,這裡給出一個小例子,就是在DDMS工具中實現螢幕截圖功能,其程式碼在framebuffer_service.c中,如下所示:

[-->framebuffer_service.c]

struct fbinfo {//定義一個結構體

   unsigned int version;

   unsigned int bpp;

   unsigned int size;

   unsigned int width;

   unsigned int height;

   unsigned int red_offset;

   unsigned int red_length;

   unsigned int blue_offset;

   unsigned int blue_length;

   unsigned int green_offset;

   unsigned int green_length;

   unsigned int alpha_offset;

   unsigned int alpha_length;

} __attribute__((packed));

//fd是一個檔案的描述符,這個函式的目的,是把當前螢幕的內容寫到一個檔案中

void framebuffer_service(int fd, void *cookie)

{

    structfb_var_screeninfo vinfo;

    intfb, offset;

    charx[256];

 

    structfbinfo fbinfo;

   unsigned i, bytespp;

   //Android系統上的fb裝置路徑在/dev/graphics目錄下

    fb =open("/dev/graphics/fb0", O_RDONLY);

    if(fb< 0) goto done;

    //取出螢幕的屬性

   if(ioctl(fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo) < 0) goto done;

   fcntl(fb, F_SETFD, FD_CLOEXEC);

 

   bytespp = vinfo.bits_per_pixel / 8;

    //根據螢幕的屬性填充fbinfo結構,這個結構要寫到輸出檔案的頭部

    fbinfo.version = DDMS_RAWIMAGE_VERSION;

   fbinfo.bpp = vinfo.bits_per_pixel;

   fbinfo.size = vinfo.xres * vinfo.yres * bytespp;

   fbinfo.width = vinfo.xres;

fbinfo.height = vinfo.yres;

/*

下面幾個變數和顏色格式有關,以RGB565為例,簡單介紹一下。

RGB565表示一個畫素點中R分量為5位,G分量為6位,B分量為5位,並且沒有Alpha分量。

這樣一個畫素點的大小為16位,佔兩個位元組,比RGB888格式的一個畫素少一個位元組(它一個畫素是三個位元組)。

x_length的值為x分量的位數,例如,RGB565中R分量就是5位。

x_offset的值代表x分量在記憶體中的位置。如RGB565一個畫素佔兩個位元組,那麼x_offeset

表示x分量在這兩個位元組記憶體區域中的起始位置,但這個順序是反的,也就是B分量在前,

R在最後。所以red_offset的值就是11,而blue_offset的值是0,green_offset的值是6。

這些資訊在做格式轉換時(例如從RGB565轉到RGB888的時候)有用。

*/

   fbinfo.red_offset = vinfo.red.offset;

   fbinfo.red_length = vinfo.red.length;

   fbinfo.green_offset = vinfo.green.offset;

   fbinfo.green_length = vinfo.green.length;

   fbinfo.blue_offset = vinfo.blue.offset;

   fbinfo.blue_length = vinfo.blue.length;

   fbinfo.alpha_offset = vinfo.transp.offset;

   fbinfo.alpha_length = vinfo.transp.length;

 

    offset= vinfo.xoffset * bytespp;

 

    offset+= vinfo.xres * vinfo.yoffset * bytespp;

    //將fb資訊寫到檔案頭部

   if(writex(fd, &fbinfo, sizeof(fbinfo))) goto done;

 

   lseek(fb, offset, SEEK_SET);

    for(i= 0; i < fbinfo.size; i += 256) {

     if(readx(fb, &x, 256)) goto done;//讀取FBD中的資料

     if(writex(fd, &x, 256)) goto done;//將資料寫到檔案

    }

 

   if(readx(fb, &x, fbinfo.size % 256)) goto done;

   if(writex(fd, &x, fbinfo.size % 256)) goto done;

 

done:

    if(fb>= 0) close(fb);

   close(fd);

}

上面函式的目的就是截圖,這個例子可加深我們對FB的直觀感受,相信讀者下次再碰到FB時就不會犯怵了。

注意:我們可根據這段程式碼,寫一個簡單的Native可執行程式,然後adb push到裝置上執行。注意上面寫到檔案中的是RGB565格式的原始資料,如想在桌上型電腦上看到這幅圖片,可將它轉換成BMP格式。我的個人部落格上提供一個RGB565轉BMP的程式,讀者可以下載或自己另寫一個,這樣或許有助於更深入理解圖形/影象方面的知識。

在繼續分析前,先來問一個問題:

前面在Audio系統中講過,CB物件通過讀寫指標來協調生產者/消費者的步調,那麼Surface系統中的資料傳輸過程,是否也需通過讀寫指標來控制呢?

答案是肯定的,但不像Audio中的CB那樣複雜。

(2)PageFlipping

圖形/影象資料和音訊資料不太一樣,我們一般把音訊資料叫音訊流,它是沒有邊界的, 而圖形/影象資料是一幀一幀的,是有邊界的。這一點非常類似UDP和TCP之間的區別。所以在圖形/影象資料的生產/消費過程中,人們使用了一種叫PageFlipping的技術。

PageFlipping的中文名叫畫面交換,其操作過程如下所示:

·  分配一個能容納兩幀資料的緩衝,前面一個緩衝叫FrontBuffer,後面一個緩衝叫BackBuffer。

·  消費者使用FrontBuffer中的舊資料,而生產者用新資料填充BackBuffer,二者互不干擾。

·  當需要更新顯示時,BackBuffer變成FrontBuffer,FrontBuffer變成BackBuffer。如此迴圈,這樣就總能顯示最新的內容了。這個過程很像我們平常的翻書動作,所以它被形象地稱為PageFlipping。

說白了,PageFlipping其實就是使用了一個只有兩個成員的幀緩衝佇列,以後在分析資料傳輸的時候還會見到諸如dequeue和queue的操作。

3. 影象混合

我們知道,在AudioFlinger中有混音執行緒,它能將來自多個資料來源的資料混合後輸出,那麼,SurfaceFlinger是不是也具有同樣的功能呢?

答案是肯定的,否則它就不會叫Flinger了。Surface系統支援軟硬兩個層面的影象混合:

·  軟體層面的混合:例如使用copyBlt進行源資料和目標資料的混合。

·  硬體層面的混合:使用Overlay系統提供的介面。

無論是硬體還是軟體層面,都需將源資料和目標資料進行混合,混合需考慮很多內容,例如源的顏色和目標的顏色疊加後所產生的顏色。關於這方面的知識,讀者可以學習計算機圖形/影象學。這裡只簡單介紹一下copyBlt和Overlay。

·  copyBlt,從名字上看,是資料拷貝,它也可以由硬體實現,例如現在很多的2D圖形加速就是將copyBlt改由硬體來實現,以提高速度的。但不必關心這些,我們只需關心如何呼叫copyBlt相關的函式進行資料混合即可。

·  Overlay方法必須有硬體支援才可以,它主要用於視訊的輸出,例如視訊播放、攝像機攝像等,因為視訊的內容往往變化很快,所以如改用硬體進行混合效率會更高。

總體來說,Surface是一個比較龐大的系統,由於篇幅和精力所限,本章後面的內容將重點關注Surface系統的框架和工作流程。在掌握框架和流程後,讀者就可以在大的脈絡中迅速定位到自己感興趣的地方,然後展開更深入的研究了。

下面通過圖8-9所示的精簡流程,深入分析Android的Surface系統。

8.4.2  SurfaceComposerClient的分析

SurfaceComposerClient的出現是因為:

Java層SurfaceSession物件的建構函式會呼叫Native的SurfaceSession_init函式,而該函式的主要目的就是建立SurfaceComposerClient。

先回顧一下SurfaceSession_init函式,程式碼如下所示:

[-->android_view_Surface.cpp]

static void SurfaceSession_init(JNIEnv* env,jobject clazz)

{

  //new 一個SurfaceComposerClient物件

sp<SurfaceComposerClient> client = newSurfaceComposerClient;

//sp的使用也有讓人煩惱的地方,有時需要顯式地增加強弱引用計數,要是忘記,可就麻煩了

client->incStrong(clazz);

 env->SetIntField(clazz, sso.client,(int)client.get());

}

上面程式碼中,顯式地構造了一個SurfaceComposerClient物件。接下來看它是何方神聖。

1. 建立SurfaceComposerClient

SurfaceComposerClient這個名字隱含的意思是:

這個物件會和SurfaceFlinger進行互動,因為SurfaceFlinger派生於SurfaceComposer。

通過它的建構函式來看是否是這樣的。程式碼如下所示:

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

SurfaceComposerClient::SurfaceComposerClient()

{

  //getComposerService()將返回SF的Binder代理端的BpSurfaceFlinger物件

sp<ISurfaceComposer> sm(getComposerService());

//先呼叫SF的createConnection,再呼叫_init

  _init(sm, sm->createConnection());

 

    if(mClient != 0) {

       Mutex::Autolock _l(gLock);

       //gActiveConnections是全域性變數,把剛才建立的client儲存到這個map中去

       gActiveConnections.add(mClient->asBinder(), this);

    }

}

果然如此,SurfaceComposerClient建立了和SF的互動通道,下面直接轉到SF的createConnection函式去觀察。

(1)createConnection的分析

直接看程式碼,如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

sp<ISurfaceFlingerClient>SurfaceFlinger::createConnection()

{

   Mutex::Autolock _l(mStateLock);

   uint32_t token = mTokens.acquire();

   //先建立一個Client。

   sp<Client> client = new Client(token, this);

    //把這個Client物件儲存到mClientsMap中,token是它的標識。

   status_t err = mClientsMap.add(token, client);

/*

建立一個用於Binder通訊的BClient,BClient派生於ISurfaceFlingerClient,

它的作用是接受客戶端的請求,然後把處理提交給SF,注意,並不是提交給Client。

Client會建立一塊共享記憶體,該記憶體由getControlBlockMemory函式返回

*/

   sp<BClient> bclient =

        new BClient(this, token,client->getControlBlockMemory());

    returnbclient;

}

上面程式碼中提到,Client會建立一塊共享記憶體。熟悉Audio的讀者或許會認為,這可能是Surface的ControlBlock物件了!是的。CB物件在協調生產/消費步調時,起到了決定性的控制作用,所以非常重要,下面來看:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

Client::Client(ClientID clientID, constsp<SurfaceFlinger>& flinger)

    :ctrlblk(0), cid(clientID), mPid(0), mBitmap(0), mFlinger(flinger)

{

const int pgsize = getpagesize();

//下面這個操作會使cblksize為頁的大小,目前是4096位元組。

    constint cblksize = ((sizeof(SharedClient)+(pgsize-1))&~(pgsize-1));

    //MemoryHeapBase是我們的老朋友了,不熟悉的讀者可以回顧Audio系統中所介紹的內容

   mCblkHeap = new MemoryHeapBase(cblksize, 0,

                "SurfaceFlinger Clientcontrol-block");

 

   ctrlblk = static_cast<SharedClient *>(mCblkHeap->getBase());

    if(ctrlblk) {

       new(ctrlblk) SharedClient; //再一次覺得眼熟吧?使用了placement new

    }

}

原來,Surface的CB物件就是在共享記憶體中建立的這個SharedClient物件。先來認識一下這個SharedClient。

(2)SharedClient的分析

SharedClient定義了一些成員變數,程式碼如下所示:

class SharedClient

{

public:

   SharedClient();

   ~SharedClient();

   status_t validate(size_t token) const;

   uint32_t getIdentity(size_t token) const;//取出標識本Client的token

 

private:

    Mutexlock;

Condition cv; //支援跨程式的同步物件

//NUM_LAYERS_MAX為31,SharedBufferStack是什麼?

   SharedBufferStack surfaces[ NUM_LAYERS_MAX ];

};

//SharedClient的建構函式,沒什麼新意,不如Audio的CB物件複雜

SharedClient::SharedClient()

    :lock(Mutex::SHARED), cv(Condition::SHARED)

{

}

SharedClient的定義似乎簡單到極致了,不過不要高興得過早,在這個SharedClient的定義中,沒有發現和讀寫控制相關的變數,那怎麼控制讀寫呢?

答案就在看起來很彆扭的SharedBufferStack陣列中,它有31個元素。關於它的作用就不必賣關子了,答案是:

一個Client最多支援31個顯示層。每一個顯示層的生產/消費步調都由會對應的SharedBufferStack來控制。而它內部就用了幾個成員變數來控制讀寫位置。

認識一下SharedBufferStack的這幾個控制變數,如下所示:

[-->SharedBufferStack.h]

class  SharedBufferStack{

     ......

    //Buffer是按塊使用的,每個Buffer都有自己的編號,其實就是陣列中的索引號。

   volatile int32_t head;     //FrontBuffer的編號

   volatile int32_t available; //空閒Buffer的個數

   volatile int32_t queued;  //髒Buffer的個數,髒Buffer表示有新資料的Buffer

   volatile int32_t inUse; //SF當前正在使用的Buffer的編號   

    volatilestatus_t status; //狀態碼

     ......

  }

注意,上面定義的SharedBufferStack是一個通用的控制結構,而不僅是針對於只有兩個Buffer的情況。根據前面介紹的PageFlipping知識,如果只有兩個FB,那麼,SharedBufferStack的控制就比較簡單了:

要麼SF讀1號Buffer,客戶端寫0號Buffer,要麼SF讀0號Buffer,客戶端寫1號Buffer。

圖8-13是展示了SharedClient的示意圖:


圖8-13  SharedClient的示意圖

從上圖可知:

·  SF的一個Client分配一個跨程式共享的SharedClient物件。這個物件有31個SharedBufferStack元素,每一個SharedBufferStack對應於一個顯示層。

·  一個顯示層將建立兩個Buffer,後續的PageFlipping就是基於這兩個Buffer展開的。

另外,每一個顯示層中,其資料的生產和消費並不是直接使用SharedClient物件來進行具體控制的,而是基於SharedBufferServer和SharedBufferClient兩個結構,由這兩個結構來對該顯示層使用的SharedBufferStack進行操作,這些內容在以後的分析中還會碰到。

注意,這裡的顯示層指的是Normal型別的顯示層。

來接著分析後面的_init函式。

(3)_init函式的分析

先回顧一下之前的呼叫,程式碼如下所示:

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

SurfaceComposerClient::SurfaceComposerClient()

{

   ......

   _init(sm, sm->createConnection());

   ......

}

來看這個_init函式,程式碼如下所示:

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

void SurfaceComposerClient::_init(

       const sp<ISurfaceComposer>& sm, constsp<ISurfaceFlingerClient>& conn)

{

   mPrebuiltLayerState = 0;

   mTransactionOpen = 0;

   mStatus = NO_ERROR;

   mControl = 0;

 

   mClient = conn;//mClient就是BClient的客戶端

    mControlMemory =mClient->getControlBlock();

mSignalServer = sm;// mSignalServer就是BpSurfaceFlinger

//mControl就是那個建立於共享記憶體之中的SharedClient

    mControl = static_cast<SharedClient*>(mControlMemory->getBase());

}

_init函式的作用,就是初始化SurfaceComposerClient中的一些成員變數。最重要的是得到了三個成員:

·  mSignalServer ,它其實是SurfaceFlinger在客戶端的代理BpSurfaceFlinger,它的主要作用是,在客戶端更新完BackBuffer後(也就是重新整理了介面後),通知SF進行PageFlipping和輸出等工作。

·  mControl,它是跨程式共享的SharedClient,是Surface系統的ControlBlock物件。

·  mClient,它是BClient在客戶端的對應物。

 

2. 到底有多少種物件?

這一節,出現了好幾種型別的物件,通過圖8-14來看看它們:


圖8-14  類之間關係展示圖

從上圖中可以看出:

·  SurfaceFlinger是從Thread派生的,所以它會有一個單獨執行的工作執行緒。

·  BClient和SF之間採用了Proxy模式,BClient支援Binder通訊,它接收客戶端的請求,並派發給SF執行。

·  SharedClient構建於一塊共享記憶體中,SurfaceComposerClient和Client物件均持有這塊共享記憶體。

在精簡流程中,關於SurfaceComposerClient就分析到這裡,下面分析第二個步驟中的SurfaceControl物件。

8.4.3  SurfaceControl的分析

1. SurfaceControl的來歷

根據精簡的流程可知,這一節要分析的是SurfaceControl物件。先回顧一下這個物件的建立過程,程式碼如下所示:

[-->android_view_Surface.cpp]

static void Surface_init(JNIEnv* env, jobjectclazz, jobject session,

       jint pid, jstring jname, jint dpy, jint w, jint h, jint format, jintflags)

{

    SurfaceComposerClient* client =

           (SurfaceComposerClient*)env->GetIntField(session, sso.client);

    //注意這個變數,型別是SurfaceControl,名字卻叫surface,稍不留神就出錯了。

    sp<SurfaceControl>surface;

if (jname == NULL) {

    //呼叫Client的createSurface函式,得到一個SurfaceControl物件。

    surface= client->createSurface(pid, dpy, w, h, format, flags);

    }

......

   //將這個SurfaceControl物件設定到Java層的物件中儲存。

   setSurfaceControl(env, clazz, surface);

}

通過上面的程式碼可知,SurfaceControl物件由createSurface得來,下面看看這個函式。

此時,讀者或許會被程式碼中隨意起的變數名搞糊塗,因為我的處理方法碰到了容易混淆的地方,儘量以物件型別來表示這個物件。

(1)分析createSurface的請求端

在createSurface內部會使用Binder通訊將請求發給SF,所以它分為請求和響應兩端,先看請求端,程式碼如下所示:

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

sp<SurfaceControl>SurfaceComposerClient::createSurface(

       int pid,

       DisplayID display,//DisplayID是什麼意思?

       uint32_t w,

       uint32_t h,

       PixelFormat format,

       uint32_t flags)

{

   String8 name;

    constsize_t SIZE = 128;

    charbuffer[SIZE];

   snprintf(buffer, SIZE, "<pid_%d>", getpid());

   name.append(buffer);

   //呼叫另外一個createSurface,多一個name引數

    returnSurfaceComposerClient::createSurface(pid, name, display,

           w, h, format, flags);

 

}

在分析另外一個createSurface之前,應先介紹一下DisplayID的含義:

typedef int32_t    DisplayID;

DisplayID是一個int整型,它的意義是螢幕編號,例如雙屏手機就有內屏和外屏兩塊螢幕。由於目前Android的Surface系統只支援一塊螢幕,所以這個變數的取值都是0。

再分析另外一個createSurface函式,它的程式碼如下所示:

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

sp<SurfaceControl>SurfaceComposerClient::createSurface(

       int pid,const String8& name,DisplayID display,uint32_t w,

       uint32_t h,PixelFormat format,uint32_t flags)

{

   sp<SurfaceControl> result;

    if(mStatus == NO_ERROR) {

       ISurfaceFlingerClient::surface_data_t data;

        //呼叫BpSurfaceFlingerClient的createSurface函式

       sp<ISurface> surface = mClient->createSurface(&data, pid,name,

                                 display, w, h,format, flags);

        if(surface != 0) {

           if (uint32_t(data.token) < NUM_LAYERS_MAX) {

               //以返回的ISurface物件建立一個SurfaceControl物件

               result = new SurfaceControl(this, surface, data, w, h,

format, flags);

           }

        }

}

    returnresult;//返回的是SurfaceControl物件

}

請求端的處理比較簡單:

·  呼叫跨程式的createSurface函式,得到一個ISurface物件,根據Binder一章的知識可知,這個物件的真實型別是BpSurface。不過以後統稱之為ISurface。

·  以這個ISurface物件為引數,構造一個SurfaceControl物件。

createSurface函式的響應端在SurfaceFlinger程式中,下面去看這個函式。

在Surface系統定義了很多型別,我們們也中途休息一下,不妨來看看和字串“Surface”有關的有多少個類,權當其為小小的娛樂:

Native層有Surface、ISurface、SurfaceControl、SurfaceComposerClient。

Java層有Surface、SurfaceSession。

上面列出的還只是一部分,後面還有呢!*&@&*%¥*

(2)分析createSurface的響應端

前面講過,可把BClient看作是SF的Proxy,它會把來自客戶端的請求派發給SF處理,通過程式碼來看看,是不是這樣的?如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

sp<ISurface> BClient::createSurface(

       ISurfaceFlingerClient::surface_data_t* params, int pid,

       const String8& name,

       DisplayID display, uint32_t w, uint32_t h, PixelFormat format,

       uint32_t flags)

{

  //果然是交給SF處理,以後我們將跳過BClient這個代理。 

return mFlinger->createSurface(mId, pid,name, params, display, w, h,

           format, flags);

}

來看createSurface函式,它的目的就是建立一個ISurface物件,不過這中間的玄機還挺多,程式碼如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

sp<ISurface>SurfaceFlinger::createSurface(ClientID clientId, int pid,

       const String8& name, ISurfaceFlingerClient::surface_data_t* params,

       DisplayID d, uint32_t w, uint32_t h, PixelFormat format,

       uint32_t flags)

{

sp<LayerBaseClient> layer;//LayerBaseClient是Layer家族的基類

//這裡又冒出一個LayerBaseClient的內部類,它也叫Surface,是不是有點頭暈了?

   sp<LayerBaseClient::Surface> surfaceHandle;

 

   

Mutex::Autolock _l(mStateLock);

//根據clientId找到createConnection時加入的那個Client物件

   sp<Client> client = mClientsMap.valueFor(clientId);

    ......

   //注意這個id,它的值表示Client建立的是第幾個顯示層,根據圖8-14可以看出,這個id

//同時也表示將使用SharedBufferStatck陣列的第id個元素。

int32_t id = client->generateId(pid);

//一個Client不能建立多於NUM_LAYERS_MAX個的Layer。

    if(uint32_t(id) >= NUM_LAYERS_MAX) {

       return surfaceHandle;

    }

   //根據flags引數來建立不同型別的顯示層,我們在8.4.1節介紹過相關知識

    switch(flags & eFXSurfaceMask) {

       case eFXSurfaceNormal:

           if (UNLIKELY(flags & ePushBuffers)) {

             //建立PushBuffer型別的顯示層,我們將在擴充思考部分分析它

            layer = createPushBuffersSurfaceLocked(client, d, id,

                        w, h, flags);

           } else {

               //①建立Normal型別的顯示層,我們分析待會這個

               layer = createNormalSurfaceLocked(client, d, id,

                        w, h, flags, format);

           }

           break;

       case eFXSurfaceBlur:

            //建立Blur型別的顯示層

           layer = createBlurSurfaceLocked(client, d, id, w, h, flags);

           break;

        case eFXSurfaceDim:

            //建立Dim型別的顯示層

           layer = createDimSurfaceLocked(client, d, id, w, h, flags);

           break;

    }

 

    if(layer != 0) {

       layer->setName(name);

       setTransactionFlags(eTransactionNeeded);

//從顯示層物件中取出一個ISurface物件賦值給SurfaceHandle

       surfaceHandle = layer->getSurface();

        if(surfaceHandle != 0) {

           params->token = surfaceHandle->getToken();

           params->identity = surfaceHandle->getIdentity();

           params->width = w;

           params->height = h;

           params->format = format;

        }

    }

    returnsurfaceHandle;//ISurface的Bn端就是這個物件。

}

上面程式碼中的函式倒是很簡單,知識程式碼裡面冒出來的幾個新型別和它們的名字卻讓人有點頭暈。先用文字總結一下:

·  LayerBaseClient:前面提到的顯示層在程式碼中的對應物,就是這個LayerBaseClient,不過這是一個大家族,不同型別的顯示層將建立不同型別的LayerBaseClient。

·  LayerBaseClient中有一個內部類,名字叫Surface,這是一個支援Binder通訊的類,它派生於ISurface。

關於Layer的故事,後面會有單獨的章節來介紹。這裡先繼續分析createNormalSurfaceLocked函式。它的程式碼如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

sp<LayerBaseClient>SurfaceFlinger::createNormalSurfaceLocked(

       const sp<Client>& client, DisplayID display,

       int32_t id, uint32_t w, uint32_t h, uint32_t flags,

       PixelFormat& format)

{

   

    switch(format) { //一些影象方面的引數設定,可以不去管它。

    casePIXEL_FORMAT_TRANSPARENT:

    casePIXEL_FORMAT_TRANSLUCENT:

       format = PIXEL_FORMAT_RGBA_8888;

       break;

    casePIXEL_FORMAT_OPAQUE:

       format = PIXEL_FORMAT_RGB_565;

       break;

    }

    //①建立一個Layer型別的物件

sp<Layer> layer = new Layer(this, display,client, id);

//②設定Buffer

   status_t err = layer->setBuffers(w, h, format, flags);

if (LIKELY(err == NO_ERROR)) {

         //初始化這個新layer的一些狀態

       layer->initStates(w, h, flags);

       //③ 還記得在圖8-10中提到的Z軸嗎?下面這個函式把這個layer加入到Z軸大軍中。

       addLayer_l(layer);

}

......

    returnlayer;

}

createNormalSurfaceLocked函式有三個關鍵點,它們是:

·  構造一個Layer物件。

·  呼叫Layer物件的setBuffers函式。

·  呼叫SF的addLayer_l函式。

暫且記住這三個關鍵點,後文有單獨章節分析它們。先繼續分析SurfaceControl的流程。

(3)建立SurfaceControl物件

當跨程式的createSurface呼叫返回一個ISurface物件時,將通過下面的程式碼建立一個SurfaceControl物件:

result = new SurfaceControl(this, surface, data,w, h,format, flags);

下面來看這個SurfaceControl物件為何物。它的程式碼如下所示:

[-->SurfaceControl.cpp]

SurfaceControl::SurfaceControl(

       const sp<SurfaceComposerClient>& client,

       const sp<ISurface>& surface,

       const ISurfaceFlingerClient::surface_data_t& data,

       uint32_t w, uint32_t h, PixelFormat format, uint32_t flags)

    //mClient為SurfaceComposerClient,而mSurface指向跨程式createSurface呼叫

//返回的ISurface物件。

    :mClient(client), mSurface(surface),

     mToken(data.token), mIdentity(data.identity),

     mWidth(data.width), mHeight(data.height), mFormat(data.format),

     mFlags(flags)

{

}

SurfaceControl類可以看作是一個wrapper類:

它封裝了一些函式,通過這些函式可以方便地呼叫mClient或ISurface提供的函式。

在SurfaceControl的分析過程中,還遺留了和Layer相關的部分,下面就來解決它們。

2. Layer和它的家族

我們在createSurface中建立的是Normal的Layer,下面先看這個Layer的建構函式。

(1)Layer的構造

Layer是從LayerBaseClient派生的,其程式碼如下所示:

[-->Layer.cpp]

Layer::Layer(SurfaceFlinger* flinger, DisplayIDdisplay,

       const sp<Client>& c, int32_t i)//這個i表示SharedBufferStack陣列的索引

    :   LayerBaseClient(flinger, display, c, i),//先呼叫基類建構函式

       mSecure(false),

       mNoEGLImageForSwBuffers(false),

       mNeedsBlending(true),

       mNeedsDithering(false)

{

     //getFrontBuffer實際取出的是FrontBuffer的位置

   mFrontBufferIndex = lcblk->getFrontBuffer();

}

再來看基類LayerBaseClient的建構函式,程式碼如下所示:

[-->LayerBaseClient.cpp]

LayerBaseClient::LayerBaseClient(SurfaceFlinger*flinger, DisplayID display,

       const sp<Client>& client, int32_t i)

    :LayerBase(flinger, display), lcblk(NULL), client(client), mIndex(i),

      mIdentity(uint32_t(android_atomic_inc(&sIdentity)))

{

   /*

    建立一個SharedBufferServer物件,注意它使用了SharedClient物件,

    並且傳入了表示SharedBufferStack陣列索引的i和一個常量NUM_BUFFERS

*/

lcblk = new SharedBufferServer(

           client->ctrlblk, i, NUM_BUFFERS,//該值為常量2,在Layer.h中定義

           mIdentity);

}

SharedBufferServer是什麼?它和SharedClient有什麼關係?

其實,之前在介紹SharedClient時曾提過與此相關的內容,這裡再來認識一下,先看圖8-15:


圖8-15  ShardBufferServer的示意圖

根據上圖並結合前面的介紹,可以得出以下結論:

·  在SF程式中,Client的一個Layer將使用SharedBufferStack陣列中的一個成員,並通過SharedBufferServer結構來控制這個成員,我們知道SF是消費者,所以可由SharedBufferServer來控制資料的讀取。

·  與之相對應,客戶端的程式也會有一個物件來使用這個SharedBufferStatck,可它是通過另外一個叫SharedBufferClient的結構來控制的。客戶端為SF提供資料,所以可由SharedBufferClient控制資料的寫入。在後文的分析中還會碰到SharedBufferClient。

注意,在擴充思考部分,會有單獨章節來分析生產/消費過程中的讀寫控制。

通過前面的程式碼可知,Layer物件被new出來後,傳給了一個sp物件,讀者還記得sp中的onFirstRef函式嗎?Layer家族在這個函式中還有一些處理。一起去看看,但這個函式由基類LayerBaseClient實現。

[-->LayerBase.cpp]

void LayerBaseClient::onFirstRef()

{   

   sp<Client> client(this->client.promote());

if (client != 0) {

//把自己加入client物件的mLayers陣列中,這部分內容比較簡單,讀者可以自行研究

       client->bindLayer(this, mIndex);

    }

}

好,Layer建立完畢,下面來看第二個重要的函式setBuffers。

(2)setBuffers的分析

setBuffers,Layer類以及Layer的基類都有實現。由於建立的是Layer型別的物件,所以請讀者直接到Layer.cpp中尋找setBuffers函式。這個函式的目的就是建立用於PageFlipping的FrontBuffer和BackBuffer。一起來看,程式碼如下所示:

[-->Layer.cpp]

status_t Layer::setBuffers( uint32_t w, uint32_th,

                            PixelFormat format,uint32_t flags)

{

   PixelFormatInfo info;

   status_t err = getPixelFormatInfo(format, &info);

    if(err) return err;

 

//DisplayHardware是代表顯示裝置的HAL物件,0代表第一塊螢幕的顯示裝置。

//這裡將從HAL中取出一些和顯示相關的資訊。

    constDisplayHardware& hw(graphicPlane(0).displayHardware());

   uint32_t const maxSurfaceDims = min(

           hw.getMaxTextureSize(), hw.getMaxViewportDims());

 

   PixelFormatInfo displayInfo;

    getPixelFormatInfo(hw.getFormat(),&displayInfo);

    constuint32_t hwFlags = hw.getFlags();

   

    ......

    

/*

建立Buffer,這裡將建立兩個GraphicBuffer。這兩個GraphicBuffer就是我們前面

所說的FrontBuffer和BackBuffer。

    */

for (size_t i=0 ; i<NUM_BUFFERS ; i++) {

//注意,這裡呼叫的是GraphicBuffer的無參建構函式,mBuffers是一個二元陣列。

       mBuffers[i] = new GraphicBuffer();

}

//又冒出來一個SurfaceLayer型別,#¥%……&*!@

   mSurface = new SurfaceLayer(mFlinger, clientIndex(), this);

    returnNO_ERROR;

}

setBuffers函式的工作內容比較簡單,就是:

·  建立一個GraphicBuffer緩衝陣列,元素個數為2,即FrontBuffer和BackBuffer。

·  建立一個SurfaceLayer,關於它的身世我們後續再介紹。

GraphicBuffer是Android提供的顯示記憶體管理類,關於它的故事,將在8.4.7節中介紹。我們暫把它當做普通的Buffer即可。

setBuffers中出現的SurfaceLayer類是什麼?讀者可能對此感覺有些暈乎。待把最後一個關鍵函式addLayer_l介紹完,或許就不太暈了。

(3)addLayer_l的分析

addLayer_l把這個新建立的layer加入自己的Z軸大軍,下面來看:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

status_t SurfaceFlinger::addLayer_l(constsp<LayerBase>& layer)

{

/*

mCurrentState是SurfaceFlinger定義的一個結構,它有一個成員變數叫

layersSortedByZ,其實就是一個排序陣列。下面這個add函式將把這個新的layer按照

它在Z軸的位置加入到排序陣列中。mCurrentState儲存了所有的顯示層。

*/

    ssize_t i = mCurrentState.layersSortedByZ.add(

                             layer,&LayerBase::compareCurrentStateZ);

sp<LayerBaseClient> lbc =

LayerBase::dynamicCast< LayerBaseClient*>(layer.get());

    if(lbc != 0) {

       mLayerMap.add(lbc->serverIndex(), lbc);

    }

    returnNO_ERROR;

}

對Layer的三個關鍵函式都已分析過了,下面正式介紹Layer家族。

(4)Layer家族的介紹

前面的內容確讓人頭暈眼花,現在應該幫大家恢復清晰的頭腦。先來“一劑猛藥”,見圖8-16:


圖8-16  Layer家族

通過上圖可知:

·  LayerBaseClient從LayerBase類派生。

·  LayerBaseClient還有四個派生類,分別是Layer、LayerBuffer、LayerDim和LayerBlur。

·  LayerBaseClient定義了一個內部類Surface,這個Surface從ISurface類派生,它支援Binder通訊。

·  針對不同的型別,Layer和LayerBuffer分別有一個內部類SurfaceLayer和SurfaceLayerBuffer,它們繼承了LayerBaseClient的Surface類。所以對於Normal型別的顯示層來說,getSurface返回的ISurface物件的真正型別是SurfaceLayer。

·  LayerDim和LayerBlur類沒有定義自己的內部類,所以對於這兩種型別的顯示層來說,它們直接使用了LayerBaseClient的Surface。

·  ISurface介面提供了非常簡單的函式,如requestBuffer、postBuffer等。

這裡大量使用了內部類。我們知道,內部類最終都會把請求派發給外部類物件來處理,既然如此,在以後分析中,如果沒有特殊情況,就會直接跳到外部類的處理函式中。

強烈建議Google把Surface相關程式碼好好整理一下,至少讓型別名取得更直觀些,現在這樣確實有點讓人頭暈。好,來小小娛樂一下。看之前介紹的和“Surface”有關的名字:

Native層有Surface、ISurface、SurfaceControl、SurfaceComposerClient。

Java層有Surface、SurfaceSession。

在介紹完Layer家族後,與它相關的名字又多了幾個,它們是

LayerBaseClient::Surface、Layer::SurfaceLayer、LayerBuffer::SurfaceLayerBuffer。

3. SurfaceControl總結

SurfaceControl建立後得到了什麼呢?可用圖8-17來表示:


圖8-17  SurfaceControl建立後的結果圖

通過上圖可以知道:

·  mClient成員變數指向SurfaceComposerClient。

·  mSurface的Binder通訊響應端為SurfaceLayer。

·  SurfaceLayer有一個變數mOwner指向它的外部類Layer,而Layer有一個成員變數mSurface指向SurfaceLayer。這個SurfaceLayer物件由getSurface函式返回。

注意,mOwner變數由SurfaceLayer的基類Surface(LayBaseClient的內部類)定義。

接下來就是writeToParcel分析和Native Surface物件的建立了。注意,這個Native的Surface可不是LayBaseClient的內部類Surface。

 

8.4.4  writeToParcel和Surface物件的建立

從乾坤大挪移的知識可知,前面建立的所有物件都在WindowManagerService所在的程式system_server中,而writeToParcel則需要把一些資訊打包到Parcel後,傳送到Activity所在的程式。到底哪些內容需要回傳給Activity所在的程式呢?

後文將Activity所在的程式簡稱為Activity端。

1. writeToParcel分析

writeToParcel比較簡單,就是把一些資訊寫到Parcel中去。程式碼如下所示:

[-->SurfaceControl.cpp]

status_t SurfaceControl::writeSurfaceToParcel(

       const sp<SurfaceControl>& control, Parcel* parcel)

{

   uint32_t flags = 0;

   uint32_t format = 0;

   SurfaceID token = -1;

   uint32_t identity = 0;

   uint32_t width = 0;

   uint32_t height = 0;

   sp<SurfaceComposerClient> client;

   sp<ISurface> sur;

    if(SurfaceControl::isValid(control)) {

       token    = control->mToken;

        identity= control->mIdentity;

       client   = control->mClient;

       sur      = control->mSurface;

       width    = control->mWidth;

       height   = control->mHeight;

       format   = control->mFormat;

       flags    = control->mFlags;

}

//SurfaceComposerClient的資訊需要傳遞到Activity端,這樣客戶端那邊會構造一個

//SurfaceComposerClient物件

parcel->writeStrongBinder(client!=0  ? client->connection() : NULL);

 

//把ISurface物件資訊也寫到Parcel中,這樣Activity端那邊也會構造一個ISurface物件

    parcel->writeStrongBinder(sur!=0?sur->asBinder(): NULL);

   parcel->writeInt32(token);

   parcel->writeInt32(identity);

   parcel->writeInt32(width);

   parcel->writeInt32(height);

   parcel->writeInt32(format);

   parcel->writeInt32(flags);

    returnNO_ERROR;

}

Parce包發到Activity端後,readFromParcel將根據這個Parcel包構造一個Native的Surface物件,一起來看相關程式碼。

2. 分析Native的Surface建立過程

[-->android_view_Surface.cpp]

static void Surface_readFromParcel(

       JNIEnv* env, jobject clazz, jobject argParcel)

{

   Parcel* parcel = (Parcel*)env->GetIntField( argParcel, no.native_parcel);

const sp<Surface>& control(getSurface(env,clazz));

//根據服務端的parcel資訊來構造客戶端的Surface

   sp<Surface> rhs = new Surface(*parcel);

    if(!Surface::isSameSurface(control, rhs)) {

         setSurface(env, clazz, rhs);

    }

}

Native的Surface是怎麼利用這個Parcel包的?程式碼如下所示:

[-->Surface.cpp]

Surface::Surface(const Parcel& parcel)

:mBufferMapper(GraphicBufferMapper::get()),

mSharedBufferClient(NULL)

{

/*

Surface定義了一個mBuffers變數,它是一個sp<GraphicBuffer>的二元陣列,也就是說Surface也存在二個GraphicBuffer,而之前在建立Layer的時候也有兩個GraphicBuffer,難道一共有四個GraphicBuffer?這個問題,後面再解答。

 

*/

sp<IBinder> clientBinder =parcel.readStrongBinder();

//得到ISurface的Bp端BpSurface。

   mSurface    =interface_cast<ISurface>(parcel.readStrongBinder());

   mToken      = parcel.readInt32();

   mIdentity   = parcel.readInt32();

   mWidth      = parcel.readInt32();

   mHeight     = parcel.readInt32();

   mFormat     = parcel.readInt32();

   mFlags      = parcel.readInt32();

 

if (clientBinder != NULL) {

     /*

根據ISurfaceFlingerClient物件構造一個SurfaceComposerClient物件,注意我們

現在位於Activity端,這裡還沒有建立SurfaceComposerClient物件,所以需要建立一個

      */

       mClient = SurfaceComposerClient::clientForConnection(clientBinder);

       //SharedBuffer家族的最後一員ShardBufferClient終於出現了。

       mSharedBufferClient = new SharedBufferClient(

                             mClient->mControl, mToken, 2,mIdentity);

    }

 

   init();//做一些初始化工作。

}

在Surface建立完後,得到什麼了呢?看圖8-18就可知道:


圖8-18  Native Surface的示意圖

上圖很清晰地說明:

·  ShardBuffer家族依託共享記憶體結構SharedClient與它共同組成了Surface系統生產/消費協調的中樞控制機構,它在SF端的代表是SharedBufferServer,在Activity端的代表是SharedBufferClient。

·  Native的Surface將和SF中的SurfaceLayer建立Binder聯絡。

另外,圖中還特意畫出了承載資料的GraphicBuffer陣列,在程式碼的註釋中也針對GraphicBuffer提出了一個問題:Surface中有兩個GraphicBuffer,Layer也有兩個,一共就有四個GraphicBuffer了,可是為什麼這裡只畫出兩個呢?

答案是,我們們不是有共享記憶體嗎?這四個GraphicBuffer其實操縱的是同一段共享記憶體,所以為了簡單,就只畫了兩個GraphicBuffer。在8.4.7節再介紹GraphicBuffer的故事。

下面,來看中樞控制機構的SharedBuffer家族。

3. SharedBuffer家族介紹

(1)SharedBuffer家族成員

SharedBuffer是一個家族名稱,它包括多少成員呢?來看SharedBuffer的家族圖譜,如圖8-19所示:


圖8-19  SharedBuffer家族介紹

從上圖可以知道:

·  XXXCondition、XXXUpdate等都是內部類,它們主要是用來更新讀寫位置的。不過這些操作,為什麼要通過類來封裝呢?因為SharedBuffer的很多操作都使用了C++中的Function Object(函式物件),而這些內部類的例項就是函式物件。函式物件是什麼?它怎麼使用?對此,在以後的分析中會介紹。

(2)SharedBuffer家族和SharedClient的關係

前面介紹過,SharedBufferServer和SharedBufferClient控制的其實只是SharedBufferStack陣列中的一個,下面通過SharedBufferBase的建構函式,來看是否如此。

[-->SharedBufferStack.cpp]

SharedBufferBase::SharedBufferBase(SharedClient*sharedClient,

       int surface, int num, int32_t identity)

: mSharedClient(sharedClient),

  mSharedStack(sharedClient->surfaces+ surface),

 mNumBuffers(num), //根據前面PageFlipping的知識可知,num值為2

mIdentity(identity)

{

 /*

上面的賦值語句中最重要的是第二句:

   mSharedStack(sharedClient->surfaces +surface)

   這條語句使得這個SharedBufferXXX物件,和SharedClient中SharedBufferStack陣列

的第surface個元素建立了關係

*/

}

4. Native Surface總結

至此,Activity端Java的Surface物件,終於和一個Native Surface物件掛上了鉤,並且這個Native Surface還準備好了繪圖所需的一切,其中包括:

·  兩個GraphicBuffer,這就是PageFlipping所需要的FrontBuffer和BackBuffer。

·  SharedBufferServer和SharedBufferClient結構,這兩個結構將用於生產/消費的過程控制。

·  一個ISurface物件,這個物件連線著SF中的一個SurfaceLayer物件。

·  一個SurfaceComposerClient物件,這個物件連線著SF中的一個BClient物件。

資源都已經準備好了,可以開始繪製UI了。下面,分析兩個關鍵的函式lockCanvas和unlockCanvasAndPost。

8.4.5  lockCanvas和unlockCanvasAndPost的分析

這一節,分析精簡流程中的最後兩個函式lockCanvas和unlockCanvasAndPost。

1. lockCanvas分析

據前文分析可知,UI在繪製前都需要通過lockCanvas得到一塊儲存空間,也就是所說的BackBuffer。這個過程中最終會呼叫Surface的lock函式。其程式碼如下所示:

[-->Surface.cpp]

status_t Surface::lock(SurfaceInfo* other,Region* dirtyIn, bool blocking)

{

    //傳入的引數中,other用來接收一些返回資訊,dirtyIn表示需要重繪的區域  

......

if (mApiLock.tryLock() != NO_ERROR) {//多執行緒的情況下要鎖住

     ......

     returnWOULD_BLOCK;

}

    //設定usage標誌,這個標誌在GraphicBuffer分配緩衝時有指導作用

   setUsage(GRALLOC_USAGE_SW_READ_OFTEN | GRALLOC_USAGE_SW_WRITE_OFTEN);

   

    //定義一個GraphicBuffer,名字就叫backBuffer。

    sp<GraphicBuffer>backBuffer;

   //①還記得我們說的2個元素的緩衝佇列嗎?下面的dequeueBuffer將取出一個空閒緩衝

    status_terr = dequeueBuffer(&backBuffer);

   if (err== NO_ERROR) {

        //② 鎖住這塊buffer

       err = lockBuffer(backBuffer.get());

        if(err == NO_ERROR) {

           const Rect bounds(backBuffer->width, backBuffer->height);

           Region scratch(bounds);

           Region& newDirtyRegion(dirtyIn ? *dirtyIn : scratch);

 

          ......

         //mPostedBuffer是上一次繪畫時使用的Buffer,也就是現在的frontBuffer

           const sp<GraphicBuffer>& frontBuffer(mPostedBuffer);

           if (frontBuffer !=0 &&

               backBuffer->width  ==frontBuffer->width &&

               backBuffer->height == frontBuffer->height &&

               !(mFlags & ISurfaceComposer::eDestroyBackbuffer))

           {

               const Region copyback(mOldDirtyRegion.subtract(newDirtyRegion));

               if (!copyback.isEmpty() && frontBuffer!=0) {

                    /③把frontBuffer中的資料拷貝到BackBuffer中,這是為什麼?

                    copyBlt(backBuffer,frontBuffer, copyback);

               }

           }

 

            mDirtyRegion = newDirtyRegion;

           mOldDirtyRegion = newDirtyRegion;

            

 

           void* vaddr;

           //呼叫GraphicBuffer的lock得到一塊記憶體,記憶體地址被賦值給了vaddr,

          //後續的作畫將在這塊記憶體上展開

           status_t res = backBuffer->lock(

                    GRALLOC_USAGE_SW_READ_OFTEN |GRALLOC_USAGE_SW_WRITE_OFTEN,

                    newDirtyRegion.bounds(),&vaddr);

           

           mLockedBuffer = backBuffer;

           //other用來接收一些資訊。

           other->w      =backBuffer->width;  //寬度資訊

           other->h      =backBuffer->height;

           other->s      =backBuffer->stride;

           other->usage  =backBuffer->usage;

           other->format = backBuffer->format;

           other->bits   = vaddr; //最重要的是這個記憶體地址

        }

    }

   mApiLock.unlock();

    returnerr;

}

在上面的程式碼中,列出了三個關鍵點:

·  呼叫dequeueBuffer得到一個空閒緩衝,也可以叫空閒緩衝出隊。

·  呼叫lockBuffer。

·  呼叫copyBlt函式,把frontBuffer資料拷貝到backBuffer中,這是為什麼?

來分析這三個關鍵點。

(1)dequeueBuffer的分析

dequeueBuffer的目的很簡單,就是選取一個空閒的GraphicBuffer,其程式碼如下所示:

[-->Surface.cpp]

status_tSurface::dequeueBuffer(sp<GraphicBuffer>* buffer) {

   android_native_buffer_t* out;

   status_t err = dequeueBuffer(&out);//呼叫另外一個dequeueBuffer

    if(err == NO_ERROR) {

       *buffer = GraphicBuffer::getSelf(out);

    }

    returnerr;

}

這其中又呼叫了另外一個dequeueBuffer函式。它的程式碼如下所示:

[-->Surface.cpp]

intSurface::dequeueBuffer(android_native_buffer_t** buffer)

{

sp<SurfaceComposerClient> client(getClient());

//①呼叫SharedBufferClient的dequeue函式,它返回當前空閒的緩衝號

  ssize_tbufIdx = mSharedBufferClient->dequeue();

const uint32_t usage(getUsage());

/*

mBuffers就是我們前面在Surface建立中介紹的那個二元sp<GraphicBuffer>陣列。

這裡定義的backBuffer是一個引用型別,也就是說如果修改backBuffer的資訊,

就相當於修改了mBuffers[bufIdx]

   */

const sp<GraphicBuffer>&backBuffer(mBuffers[bufIdx]);

//mBuffers定義的GraphicBuffer使用的也是無參建構函式,所以此時還沒有真實的儲存被建立

   if(backBuffer == 0 || //第一次進來滿足backBuffer為空這個條件

       ((uint32_t(backBuffer->usage) & usage) != usage) ||

       mSharedBufferClient->needNewBuffer(bufIdx))

{

   //呼叫getBufferLocked,需要進去看看。

       err = getBufferLocked(bufIdx, usage);

        if(err == NO_ERROR) {

           mWidth  =uint32_t(backBuffer->width);

           mHeight = uint32_t(backBuffer->height);

        }

}

......

}

上面列出了一個關鍵點,就是SharedBufferClient的dequeue函式,暫且記住這個呼叫,後面會有單獨章節分析生產/消費步調控制。先看getBufferLocked函式,其程式碼如下所示:

[-->Surface.cpp]

tatus_t Surface::getBufferLocked(int index, intusage)

{

   sp<ISurface> s(mSurface);

   status_t err = NO_MEMORY;

//注意這個currentBuffer也被定義為引用型別

sp<GraphicBuffer>&currentBuffer(mBuffers[index]);

//終於用上了ISurface物件,呼叫它的requestBuffer得到指定索引index的Buffer

    sp<GraphicBuffer> buffer =s->requestBuffer(index, usage);

    if (buffer != 0) {

       err = mSharedBufferClient->getStatus();

        if(!err && buffer->handle != NULL) {

//getBufferMapper返回GraphicBufferMapper物件

//呼叫它的registerBuffer幹什麼?這個問題我們在8.4.7節回答

           err = getBufferMapper().registerBuffer(buffer->handle);

           if (err == NO_ERROR) {

         //把requestBuffer得到的值賦給currentBuffer,由於currentBuffer是引用型別,

         //實際上相當於mBuffers[index]=buffer

                currentBuffer = buffer;

               //設定currentBuffer的編號

               currentBuffer->setIndex(index);

               mNeedFullUpdate = true;

           }

        }else {

           err = err<0 ? err : NO_MEMORY;

        }

        return err;

}

至此,getBufferLocked的目的,已比較清晰了:

·  呼叫ISurface的requestBuffer得到一個GraphicBuffer物件,這個GraphicBuffer物件被設定到本地的mBuffers陣列中。看來Surface定義的這兩個GraphicBuffer和Layer定義的兩個GraphicBuffer是有聯絡的,所以圖8-18中只畫了兩個GraphicBuffer。

我們已經知道,ISurface的Bn端實際上是定義在Layer.類中的SurfaceLayer,下面來看它實現的requestBuffer。由於SurfaceLayer是Layer的內部類,它的工作最終都會交給Layer來處理,所以這裡可直接看Layer的requestBuffer函式:

[-->Layer.cpp]

sp<GraphicBuffer> Layer::requestBuffer(intindex, int usage)

{

   sp<GraphicBuffer> buffer;

 

   sp<Client> ourClient(client.promote());

  //lcblk就是那個SharedBufferServer物件,下面這個呼叫確保index號GraphicBuffer

  //沒有被SF當做FrontBuffer使用。

   status_t err = lcblk->assertReallocate(index);

    ......

    if(err != NO_ERROR) {

        return buffer;

    }

 

   uint32_t w, h;

    {

       Mutex::Autolock _l(mLock);

        w= mWidth;

        h= mHeight;

   /*

   mBuffers是SF端建立的一個二元陣列,這裡取出第index個元素,之前說過,

   mBuffers使用的也是GraphicBuffer的無參建構函式,所以此時也沒有真實儲存被建立。

   */

       buffer = mBuffers[index];

       mBuffers[index].clear();

    }

 

    constuint32_t effectiveUsage = getEffectiveUsage(usage);

   if(buffer!=0 && buffer->getStrongCount() == 1) {

        //①分配物理儲存,後面會分析這個。

       err = buffer->reallocate(w, h, mFormat, effectiveUsage);

    } else{

       buffer.clear();

       //使用GraphicBuffer的有參構造,這也使得物理儲存被分配

       buffer = new GraphicBuffer(w, h, mFormat, effectiveUsage);

       err = buffer->initCheck();

    }

 

    ......

 

    if(err == NO_ERROR && buffer->handle != 0) {

       Mutex::Autolock _l(mLock);

        if(mWidth && mHeight) {

           mBuffers[index] = buffer;

           mTextures[index].dirty = true;

        }else {

            buffer.clear();

        }

    }

    returnbuffer;//返回

}

不管怎樣,此時跨程式的這個requestBuffer返回的GraphicBuffer,已經和一塊物理儲存繫結到一起了。所以dequeueBuffer順利返回了它所需的東西。接下來則需呼叫lockBuffer。

(2)lockBuffer的分析

lockBuffer的程式碼如下所示:

[-->Surface.cpp]

int Surface::lockBuffer(android_native_buffer_t*buffer)

{

   sp<SurfaceComposerClient> client(getClient());

   status_t err = validate();

   int32_t bufIdx = GraphicBuffer::getSelf(buffer)->getIndex();

    err =mSharedBufferClient->lock(bufIdx); //呼叫SharedBufferClient的lock

    return err;

}

來看這個lock函式:

[-->SharedBufferStack.cpp]

status_t SharedBufferClient::lock(int buf)

{

   LockCondition condition(this, buf);//這個buf是BackBuffer的索引號

   status_t err = waitForCondition(condition);

    returnerr;

}

注意,給waitForCondition函式傳遞的是一個LockCondition型別的物件,前面所說的函式物件的作用將在這裡見識到,先看waitForCondition函式:

[-->SharedBufferStack.h]

template <typename T> //這是一個模板函式

status_t SharedBufferBase::waitForCondition(Tcondition)

{

    constSharedBufferStack& stack( *mSharedStack );

   SharedClient& client( *mSharedClient );

    constnsecs_t TIMEOUT = s2ns(1);

   Mutex::Autolock _l(client.lock);

    while((condition()==false) && //注意這個condition()的用法

           (stack.identity == mIdentity) &&

           (stack.status == NO_ERROR))

    {

       status_t err = client.cv.waitRelative(client.lock, TIMEOUT);

        if(CC_UNLIKELY(err != NO_ERROR)) {

           if (err == TIMED_OUT) {

               if (condition()) {//注意這個:condition(),condition是一個物件

                   break;

               } else {

              }

           } else {

              return err;

           }

        }

    }

    return(stack.identity != mIdentity) ? status_t(BAD_INDEX) : stack.status;

}

waitForCondition函式比較簡單,就是等待一個條件為真,這個條件是否滿足由condition()這條語句來判斷。但這個condition不是一個函式,而是一個物件,這又是怎麼回事?

這就是Funcition Object(函式物件)的概念。函式物件的本質是一個物件,不過是過載了操作符(),這和過載操作符+、-等沒什麼區別。可以把它當作是一個函式來看待。

為什麼需要函式物件呢?因為物件可以儲存資訊,所以呼叫這個物件的()函式就可以利用這個物件的資訊了。

來看condition物件的()函式。剛才傳進來的是LockCondition,它的()定義如下:

[-->SharedBufferStack.cpp]

boolSharedBufferClient::LockCondition::operator()() {

   //stack、buf等都是這個物件的內部成員,這個物件的目的就是根據讀寫位置判斷這個buffer是

//否空閒。

    return(buf != stack.head ||

           (stack.queued > 0 && stack.inUse != buf));

}

SharedBufferStack的讀寫控制,比Audio中的環形緩衝看起來要簡單,實際上它卻比較複雜。本章會在擴充套件部分進行分析。這裡給讀者準備一個問題,也是我之前百思不得其解的問題:

既然已經呼叫dequeue得到了一個空閒緩衝,為什麼這裡還要lock呢?

(3)拷貝舊資料

在第三個關鍵點中,可看到這樣的程式碼:

[-->Surface.cpp]

status_t Surface::lock(SurfaceInfo* other,Region* dirtyIn, bool blocking)

{

          ......

           const sp<GraphicBuffer>& frontBuffer(mPostedBuffer);

           if (frontBuffer !=0 &&

               backBuffer->width  ==frontBuffer->width &&

               backBuffer->height == frontBuffer->height &&

               !(mFlags & ISurfaceComposer::eDestroyBackbuffer))

           {

               const Region copyback(mOldDirtyRegion.subtract(newDirtyRegion));

               if (!copyback.isEmpty() && frontBuffer!=0) {

                    //③把frontBuffer中的資料拷貝到BackBuffer中,這是為什麼?

                    copyBlt(backBuffer,frontBuffer, copyback);

               }

           }

    ......

 }

 

上面這段程式碼所解決的,其實是下面這個問題:

在大部分情況下,UI只有一小部分會發生變化(例如一個按鈕被按下去,導致顏色發生變化),這一小部分UI只對應整個GraphicBuffer中的一小塊儲存(就是在前面程式碼中見到的dirtyRegion),如果整塊儲存都更新,則會極大地浪費資源。怎麼辦?

這就需要將變化的影象和沒有發生變化的影象進行疊加。上一次繪製的資訊儲存在mPostedBuffer中,而這個mPostedBuffer則要在unLockAndPost函式中設定。這裡將根據需要,把mPostedBuffer中的舊資料拷貝到BackBuffer中。後續的繪畫只要更新髒區域就可以了,這會節約不少資源。

OK,lockCanvas返回後,應用層將在這塊畫布上盡情作畫。假設現在已經在BackBuffer上繪製好了影象,下面就要通過unlockCanvasAndPost進行後續工作了。一起來看。

2. unlockCanvasAndPost的分析

進入精簡流程的最後一步,就是unlockCanvasAndPost函式,它的程式碼如下所示:

[-->Surface.cpp]

status_t Surface::unlockAndPost()

{

    //呼叫GraphicBuffer的unlock函式

status_t err = mLockedBuffer->unlock();

//get返回這個GraphicBuffer的編號,queueBuffer將含有新資料的緩衝加入隊中。

    err =queueBuffer(mLockedBuffer.get());

   mPostedBuffer = mLockedBuffer; //儲存這個BackBuffer為mPostedBuffer

   mLockedBuffer = 0;

    returnerr;

}

來看queueBuffer呼叫,程式碼如下所示:

[-->Surface.cpp]

intSurface::queueBuffer(android_native_buffer_t* buffer)

{  

   sp<SurfaceComposerClient> client(getClient());

  

int32_t bufIdx =GraphicBuffer::getSelf(buffer)->getIndex();

//設定髒Region

mSharedBufferClient->setDirtyRegion(bufIdx,mDirtyRegion);

//更新寫位置。

    err =mSharedBufferClient->queue(bufIdx);

     if (err== NO_ERROR) {

     //client是BpSurfaceFlinger,呼叫它的signalServer,這樣SF就知道新資料準備好了

       client->signalServer();

    }

    returnerr;

}

這裡,與讀寫控制有關的是queue函式,其程式碼如下所示:

[-->SharedBufferStack.cpp]

status_t SharedBufferClient::queue(int buf)

{

    //QueueUpdate也是一個函式物件

QueueUpdate update(this);

//呼叫updateCondition函式。

   status_t err = updateCondition( update );

   SharedBufferStack& stack( *mSharedStack );

    constnsecs_t now = systemTime(SYSTEM_TIME_THREAD);

   stack.stats.totalTime = ns2us(now - mDequeueTime[buf]);

    returnerr;

}

這個updateCondition函式的程式碼如下所示:

[-->SharedBufferStack.h]

template <typename T>

status_t SharedBufferBase::updateCondition(Tupdate) {

   SharedClient& client( *mSharedClient );

   Mutex::Autolock _l(client.lock);

   ssize_t result = update();//呼叫update物件的()函式

   client.cv.broadcast(); //觸發同步物件

    returnresult;

}

updateCondition函式和前面介紹的waitForCondition函式一樣,都是使用的函式物件。queue操作使用的是QueueUpdate類,關於它的故事,將在擴充部分討論。

3. lockCanvas和unlockCanvasAndPost的總結

總結一下lockCanvas和unlockCanvasAndPost這兩個函式的工作流程,用圖8-20表示:


圖8-20  lockCanvas和unlockCanvasAndPost流程總結

 

8.4.6  GraphicBuffer的介紹

GraphicBuffer是Surface系統中一個高層次的顯示記憶體管理類,它封裝了和硬體相關的一些細節,簡化了應用層的處理邏輯。先來認識一下它。

1. 初識GraphicBuffer

GraphicBuffer的程式碼如下所示:

[-->GraphicBuffer.h]

class GraphicBuffer

    :public EGLNativeBase<android_native_buffer_t,

               GraphicBuffer,LightRefBase<GraphicBuffer>>,

public Flattenable

 

其中,EGLNativeBase是一個模板類。它的定義,程式碼如下所示:

[-->Android_natives.h]

template <typename NATIVE_TYPE, typenameTYPE, typename REF>

class EGLNativeBase : public NATIVE_TYPE, publicREF

通過替換,可得到GraphicBuffer的派生關係,如圖8-21所示:


圖8-21  GraphicBuffer派生關係的示意圖

從圖中可以看出:

·  從LightRefBase派生使GraphicBuffer支援輕量級的引用計數控制。

·  從Flattenable派生使GraphicBuffer支援序列化,它的flatten和unflatten函式用於序列化和反序列化,這樣,GraphicBuffer的資訊就可以儲存到Parcel包中並被Binder傳輸了。

另外,圖中的android_native_buffer_t是GraphicBuffer的父類,它是一個struct結構體。可以將C++語言中的struct和class當作同一個東西,所以GraphicBuffer能從它派生。其程式碼如下所示:

[-->android_native_buffer.h]

typedef struct android_native_buffer_t

{

#ifdef __cplusplus

   android_native_buffer_t() {

       common.magic = ANDROID_NATIVE_BUFFER_MAGIC;

       common.version = sizeof(android_native_buffer_t);

       memset(common.reserved, 0, sizeof(common.reserved));

    }

#endif

   //這個android_native_base_t是struct的第一個成員,根據C/C++編譯的特性,這個成員

  //在它的派生類物件所佔有的記憶體中也是排第一個。

    structandroid_native_base_t common;

    intwidth;

    intheight;

    intstride;

    intformat;

    intusage;

void* reserved[2];

//這是一個關鍵成員,儲存一些和顯示記憶體分配/管理相關的內容

   buffer_handle_t handle;

 

    void*reserved_proc[8];

} android_native_buffer_t;

GraphicBuffer和顯示記憶體分配相關的部分主要集中在buffer_handle_t這個變數上,它實際上是一個指標,定義如下:

[-->gralloc.h]

typedef const native_handle* buffer_handle_t;

native_handle的定義如下:

[-->native_handle.h]

typedef struct

{

    intversion;        /* version值為sizeof(native_handle_t) */

    intnumFds;       

    intnumInts;       

    intdata[0];        /* data是資料儲存空間的首地址 */

} native_handle_t;

typedef native_handle_t native_handle;

讀者可能要問,一個小小的GraphicBuffer為什麼這麼複雜?要回答這個問題,應先對GraphicBuffer有比較全面的瞭解。按照圖8-20中的流程來看GraphicBuffer。

2. GraphicBuffer和儲存的分配

GraphicBuffer的建構函式最有可能分配儲存了。注意,流程中使用的是無參建構函式,所以應先看無參建構函式。

(1)無參建構函式的分析

程式碼如下所示:

[-->GraphicBuffer.cpp]

GraphicBuffer::GraphicBuffer()

    :BASE(), mOwner(ownData), mBufferMapper(GraphicBufferMapper::get()),

     mInitCheck(NO_ERROR), mVStride(0), mIndex(-1)

{

   /*

其中mBufferMapper為GraphicBufferMapper型別,它的建立採用的是單例模式,也就是每個

程式只有一個GraphicBufferMapper物件,讀者可以去看看get的實現。

*/

   width  =

    height=

    stride=

    format=

   usage  = 0;

    handle= NULL; //handle為空

}

在無參建構函式中沒有發現和儲存分配有關的操作。那麼,根據流程,下一個有可能的地方就是reallocate函式了。

(2)reallocate的分析

Reallocate的程式碼如下所示:

[-->GraphicBuffer.cpp]

status_t GraphicBuffer::reallocate(uint32_t w,uint32_t h, PixelFormat f,

       uint32_t reqUsage)

{

    if(mOwner != ownData)

       return INVALID_OPERATION;

 

    if(handle) {//handle值在無參建構函式中初始化為空,所以不滿足if的條件

       GraphicBufferAllocator& allocator(GraphicBufferAllocator::get());

       allocator.free(handle);

       handle = 0;

    }

    returninitSize(w, h, f, reqUsage);//呼叫initSize函式

}

InitSize函式的程式碼如下所示:

[-->GraphicBuffer.cpp]

status_t GraphicBuffer::initSize(uint32_t w,uint32_t h, PixelFormat format,

       uint32_t reqUsage)

{

    if(format == PIXEL_FORMAT_RGBX_8888)

       format = PIXEL_FORMAT_RGBA_8888;

   /*

GraphicBufferAllocator才是真正的儲存分配的管理類,它的建立也是採用的單例模式,

也就是每個程式只有一個GraphicBufferAllocator物件

*/

GraphicBufferAllocator& allocator =GraphicBufferAllocator::get();

//呼叫GraphicBufferAllocator的alloc來分配儲存,注意handle作為指標

//被傳了進去,看來handle的值會被修改

   status_t err = allocator.alloc(w, h, format, reqUsage, &handle,&stride);

    if(err == NO_ERROR) {

       this->width  = w;

       this->height = h;

       this->format = format;

       this->usage  = reqUsage;

       mVStride = 0;

    }

    returnerr;

}

(3)GraphicBufferAllocator的介紹

從上面的程式碼中可以發現,GraphicBuffer的儲存分配和GraphicBufferAllocator有關。一個小小的儲存分配為什麼需要經過這麼多道工序呢?還是先來看GraphicBufferAllocator,程式碼如下所示:

[-->GraphicBufferAllocator.cpp]

GraphicBufferAllocator::GraphicBufferAllocator()

    :mAllocDev(0)

{

hw_module_t const* module;

//呼叫hw_get_module,得到hw_module_t

    interr = hw_get_module(GRALLOC_HARDWARE_MODULE_ID, &module);

if (err == 0) {

    //呼叫gralloc_open函式,注意我們把module引數傳了進去。

       gralloc_open(module, &mAllocDev);

    }

}

GraphicBufferAllocator在建立時,會首先呼叫hw_get_module取出一個hw_module_t型別的物件。從名字上看,它和硬體平臺有關係。它會載入一個叫libgralloc.硬體平臺名.so的動態庫。比如,我的HTC G7手機上載入的庫是/system/lib/hw/libgraolloc.qsd-8k.so。這個庫的原始碼在hardware/msm7k/libgralloc-qsd8k目錄下。

這個庫有什麼用呢?簡言之,就是為了分配一塊用於顯示的記憶體,但為什麼需要這種層層封裝呢?答案很簡單:

封裝的目的就是為了遮蔽不同硬體平臺的差別。

讀者可通過執行adb getprop ro.board.platform命令,得到具體手機上硬體平臺的名字。圖8-22總結了GraphicBufferAllocator分配記憶體的途徑。這部分程式碼,讀者可參考hardware/libhardware/hardware.c和hardware/msm7k/libgralloc-qsd8k/gralloc.cpp,後文將不再深入探討和硬體平臺有關的知識。


圖8-22  GraphicBufferAllocator記憶體的分配途徑

注意,這裡是以G7的libgralloc.qsk-8k.so為示例的。其中pmem裝置用來建立一塊連續的記憶體,因為有些硬體裝置(例如Camera)工作時需要使用一塊連續的記憶體,對於這種情況,一般就會使用pmem裝置來分配記憶體。

這裡,僅討論圖8-22中與硬體無關的分配方式。在這種情況下,將使用ashmem分配共享記憶體。下面看GraphicBufferAllocator的alloc函式,其程式碼如下所示:

[-->GraphicBufferAllocator.cpp]

status_t GraphicBufferAllocator::alloc(uint32_tw, uint32_t h, PixelFormat format,int usage, buffer_handle_t* handle, int32_t*stride)

{

   //根據前面的定義可知buffer_handle_t為native_handle_t*型別

   status_t err;

   

if (usage & GRALLOC_USAGE_HW_MASK) {

    err =mAllocDev->alloc(mAllocDev, w, h, format, usage, handle, stride);

} else {

       //SW分配,可以做到和HW無關了。

       err = sw_gralloc_handle_t::alloc(w, h, format, usage, handle, stride);

    }

......

    returnerr;

}

下面,來看軟體分配的方式:

[-->GraphicBufferAllocator.cpp]

status_t sw_gralloc_handle_t::alloc(uint32_t w,uint32_t h, int format,

        int usage, buffer_handle_t* pHandle, int32_t*pStride)

{

    intalign = 4;

    intbpp = 0;

    ......//格式轉換

    size_tbpr = (w*bpp + (align-1)) & ~(align-1);

    size_tsize = bpr * h;

    size_tstride = bpr / bpp;

    size =(size + (PAGE_SIZE-1)) & ~(PAGE_SIZE-1);

    //直接使用了ashmem建立共享記憶體

    int fd= ashmem_create_region("sw-gralloc-buffer", size);

   

   ......

    //進行記憶體對映,得到共享記憶體起始地址

    void*base = mmap(0, size, prot, MAP_SHARED, fd, 0);

   

sw_gralloc_handle_t* hnd = new sw_gralloc_handle_t();

   hnd->fd = fd;//儲存檔案描述符

   hnd->size = size;//儲存共享記憶體的大小

   hnd->base = intptr_t(base);//intptr_t將void*型別轉換成int*型別

   hnd->prot = prot;//儲存屬性

   *pStride = stride;

   *pHandle = hnd; //pHandle就是傳入的那個handle變數的指標,這裡對它進行賦值

   

    returnNO_ERROR;

}

我們知道,呼叫GraphicBuffer的reallocate函式後,會導致物理儲存被分配。前面曾說過,Layer會建立兩個GraphicBuffer,而Native Surface端也會建立兩個GraphicBuffer,那麼這兩個GraphicBuffer是怎麼建立聯絡的呢?為什麼說native_handle_t是GraphicBuffer的精髓呢?

3. flatten和unflatten的分析

試想,Native Surface的GraphicBuffer是怎麼和Layer的GraphicBuffer建立聯絡的:

先通過requestBuffer函式返回一個GraphicBuffer,然後這個GraphicBuffer被Native Surface儲存。

這中間的過程其實是一個mini版的乾坤挪移,來看看,程式碼如下所示:

[-->ISurface.cpp]

//requestBuffer的響應端

status_t BnSurface::onTransact(

   uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)

{

   switch(code) {

       case REQUEST_BUFFER: {

           CHECK_INTERFACE(ISurface, data, reply);

           int bufferIdx = data.readInt32();

           int usage = data.readInt32();

           sp<GraphicBuffer> buffer(requestBuffer(bufferIdx, usage));

           ......

      /*

requestBuffer的返回值被寫到Parcel包中,由於GraphicBuffer從

Flattenable類派生,這將導致它的flatten函式被呼叫

     */

           return reply->write(*buffer);

        }

      .......

}

//再來看請求端的處理,在BpSurface中

virtual sp<GraphicBuffer> requestBuffer(intbufferIdx, int usage)

{

    Parcel data, reply;

    data.writeInterfaceToken(ISurface::getInterfaceDescriptor());

    data.writeInt32(bufferIdx);

    data.writeInt32(usage);

    remote()->transact(REQUEST_BUFFER, data, &reply);

    sp<GraphicBuffer> buffer = new GraphicBuffer();

    reply.read(*buffer);//Parcel呼叫unflatten函式把資訊反序列化到這個buffer中。

    return buffer;//requestBuffer實際上返回的是本地new出來的這個GraphicBuffer

}

通過上面的程式碼可以發現,挪移的關鍵體現在flatten和unflatten函式上。請看:

(1)flatten的分析

flatten的程式碼如下所示:

[-->GraphicBuffer.cpp]

status_t GraphicBuffer::flatten(void* buffer,size_t size,

       int fds[], size_t count) const

{

    //buffer是裝載資料的緩衝區,由Parcel提供

     ......

 

    if(handle) {

       buf[6] = handle->numFds;

       buf[7] = handle->numInts;

       native_handle_t const* const h = handle;

       //把handle的資訊也寫到buffer中

       memcpy(fds,     h->data,             h->numFds*sizeof(int));

       memcpy(&buf[8], h->data + h->numFds,h->numInts*sizeof(int));

    }

 

    returnNO_ERROR;

}

flatten的工作就是把GraphicBuffer的handle變數資訊寫到Parcel包中。那麼接收端如何使用這個包呢?這就是unflatten的工作了。

(2)unflatten分析

unflatten的程式碼如下所示:

[-->GraphicBuffer.cpp]

status_t GraphicBuffer::unflatten(void const*buffer, size_t size,

       int fds[], size_t count)

{

        ......

 

    if(numFds || numInts) {

       width  = buf[1];

       height = buf[2];

       stride = buf[3];

       format = buf[4];

       usage  = buf[5];

        native_handle* h =native_handle_create(numFds, numInts);

       memcpy(h->data,         fds,     numFds*sizeof(int));

        memcpy(h->data + numFds, &buf[8],numInts*sizeof(int));

       handle = h;//根據Parcel包中的資料還原一個handle

    } else{

       width = height = stride = format = usage = 0;

       handle = NULL;

    }

    mOwner= ownHandle;

    returnNO_ERROR;

}

unflatten最重要的工作是,根據Parcel包中native_handle的資訊,在Native Surface端構造一個對等的GraphicBuffer。這樣,Native Surface端的GraphicBuffer實際上就和Layer端的GraphicBuffer管理著同一塊共享記憶體。

3. registerBuffer的分析

registerBuffer有什麼用呢?上一步呼叫unflatten後得到了代表共享記憶體的檔案控制程式碼,regiserBuffer的目的就是對它進行記憶體對映,程式碼如下所示:

[-->GraphicBufferMapper.cpp]

status_tsw_gralloc_handle_t::registerBuffer(sw_gralloc_handle_t* hnd)

{

if (hnd->pid != getpid()) {

        //原來是做一次記憶體對映操作

       void* base = mmap(0, hnd->size, hnd->prot, MAP_SHARED, hnd->fd,0);

        ......

       //base儲存著共享記憶體的起始地址

       hnd->base = intptr_t(base);

    }

    returnNO_ERROR;

}

4. lock和unlock的分析

GraphicBuffer在使用前需要通過lock來得到記憶體地址,使用完後又會通過unlock釋放這塊地址。在SW分配方案中,這兩個函式實現卻非常簡單,如下所示:

[-->GraphicBufferMapper.cpp]

//lock操作

int sw_gralloc_handle_t::lock(sw_gralloc_handle_t*hnd, int usage,

       int l, int t, int w, int h, void** vaddr)

{

    *vaddr= (void*)hnd->base;//得到共享記憶體的起始地址,後續作畫就使用這塊記憶體了。

    returnNO_ERROR;

}

//unlock操作

status_tsw_gralloc_handle_t::unlock(sw_gralloc_handle_t* hnd)

{

    returnNO_ERROR;//沒有任何操作

}

對GraphicBuffer的介紹就到這裡。雖然採用的是SW方式,但是相信讀者也能通過樹木領略到森林的風采。從應用層角度看,可以把GraphicBuffer當做一個構架在共享記憶體之上的資料緩衝。對想深入研究的讀者,我建議可按圖8-20中的流程來分析。因為流程體現了呼叫順序,表達了呼叫者的意圖和目的,只有把握了流程,分析時才不會迷失在茫茫的原始碼海洋中,才不會被不熟悉的知識阻攔前進的腳步。

8.4.7  深入分析Surface總結

Surface系統最難的部分,是這個Native Surface的建立和使用,它包括三個方面:

·  Activity的UI和Surface的關係是怎樣的?這是8.2節回答的問題。

·  Activity中所使用的Surface是怎麼和SurfaceFlinger掛上關係的?這是8.3節回答的問題。

·  本節對第2個問題進行了較深入的研究,分析了Surface和SurfaceFlinger之間的關係,以及生產/消費步調的中樞控制機構SharedBuffer家族和資料的承載者GraphicBuffer。

從上面分析可看出,本章前四節均圍繞著這個Surface講解,一路下來確實遇到了不少曲折和坎坷,望讀者跟著原始碼反覆閱讀,體會。

 

8.5  SurfaceFlinger的分析

這一節要對SurfaceFlinger進行分析。相比較而言,SurfaceFlinger不如AudioFlinger複雜。

8.5.1  SurfaceFlinger的誕生

SurfaceFlinger駐留於system_server程式,這一點和Audio系統的幾個Service不太一樣。它建立的位置在SystemServer的init1函式中(第4章4.3.2節的第3點)。雖然位於SystemServer這個重要程式中,但是SF建立的程式碼卻略顯波瀾不驚,沒有什麼特別之處。SF的建立首先會呼叫instantiate函式,程式碼如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::instantiate() {

   defaultServiceManager()->addService(

           String16("SurfaceFlinger"), new SurfaceFlinger());

}

前面在圖8-14中指出了SF,同時從BnSurfaceComposer和Thread類中派生,相關程式碼如下所示:

class SurfaceFlinger : public BnSurfaceComposer,protected Thread

從Thread派生這件事給了我們一個很明確的提示:

·  SurfaceFlinger會單獨啟動一個工作執行緒。

我們知道,Thread類的工作執行緒要通過呼叫它的run函式來建立,那這個run函式是在什麼地方呼叫的呢?當然,最有可能的就是在建構函式中:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

SurfaceFlinger::SurfaceFlinger()

    :   BnSurfaceComposer(), Thread(false),

       mTransactionFlags(0),

       mTransactionCount(0),

       mResizeTransationPending(false),

       mLayersRemoved(false),

       mBootTime(systemTime()),

       mHardwareTest("android.permission.HARDWARE_TEST"),

       mAccessSurfaceFlinger("android.permission.ACCESS_SURFACE_FLINGER"),

       mDump("android.permission.DUMP"),

       mVisibleRegionsDirty(false),

       mDeferReleaseConsole(false),

       mFreezeDisplay(false),

        mFreezeCount(0),

       mFreezeDisplayTime(0),

       mDebugRegion(0),

       mDebugBackground(0),

       mDebugInSwapBuffers(0),

       mLastSwapBufferTime(0),

       mDebugInTransaction(0),

       mLastTransactionTime(0),

       mBootFinished(false),

       mConsoleSignals(0),

       mSecureFrameBuffer(0)

{

   init();//上面沒有呼叫run。必須到init去檢查一番。

}

//init函式更簡單了。

void SurfaceFlinger::init()

{

    charvalue[PROPERTY_VALUE_MAX];

   property_get("debug.sf.showupdates", value, "0");

   mDebugRegion = atoi(value);

   property_get("debug.sf.showbackground", value, "0");

   mDebugBackground = atoi(value);

}

嗯?上面的程式碼竟然沒有建立工作執行緒?難道在其他地方?讀者別急著在檔案中搜尋“run”,先猜測一下答案。

·  根據之前所學的知識,另外一個最有可能的地方就是onFirstRef函式了,這個函式在物件第一次被sp化後呼叫,很多初始化的工作也可以在這個函式中完成。

事實是這樣嗎?一起來看。

1. onFirstRef的分析

onFirstRef的程式碼如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::onFirstRef()

{

//真是夢裡尋他千百度,果然是在onFirstRef中建立了工作執行緒

run("SurfaceFlinger",PRIORITY_URGENT_DISPLAY);

/*

mReadyToRunBarrier型別為Barrier,這個類就是封裝了一個Mutex物件和一個Condition

物件。如果讀者還記得第5章有關同步類的介紹,理解這個Barrier就非常簡單了。下面呼叫的

wait函式表示要等待一個同步條件的滿足。

*/

    mReadyToRunBarrier.wait();

}

onFirstRef建立工作執行緒後,將等待一個同步條件,那麼這個同步條件在哪裡被觸發呢?相信不用多說 大家也知道:

在工作執行緒中被觸發,而且極有可能是在readyToRun函式中。

不清楚Thread類的讀者可以複習一下與第5章有關的Thread類的知識。

2. readyToRun的分析

SF的readyToRun函式將完成一些初始化工作,程式碼如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

status_t SurfaceFlinger::readyToRun()

{

    intdpy = 0;

    {

        //①GraphicPlane是什麼?

       GraphicPlane& plane(graphicPlane(dpy));

        //②為這個GraphicPlane設定一個HAL物件——DisplayHardware

       DisplayHardware* const hw = new DisplayHardware(this, dpy);

       plane.setDisplayHardware(hw);

    }

 

 //建立Surface系統中的“CB”物件,按照老規矩,應該先建立一塊共享記憶體,然後使用placment new

   mServerHeap = new MemoryHeapBase(4096,

                            MemoryHeapBase::READ_ONLY,

                            "SurfaceFlingerread-only heap");

   /*

注意這個“CB“物件的型別是surface_flinger_cblk_t。為什麼在CB上打引號呢?因為這個物件

談不上什麼控制,只不過被用來儲存一些資訊罷了。其控制作用完全達不到audio_track_cblk_t

的程度。基於這樣的事實,我們把前面提到的SharedBuffer家族稱之為CB物件。

*/

   mServerCblk=

      static_cast<surface_flinger_cblk_t*>(mServerHeap->getBase());

   //placementnew建立surface_flinger_cblk_t

   new(mServerCblk) surface_flinger_cblk_t;

 

    constGraphicPlane& plane(graphicPlane(dpy));

    constDisplayHardware& hw = plane.displayHardware();

    constuint32_t w = hw.getWidth();

    constuint32_t h = hw.getHeight();

    constuint32_t f = hw.getFormat();

   hw.makeCurrent();

 

    //當前只有一塊屏

    mServerCblk->connected|= 1<<dpy;

    //螢幕在“CB”物件中的代表是display_cblk_t

   display_cblk_t* dcblk = mServerCblk->displays + dpy;

   memset(dcblk, 0, sizeof(display_cblk_t));

   dcblk->w            =plane.getWidth();

   dcblk->h            =plane.getHeight();

    ......//獲取螢幕資訊

 

   //還用上了內聯彙編語句。

   asmvolatile ("":::"memory");

  /*

   下面是一些和OpenGL相關的函式呼叫。讀者如感興趣,可以研究一下,

   至少SurfaceFlinger.cpp中所涉及的相關程式碼還不算難懂

  */

   glActiveTexture(GL_TEXTURE0);

   glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);

   ......

   glOrthof(0, w, h, 0, 0, 1);

 

   //LayerDim是Dim型別的Layer

  LayerDim::initDimmer(this, w, h);

 

    //還記得在onFirstRef函式中的wait嗎?下面的open將觸發這個同步條件

    mReadyToRunBarrier.open();

    //資源準備好後,init將啟動bootanim程式,這樣就見到開機動畫了。

   property_set("ctl.start", "bootanim");

   

    returnNO_ERROR;

}

在上面的程式碼中,列出了兩個關鍵點,下面一一進行分析。

(1)GraphicPlane的介紹

GraphicPlane是螢幕在SF程式碼中的對應物,根據前面的介紹,目前Android只支援一塊螢幕,所以SF定義了一個一元陣列:

GraphicPlane     mGraphicPlanes[1];

GraphicPlane雖無什麼特別之處,但它有一個重要的函式,叫setDisplayHardware,這個函式把代表顯示裝置的HAL物件和GraphicPlane關聯起來。這也是下面要介紹的第二個關鍵點DisplayHardware。

(2)DisplayHardware的介紹

從程式碼上看,這個和顯示相關的HAL物件是在工作執行緒中new出來的,先看它的建構函式,程式碼如下所示:

[-->DisplayHardware.cpp]

DisplayHardware::DisplayHardware(

       const sp<SurfaceFlinger>& flinger,

       uint32_t dpy)

    :DisplayHardwareBase(flinger, dpy)

{

   init(dpy); //最重要的是這個init函式。

}

init函式非常重要,應進去看看。下面先思考一個問題。

前面在介紹FrameBuffer時說過,顯示這一塊需要使用FrameBuffer,但在GraphicBuffer中用的卻是ashmem建立的共享記憶體。也就是說,之前在共享記憶體中繪製的影象和FrameBuffer沒有什麼關係。那麼FrameBuffer是在哪裡建立的呢?

答案就在init函式中,程式碼如下所示:

[-->DisplayHardware.cpp]

void DisplayHardware::init(uint32_t dpy)

{

//FrameBufferNativeWindow實現了對FrameBuffer的管理和操作,該類中建立了兩個

//FrameBuffer,分別起到FrontBuffer和BackBuffer的作用。

mNativeWindow = new FramebufferNativeWindow();

 

   framebuffer_device_t const * fbDev = mNativeWindow->getDevice();

 

   mOverlayEngine = NULL;

   hw_module_t const* module;//Overlay相關

    if(hw_get_module(OVERLAY_HARDWARE_MODULE_ID, &module) == 0) {

       overlay_control_open(module, &mOverlayEngine);

    }

......

 

    EGLint w, h, dummy;

    EGLintnumConfigs=0;

   EGLSurface surface;

   EGLContext context;

    mFlags= CACHED_BUFFERS;

  //EGLDisplay在EGL中代表螢幕

   EGLDisplay display = eglGetDisplay(EGL_DEFAULT_DISPLAY);

    ......

   /*

    surface是EGLSurface型別,下面這個函式會將EGL和Android中的Display系統繫結起來,

    後續就可以利用OpenGL在這個Surface上繪畫,然後通過eglSwappBuffers輸出影象了。

    */

    surface= eglCreateWindowSurface(display, config,

    mNativeWindow.get(),NULL);

   ......

   mDisplay = display;

   mConfig  = config;

   mSurface = surface;

   mContext = context;

   mFormat  = fbDev->format;

   mPageFlipCount = 0;

}

根據上面的程式碼,現在可以回答前面的問題了:

·  SF建立FrameBuffer,並將各個Surface傳輸的資料(通過GraphicBuffer)混合後,再由自己傳輸到FrameBuffer中進行顯示。

本節的內容,實際上涉及另外一個比Surface更復雜的Display系統,出於篇幅和精力的原因,本書目前不打算討論它。

8.5.2  SF工作執行緒的分析

SF中的工作執行緒就是來做影象混合的,比起AudioFlinger來,它相當簡單,下面是它的程式碼:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

bool SurfaceFlinger::threadLoop()

{

   waitForEvent();//① 等待什麼事件呢?

 

   if (UNLIKELY(mConsoleSignals)) {

       handleConsoleEvents();

    }

    if(LIKELY(mTransactionCount == 0)) {

      const uint32_t mask = eTransactionNeeded | eTraversalNeeded;

       uint32_t transactionFlags = getTransactionFlags(mask);

        if(LIKELY(transactionFlags)) {

            //Transaction(事務)處理,放到本節最後來討論

           handleTransaction(transactionFlags);

        }

    }

 

    //②處理PageFlipping工作

   handlePageFlip();

 

    constDisplayHardware& hw(graphicPlane(0).displayHardware());

if (LIKELY(hw.canDraw() && !isFrozen())) {

        //③處理重繪

        handleRepaint();

        hw.compositionComplete();

        //④投遞BackBuffer

       unlockClients();

        postFramebuffer();

    } else{

       unlockClients();

       usleep(16667);

    }

    returntrue;

}

ThreadLoop一共有四個關鍵點,這裡,分析除Transaction外的三個關鍵點。

1. waitForEvent

SF工作執行緒一上來就等待事件,它會是什麼事件呢?來看程式碼:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::waitForEvent()

{

    while(true) {

       nsecs_t timeout = -1;

       const nsecs_t freezeDisplayTimeout = ms2ns(5000);

        ......

 

       MessageList::value_type msg = mEventQueue.waitMessage(timeout);

 

        ......//還有一些和凍屏相關的內容

        if(msg != 0) {

           switch (msg->what) {

//千辛萬苦就等這一個重繪訊息

               case MessageQueue::INVALIDATE:

                     return;

           }

        }

    }

}

SF收到重繪訊息後,將退出等待。那麼,是誰傳送的這個重繪訊息呢?還記得在unlockCanvasAndPost函式中呼叫的signal嗎?它在SF端的實現程式碼如下:

[-->SurfaceFlinger]

void SurfaceFlinger::signal() const {

    const_cast<SurfaceFlinger*>(this)->signalEvent();

}

void SurfaceFlinger::signalEvent() {

   mEventQueue.invalidate(); //往訊息佇列中加入INVALIDATE訊息

}

2. 分析handlePageFlip

SF工作執行緒從waitForEvent中返回後,下一步要做的就是處理事務和handlePageFlip了。先看handlePageFlip,從名字上可知,它和PageFlipping工作有關。

注意:事務處理將在8.5.3節中介紹。

程式碼如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::handlePageFlip()

{

bool visibleRegions = mVisibleRegionsDirty;

/*

還記得前面所說的mCurrentState嗎?它儲存了所有顯示層的資訊,而繪製的時候使用的

mDrawingState則儲存了當前需要顯示的顯示層資訊。

*/

LayerVector& currentLayers =

                 const_cast<LayerVector&>(mDrawingState.layersSortedByZ);

//①呼叫lockPageFlip

visibleRegions |= lockPageFlip(currentLayers);

const DisplayHardware& hw =graphicPlane(0).displayHardware();

//取得螢幕的區域

const Region screenRegion(hw.bounds());

if (visibleRegions) {

     Region opaqueRegion;

     computeVisibleRegions(currentLayers, mDirtyRegion,opaqueRegion);

     mWormholeRegion = screenRegion.subtract(opaqueRegion);

     mVisibleRegionsDirty = false;

  }

//② 呼叫unlockPageFlip

unlockPageFlip(currentLayers);

mDirtyRegion.andSelf(screenRegion);

}

hanldePageFlip呼叫了兩個看起來是一對的函式:lockPageFlip和unlockPageFlip。這兩個函式會幹些什麼呢?

(1)lockPageFlip的分析

先看lockPageFlip函式,程式碼如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

bool SurfaceFlinger::lockPageFlip(constLayerVector& currentLayers)

{

    boolrecomputeVisibleRegions = false;

    size_tcount = currentLayers.size();

   sp<LayerBase> const* layers = currentLayers.array();

    for(size_t i=0 ; i<count ; i++) {

       const sp<LayerBase>& layer = layers[i];

        //呼叫每個顯示層的lockPageFlip

       layer->lockPageFlip(recomputeVisibleRegions);

    }

    returnrecomputeVisibleRegions;

}

假設當前的顯示層是Layer型別,那麼得轉到Layer類去看它的lockPageFlip函式,程式碼如下所示:

[-->Layer.cpp]

void Layer::lockPageFlip(bool&recomputeVisibleRegions)

{

  //lcblk是SharedBufferServer型別,呼叫retireAndLock函式將返回FrontBuffer的

  //索引號

    ssize_tbuf = lcblk->retireAndLock();

    ......

 

   mFrontBufferIndex = buf;

 

    //得到FrontBuffer對應的GraphicBuffer

   sp<GraphicBuffer> newFrontBuffer(getBuffer(buf));

if (newFrontBuffer != NULL) {

        //取出髒區域

      const Region dirty(lcblk->getDirtyRegion(buf));

        //和GraphicBuffer所表示的區域進行裁剪,得到一個髒區域

       mPostedDirtyRegion = dirty.intersect( newFrontBuffer->getBounds() );

 

       const Layer::State& front(drawingState());

        if(newFrontBuffer->getWidth()  ==front.requested_w &&

            newFrontBuffer->getHeight() ==front.requested_h)

        {

           if ((front.w != front.requested_w) ||

               (front.h != front.requested_h))

           {

               ...... //需要重新計算可見區域

               recomputeVisibleRegions = true;

           }

           mFreezeLock.clear();

        }

    } else{

       mPostedDirtyRegion.clear();

    }

    if(lcblk->getQueuedCount()) {

       mFlinger->signalEvent();

    }

/*

如果髒區域不為空,則需要繪製成紋理,reloadTexture將繪製一張紋理儲存在

mTextures陣列中,裡邊涉及很多OpenGL的操作,讀者有興趣可以自己研究。

*/

    if(!mPostedDirtyRegion.isEmpty()) {

       reloadTexture( mPostedDirtyRegion );

    }

}

 

我們知道,Layer的lockPageFlip將根據FrontBuffer的內容生成一張紋理。那麼,unlockPageFlip會做些什麼呢?

(2)unlockPageFlip的分析

unlockPageFlip的程式碼如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::unlockPageFlip(constLayerVector& currentLayers)

{

     constGraphicPlane& plane(graphicPlane(0));

    constTransform& planeTransform(plane.transform());

    size_tcount = currentLayers.size();

   sp<LayerBase> const* layers = currentLayers.array();

    for(size_t i=0 ; i<count ; i++) {

       const sp<LayerBase>& layer = layers[i];

        //呼叫每個顯示層的unlockPageFlip,Layer的unlockPageFlip主要做一些

//區域的清理工作,讀者可以自己看看。

       layer->unlockPageFlip(planeTransform, mDirtyRegion);

    }

}

(3)handlePageFlip的總結

handlePageFlip的工作其實很簡單,以Layer型別為例來總結一下:

各個Layer需要從FrontBuffer中取得新資料,並生成一張OpenGL中的紋理。紋理可以看做是一個圖片,這個圖片的內容就是FrontBuffer中的影象。

現在每一個Layer都準備好了新資料,下一步的工作當然就是繪製了。來看handleRepaint函式。

3. 分析handleRepaint函式

handleRepaint函式的程式碼如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::handleRepaint()

{

    mInvalidRegion.orSelf(mDirtyRegion);

    if(mInvalidRegion.isEmpty()) {

       return;

    }

 

    ......

 

    constDisplayHardware& hw(graphicPlane(0).displayHardware());

   glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

   glLoadIdentity();

 

   uint32_t flags = hw.getFlags();

    if((flags & DisplayHardware::SWAP_RECTANGLE) ||

       (flags & DisplayHardware::BUFFER_PRESERVED))

    {

        ......//計算mDirtyRegion

    }

 

    // 在髒區域上進行繪製

   composeSurfaces(mDirtyRegion);

   mDirtyRegion.clear();

}

其中,composeSurfaces將不同的顯示層內容進行混合,其實就是按Z軸的順序由裡到外依次繪製。當然,最後繪製的資料有可能遮蓋前面繪製的資料,程式碼如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::composeSurfaces(constRegion& dirty)

{

    constSurfaceFlinger& flinger(*this);

    constLayerVector& drawingLayers(mDrawingState.layersSortedByZ);

    constsize_t count = drawingLayers.size();

   sp<LayerBase> const* const layers = drawingLayers.array();

    for(size_t i=0 ; i<count ; ++i) {

       const sp<LayerBase>& layer = layers[i];

        const Region&visibleRegion(layer->visibleRegionScreen);

        if(!visibleRegion.isEmpty())  {

           const Region clip(dirty.intersect(visibleRegion));

           if (!clip.isEmpty()) {

               layer->draw(clip); //呼叫各個顯示層的layer函式

            }

        }

    }

}

draw函式在LayerBase類中實現,程式碼如下所示:

[-->LayerBase.cpp]

void LayerBase::draw(const Region& inClip)const

    ......

    glEnable(GL_SCISSOR_TEST);

   onDraw(clip);//呼叫子類的onDraw函式

}

至於Layer是怎麼實現這個onDraw函式的,程式碼如下所示:

[-->Layer.cpp]

void Layer::onDraw(const Region& clip) const

{

    intindex = mFrontBufferIndex;

    if(mTextures[index].image == EGL_NO_IMAGE_KHR)

       index = 0;

        GLuint textureName = mTextures[index].name;

        ....

       Region holes(clip.subtract(under));

        if(!holes.isEmpty()) {

           clearWithOpenGL(holes);

        }

       return;

}

//index是FrontBuffer對應生成的紋理,在lockPageFlip函式中就已經生成了。

 drawWithOpenGL(clip,mTextures[index]);//將紋理畫上去,裡面有很多和OpenGL相關內容

}

drawWithOpenGL函式由LayerBase實現,看它是不是使用了這張紋理,程式碼如下所示:

[-->LayerBase.cpp]

void LayerBase::drawWithOpenGL(const Region&clip, const Texture& texture) const

{

    constDisplayHardware& hw(graphicPlane(0).displayHardware());

    constuint32_t fbHeight = hw.getHeight();

    constState& s(drawingState());

   

    //validateTexture函式內部將繫結指定的紋理

   validateTexture(texture.name);

    //下面就是OpenGL操作函式了

   glEnable(GL_TEXTURE_2D);

 

    ......

 

   glMatrixMode(GL_TEXTURE);

   glLoadIdentity();

 

    //座標旋轉

    switch(texture.transform) {

       case HAL_TRANSFORM_ROT_90:

           glTranslatef(0, 1, 0);

           glRotatef(-90, 0, 0, 1);

           break;

       case HAL_TRANSFORM_ROT_180:

           glTranslatef(1, 1, 0);

           glRotatef(-180, 0, 0, 1);

           break;

       case HAL_TRANSFORM_ROT_270:

           glTranslatef(1, 0, 0);

           glRotatef(-270, 0, 0, 1);

           break;

    }

 

if (texture.NPOTAdjust) {

        //縮放處理

       glScalef(texture.wScale, texture.hScale, 1.0f);

    }

   //使能紋理座標

glEnableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);

//設定頂點座標

glVertexPointer(2, GL_FIXED, 0, mVertices);

//設定紋理座標

   glTexCoordPointer(2, GL_FIXED, 0, texCoords);

 

    while(it != end) {

       const Rect& r = *it++;

       const GLint sy = fbHeight - (r.top + r.height());

        //裁剪

       glScissor(r.left, sy, r.width(), r.height());

        //畫矩形

       glDrawArrays(GL_TRIANGLE_FAN, 0, 4);

}

//禁止紋理座標

   glDisableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);

}

紋理繫結是OpenGL的常用函式,其程式碼如下所示。

[-->LayerBase.cpp]

void LayerBase::validateTexture(GLinttextureName) const

{

    //下面這個函式將繫結紋理

   glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textureName);

    ......//其他一些設定

}

handleRepaint這個函式基本上就是按Z軸的順序對每一層進行重繪,重繪的方法就是使用OpenGL。

我在Android平臺上有幾個月的OpenGL開發經歷,還談不上很深刻,其中的一些資料,希望能夠給感興趣的讀者提供參考。

1)OpenGL的入門教材當選NeHe的資料,大略看前幾章即可。

2) Android平臺上關於OpenGL ES的開發,有一篇很詳細的Word文件叫《OpenGL ESTutorial for Android》。該文詳細描述了在Android平臺上進行OpenGL開發的流程。大家可跟著這篇教材,在模擬器上做一些練習。那裡面涉及到的一些基礎知識,從前面介紹的入門教材中可以學到。

3)有了前面兩點的基礎後,就需要對整個OpenGL有比較完整深入的瞭解了。我在那時所看的書是《OpenGL Programming Guide (7th Edition)》。該書很厚,有1000多頁。裡面有一些內容可能與工作無涉,只要大概知道有那回事就行了,暫時不必深入學習,等需要時再進一步學習並運用。我在開發的專案中曾用到的光照、霧化等效果,都是之前先知道有這個東西,後來在專案中才逐漸學習運用的。

4)嵌入式平臺上用的其實是OpenGL ES。這裡,還有一本書叫《OpenGL ES 2.0 Programming Guide》,它介紹了OpenGL ES的開發,讀者可認真修習。

5)在Android SDK文件中,對OpenGL API的描述只寥寥數語。怎麼辦?由於它使用了J2ME中的javax.microedition.khronos.opengles包,所以J2ME的SDK文件中對OpenGL的API有著非常詳細的描述,讀者手頭應該要有一個J2ME的文件。

6)如果想做深入開發,就不得不學習計算機圖形學了。我後來買了書,可惜沒時間學了。

4. unlockClients和postFrameBuffer的分析

在繪製完圖後,還有兩項工作需要做,一個涉及unlockClients函式,另外一個涉及postFrameBuffer函式,這兩個函式分別幹了什麼呢?unlockClients的程式碼如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::unlockClients()

{

    constLayerVector& drawingLayers(mDrawingState.layersSortedByZ);

    constsize_t count = drawingLayers.size();

   sp<LayerBase> const* const layers = drawingLayers.array();

    for (size_t i=0 ; i<count ; ++i) {

       const sp<LayerBase>& layer = layers[i];

       layer->finishPageFlip();

    }

}

再看Layer的finishPageFlip函式,程式碼如下所示:

[-->Layer.cpp]

void Layer::finishPageFlip()

{

    //釋放FrontBufferIndex

   status_t err = lcblk->unlock( mFrontBufferIndex );

}

原來,unlockClients會釋放之前佔著的FrontBuffer的索引號。下面看最後一個函式postFrameBuffer,程式碼如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::postFramebuffer()

{

    if(!mInvalidRegion.isEmpty()) {

       const DisplayHardware& hw(graphicPlane(0).displayHardware());

       const nsecs_t now = systemTime();

       mDebugInSwapBuffers = now;

//呼叫這個函式後,混合後的影象就會傳遞到螢幕中顯示了

       hw.flip(mInvalidRegion);

       mLastSwapBufferTime = systemTime() - now;

       mDebugInSwapBuffers = 0;

       mInvalidRegion.clear();

    }

}

flip將呼叫在DisplayHardware一節中提到的eglSwapBuffer函式,來完成FrameBuffer的PageFlip操作,程式碼如下所示:

[-->DisplayHardware.cpp]

void DisplayHardware::flip(const Region&dirty) const

{

   checkGLErrors();

 

   EGLDisplay dpy = mDisplay;

   EGLSurface surface = mSurface;

 

......

    if(mFlags & PARTIAL_UPDATES) {

       mNativeWindow->setUpdateRectangle(dirty.getBounds());

    }

   

   mPageFlipCount++;

   eglSwapBuffers(dpy, surface);//PageFlipping,此後影象終於顯示在螢幕上了!

   

}

8.5.3  Transaction的分析

Transaction是“事務”的意思。在我腦海中,關於事務的知識來自於資料庫。在資料庫操作中,事務意味著一次可以提交多個SQL語句,然後一個commit就可讓它們集中執行,而且資料庫中的事務還可以回滾,即恢復到事務提交前的狀態。

SurfaceFlinger為什麼需要事務呢?從上面對資料庫事務的描述來看,是不是意味著一次執行多個請求呢?如直接盯著SF的原始碼來分析,可能不太容易搞清楚事務的前因後果,我想還是用老辦法,從一個例子入手吧。

在WindowManagerService.java中,有一個函式之前分析過,現在再看看,程式碼如下所示:

[-->WindowManagerService.java::WinState]

Surface createSurfaceLocked() {            

Surface.openTransaction(); //開始一次transaction

   try {

     try {

         mSurfaceX = mFrame.left + mXOffset;

          mSurfaceY = mFrame.top + mYOffset;

          //設定Surface的位置

         mSurface.setPosition(mSurfaceX, mSurfaceY);

          ......

        }

       }finally {

             Surface.closeTransaction(); //關閉這次事務

     }

這個例子很好地展示了事務的呼叫流程,它會依次呼叫:

·  openTransaction

·  setPosition

·  closeTransaction

下面就來分析這幾個函式的呼叫。

1. openTransaction的分析

看JNI對應的函式,程式碼如下所示:

[-->android_View_Surface.cpp]

static void Surface_openTransaction(JNIEnv* env,jobject clazz)

{

    //呼叫SurfaceComposerClient的openGlobalTransaction函式

SurfaceComposerClient::openGlobalTransaction();

}

下面轉到SurfaceComposerClient,程式碼如下所示:

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

voidSurfaceComposerClient::openGlobalTransaction()

{

   Mutex::Autolock _l(gLock);

    ......

 

    constsize_t N = gActiveConnections.size();

    for(size_t i=0; i<N; i++) {

        sp<SurfaceComposerClient>client(gActiveConnections.valueAt(i).promote());

        //gOpenTransactions儲存當前提交事務請求的Client

        if(client != 0 && gOpenTransactions.indexOf(client) < 0) {

           //Client是儲存在全域性變數gActiveConnections中的SurfaceComposerClient

            //物件,呼叫它的openTransaction。

           if (client->openTransaction() == NO_ERROR) {

               if (gOpenTransactions.add(client) < 0) {

                   client->closeTransaction();

              }

           }

           ......

        }

    }

}

上面是一個靜態函式,內部呼叫了各個SurfaceComposerClient物件的openTranscation,程式碼如下所示:

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

status_tSurfaceComposerClient::openTransaction()

{

    if(mStatus != NO_ERROR)

       return mStatus;

   Mutex::Autolock _l(mLock);

    mTransactionOpen++; //一個計數值,用來控制事務的提交。

    if(mPrebuiltLayerState == 0) {

       mPrebuiltLayerState = new layer_state_t;

    }

    returnNO_ERROR;

}

layer_state_t是用來儲存Surface的一些資訊的,比如位置、寬、高等資訊。實際上,呼叫的setPosition等函式,就是為了改變這個layer_state_t中的值。

2. setPosition的分析

上文說過,SFC中有一個layer_state_t物件用來儲存Surface的各種資訊。這裡以setPosition為例,來看它的使用情況。這個函式是用來改變surface在螢幕上的位置的,程式碼如下所示:

[-->android_View_Surface.cpp]

static void Surface_setPosition(JNIEnv* env,jobject clazz, jint x, jint y)

{

    constsp<SurfaceControl>& surface(getSurfaceControl(env, clazz));

    if(surface == 0) return;

   status_t err = surface->setPosition(x, y);

}

[-->Surface.cpp]

status_t SurfaceControl::setPosition(int32_t x,int32_t y) {

    constsp<SurfaceComposerClient>& client(mClient);

   status_t err = validate();

if (err < 0) return err;

//呼叫SurfaceComposerClient的setPosition函式

    returnclient->setPosition(mToken, x, y);

}

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

status_tSurfaceComposerClient::setPosition(SurfaceID id, int32_t x, int32_t y)

{

   layer_state_t* s = _lockLayerState(id); //找到對應的layer_state_t

    if(!s) return BAD_INDEX;

   s->what |= ISurfaceComposer::ePositionChanged;

   s->x = x;

   s->y = y;  //上面幾句修改了這塊layer的引數

   _unlockLayerState(); //該函式將unlock一個同步物件,其他沒有做什麼工作

    returnNO_ERROR;

}

setPosition就是修改了layer_state_t中的一些引數,那麼,這個狀態是什麼時候傳遞到SurfaceFlinger中的呢?

3. 分析closeTransaction

相信讀者此時已明白為什麼叫“事務”了。原來,在openTransaction和closeTransaction中可以有很多操作,然後由closeTransaction一次性地把這些修改提交到SF上,來看程式碼:

[-->android_View_Surface.cpp]

static void Surface_closeTransaction(JNIEnv*env, jobject clazz)

{

   SurfaceComposerClient::closeGlobalTransaction();

}

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

voidSurfaceComposerClient::closeGlobalTransaction()

{

......

 

const size_t N = clients.size();

sp<ISurfaceComposer>sm(getComposerService());

//①先呼叫SF的openGlobalTransaction

sm->openGlobalTransaction();

for (size_t i=0; i<N; i++) {

   //②然後呼叫每個SurfaceComposerClient物件的closeTransaction

   clients[i]->closeTransaction();

}

//③最後呼叫SF的closeGlobalTransaction

sm->closeGlobalTransaction();

}

上面一共列出了三個函式,它們都是跨程式的呼叫,下面對其一一進行分析。

(1)SurfaceFlinger的openGlobalTransaction分析

這個函式其實很簡單,略看就行了。

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::openGlobalTransaction()

{

   android_atomic_inc(&mTransactionCount);//又是一個計數控制

}

(2)SurfaceComposerClient的closeTransaction分析

程式碼如下所示:

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

status_tSurfaceComposerClient::closeTransaction()

{

    if(mStatus != NO_ERROR)

       return mStatus;

 

   Mutex::Autolock _l(mLock);

   ......

    constssize_t count = mStates.size();

if (count) {

     //mStates是這個SurfaceComposerClient中儲存的所有layer_state_t陣列,也就是

    //每個Surface一個。然後呼叫跨程式的setState

       mClient->setState(count, mStates.array());

       mStates.clear();

    }

    returnNO_ERROR;

}

BClient的setState,最終會轉到SF的setClientState上,程式碼如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

status_t SurfaceFlinger::setClientState(ClientIDcid, int32_t count,

                          const layer_state_t*states)

{

   Mutex::Autolock _l(mStateLock);

   uint32_t flags = 0;

    cid<<= 16;

    for(int i=0 ; i<count ; i++) {

       const layer_state_t& s = states[i];

       sp<LayerBaseClient> layer(getLayerUser_l(s.surface | cid));

        if(layer != 0) {

           const uint32_t what = s.what;

           if (what & ePositionChanged) {

               if (layer->setPosition(s.x, s.y))

                    //eTraversalNeeded表示需要遍歷所有顯示層

                    flags |= eTraversalNeeded;

           }

            ....

    if(flags) {

       setTransactionFlags(flags);//這裡將會觸發threadLoop的事件。

    }

    returnNO_ERROR;

}

[-->SurfaceFlinger.cpp]

uint32_tSurfaceFlinger::setTransactionFlags(uint32_t flags, nsecs_t delay)

{

   uint32_t old = android_atomic_or(flags, &mTransactionFlags);

    if((old & flags)==0) {

        if(delay > 0) {

           signalDelayedEvent(delay);

        }else {

            signalEvent();  //設定完mTransactionFlags後,觸發事件。

        }

    }

    returnold;

}

(3)SurfaceFlinger的closeGlobalTransaction分析

來看程式碼:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::closeGlobalTransaction()

{

if (android_atomic_dec(&mTransactionCount) ==1) {

//注意下面語句的執行條件,當mTransactionCount變為零時才執行,這意味著

//openGlobalTransaction兩次的話,只有最後一個closeGlobalTransaction呼叫

//才會真正地提交事務

       signalEvent();

 

       Mutex::Autolock _l(mStateLock);

       //如果這次事務涉及尺寸調整,則需要等一段時間

       while (mResizeTransationPending) {

           status_t err = mTransactionCV.waitRelative(mStateLock, s2ns(5));

           if (CC_UNLIKELY(err != NO_ERROR)) {

               mResizeTransationPending = false;

               break;

           }

        }

    }

}

關於事務的目的,相信讀者已經比較清楚了:

·  就是將一些控制操作(例如setPosition)的修改結果,一次性地傳遞給SF進行處理。

那麼,哪些操作需要通過事務來傳遞呢?通過檢視Surface.h可以知道,下面這些操作需要通過事務來傳遞(這裡只列出了幾個經常用的函式):setPosition、setAlpha、show/hide、setSize、setFlag等。

由於這些修改不像重繪那麼簡單,有時它會涉及其他的顯示層,例如在顯示層A的位置調整後,之前被A遮住的顯示層B,現在可能變得可見了。對於這種情況,所提交的事務會設定eTraversalNeeded標誌,這個標誌表示要遍歷所有顯示層進行處理。關於這一點,來看工作執行緒中的事務處理。

4. 工作執行緒中的事務處理

還是從程式碼入手分析,如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

bool SurfaceFlinger::threadLoop()

{

   waitForEvent();

    if(LIKELY(mTransactionCount == 0)) {

     const uint32_t mask = eTransactionNeeded | eTraversalNeeded;

      uint32_ttransactionFlags = getTransactionFlags(mask);

        if(LIKELY(transactionFlags)) {

           handleTransaction(transactionFlags);

        }

}

...

 }

getTransactionFlags函式的實現蠻有意思,不妨看看其程式碼,如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

uint32_t SurfaceFlinger::getTransactionFlags(uint32_tflags)

{

//先通過原子操作去掉mTransactionFlags中對應的位。

//而後原子操作返回的舊值和flags進行與操作

return android_atomic_and(~flags,&mTransactionFlags) & flags;

}

getTransactionFlags所做的工作不僅僅是get那麼簡單,它還設定了mTransactionFlags,從這個角度來看,getTransactionFlags這個名字有點名不副實。

接著來看最重要的handleTransaction函式,程式碼如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::handleTransaction(uint32_ttransactionFlags)

{

   Vector< sp<LayerBase> > ditchedLayers;

 

    {

       Mutex::Autolock _l(mStateLock);

        //呼叫handleTransactionLocked函式處理

       handleTransactionLocked(transactionFlags, ditchedLayers);

    }

 

   

    constsize_t count = ditchedLayers.size();

    for(size_t i=0 ; i<count ; i++) {

        if(ditchedLayers[i] != 0) {

        //ditch是丟棄的意思,有些顯示層可能被hide了,所以這裡做些收尾的工作

          ditchedLayers[i]->ditch();

        }

    }

}

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::handleTransactionLocked(

       uint32_t transactionFlags, Vector< sp<LayerBase> >&ditchedLayers)

{

    //這裡使用了mCurrentState,它的layersSortedByZ陣列儲存了SF中所有的顯示層

    constLayerVector& currentLayers(mCurrentState.layersSortedByZ);

    constsize_t count = currentLayers.size();

 

     constbool layersNeedTransaction = transactionFlags & eTraversalNeeded;

     //如果需要遍歷所有顯示的話。

    if(layersNeedTransaction) {

       for (size_t i=0 ; i<count ; i++) {

           const sp<LayerBase>& layer = currentLayers[i];

           uint32_t trFlags = layer->getTransactionFlags(eTransactionNeeded);

           if (!trFlags) continue;

           //呼叫各個顯示層的doTransaction函式。

            constuint32_t flags = layer->doTransaction(0);

           if (flags & Layer::eVisibleRegion)

               mVisibleRegionsDirty = true;

        }

    }

    if(transactionFlags & eTransactionNeeded) {

        if(mCurrentState.orientation != mDrawingState.orientation) {

         //橫豎屏如果發生切換,需要對應變換設定。

           const int dpy = 0;

           const int orientation = mCurrentState.orientation;

           const uint32_t type = mCurrentState.orientationType;

           GraphicPlane& plane(graphicPlane(dpy));

           plane.setOrientation(orientation);

 

           ......

        }

     /*

      mLayersRemoved變數在顯示層被移除的時候設定,例如removeLayer函式,這些函式

      也會觸發handleTranscation函式的執行

     */

      if(mLayersRemoved) {

           mLayersRemoved = false;

           mVisibleRegionsDirty = true;

           const LayerVector& previousLayers(mDrawingState.layersSortedByZ);

           const size_t count = previousLayers.size();

           for (size_t i=0 ; i<count ; i++) {

               const sp<LayerBase>& layer(previousLayers[i]);

               if (currentLayers.indexOf( layer ) < 0) {

                  ditchedLayers.add(layer);

                   mDirtyRegionRemovedLayer.orSelf(layer->visibleRegionScreen);

               }

            }

        }

       free_resources_l();

    }

    //提交事務處理,有必要進去看看。

   commitTransaction();

}

每個顯示層對事務的具體處理,都在它們的doTranscation函式中,讀者若有興趣,可進去看看。需要說明的是,每個顯示層內部也有一個狀態變數,doTransaction會更新這些狀態變數。

回到上面的函式,最後它將呼叫commitTransaction提交事務,程式碼如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::commitTransaction()

{

   //mDrawingState將使用更新後的mCurrentState

   mDrawingState = mCurrentState;

mResizeTransationPending = false;

//觸發一個條件變數,這樣等待在closeGlobalTransaction函式中的執行緒可以放心地返回了。

   mTransactionCV.broadcast();

}

8.5.4  SurfaceFlinger的總結

通過前面的分析,使我們感受了SurfaceFlinger的風采。從整體上看,SurfaceFlinger不如AudioFlinger複雜,它的工作集中在工作執行緒中,下面用圖8-23來匯流排一下SF工作執行緒:


圖8-23  SF工作執行緒的流程總結

 

8.6  擴充思考

本章的擴充思考分三個部分:

·  介紹SharedBufferServer和SharedBufferClient的工作流程。

·  關於ViewRoot一些問題的總結。

·  LayerBuffer的工作原理分析。

8.6.1  Surface系統的CB物件分析

根據前文分析可知,Surface系統中的CB,其實是指SharedBuffer家族,它們是Surface系統中對生產者和消費者進行步調控制的中樞機構。先通過圖8-24來觀察整體的工作流程是怎樣的。


圖8-24  SharedBuffer家族使用流程

為書寫方便起見,我們簡稱:

·  SharedBufferServer為SBS。

·  SharedBufferClient為SBC。

·  SharedBufferStack為SBT。

其中SBC和SBS都是建立在同一個SBT上的,所以應先看SBT,下面程式碼列出了其中幾個與讀寫控制有關的成員變數:

[-->SharedBufferStack.h]

class SharedBufferStack{

 ......

 /*

雖然PageFlipping使用Front和Back兩個Buffer就可以了,但是SBT的結構和相關演算法

是支援多個緩衝的。另外,緩衝是按照塊來獲取的,也就是一次獲得一塊緩衝,每塊緩衝用

一個編號表示(這一點在之前的分析已經介紹過了)。

 */

int32_t head;      

 int32_tavailable; //當前可用的空閒緩衝個數

  int32_t queued;    //SBC投遞的髒緩衝個數

  int32_tinUse;  //SBS當前正在使用的緩衝編號

  ......//上面這幾個引數聯合SBC中的tail,我稱之為控制引數。

}

SBT建立好後,下面就是SBS和SBC的建立了,它們會做什麼特殊工作嗎?

1. SBS和SBC的建立

下面分別看SBS和SBC的建立,程式碼如下所示:

[-->SharedBufferStack.cpp]

SharedBufferServer::SharedBufferServer(SharedClient*sharedClient,

       int surface, int num, int32_t identity)

    :SharedBufferBase(sharedClient, surface, num, identity)

{

mSharedStack->init(identity);//這個函式將設定inUse為-1

//下面設定SBT中的引數,我們關注前三個

   mSharedStack->head = num-1;

    mSharedStack->available = num;

mSharedStack->queued = 0;

//設定完後,head=2-1=1,available=2,queued=0,inUse=-1

   mSharedStack->reallocMask = 0;

   memset(mSharedStack->dirtyRegion, 0,sizeof(mSharedStack->dirtyRegion));

}

再看SBC的建立,程式碼如下所示:

[-->SharedBufferStack.cpp]

SharedBufferClient::SharedBufferClient(SharedClient*sharedClient,

       int surface, int num, int32_t identity)

    :SharedBufferBase(sharedClient, surface, num, identity), tail(0)

{

    tail =computeTail(); //tail是SBC定義的變數,注意它不是SBT定義的。

}

看computeTail函式的程式碼:

[-->SharedBufferStack.cpp]

int32_t SharedBufferClient::computeTail() const

{

   SharedBufferStack& stack( *mSharedStack );

   int32_t newTail;

   int32_t avail;

   int32_t head;

    do {

       avail = stack.available; //available=2,head=1

       head = stack.head;

    }while (stack.available != avail);

   newTail = head - avail + 1;//newTail=1-2+1=0

    if(newTail < 0) {

       newTail += mNumBuffers;

    } elseif (newTail >= mNumBuffers) {

       newTail -= mNumBuffers;

    }

    return newTail;//計算得到newTail=0

}

來看在SBC和SBS建立後,控制引數的變化,如圖8-25所示:


圖8-25  SBC/SBS建立後的示意圖

 

2. SBC端流程的分析

下面看SBC端的工作流程。

(1)dequeue分析

先看SBC的dequeue函式:

[-->SharedBufferStack.cpp]

ssize_t SharedBufferClient::dequeue()

{

   SharedBufferStack& stack( *mSharedStack );

......

//DequeueCondition函式物件

   DequeueCondition condition(this);

status_t err = waitForCondition(condition);

//成功以後,available減1,表示當前可用的空閒buffer只有1個

if (android_atomic_dec(&stack.available) == 0) {

    ......

    }

 

int dequeued = tail; //tail值為0,所以dequeued的值為0。

//tail加1。如果超過2,則重新置為0,這表明tail的值在0,1間迴圈。

    tail =((tail+1 >= mNumBuffers) ? 0 : tail+1);

......

//返回的這個dequeued值為零,也就是tail加1操作前的舊值。這一點請讀者務必注意。

    returndequeued;

}

其中DequeueCondition的操作函式很簡單,程式碼如下所示:

bool SharedBufferClient::DequeueCondition::operator()(){

    returnstack.available > 0;//只要available大於0就算滿足條件,第一次進來肯定滿足

}

用圖8-26來表示dequeue的結果:


圖8-26  dequeue結果圖

注意,在上圖中,0號緩衝用虛線表示,SBC的dequeue函式的返回值用dequeued表示,它指向這個0號緩衝。正如程式碼中註釋的那樣,由於dequeued的值用的是tail的舊值,而tail是SBC定義的變數,不是SBT定義的變數,所以tail在SBS端是不可見的。這就帶來了一個潛在危險,即0號緩衝不能保證當前是真正空閒的,因為SBS可能正在用它,怎麼辦?試看下面的lock。

(2)lock的分析

lock使用了LockCondition,其中傳入的引數buf的值為0,也就是上圖中的dequeue的值,程式碼如下所示:

[-->SharedBufferStack.cpp]

status_t SharedBufferClient::lock(int buf)

{

   LockCondition condition(this, buf);

    status_terr = waitForCondition(condition);

    returnerr;

}

看LockCondition的()函式:

boolSharedBufferClient::LockCondition::operator()() {

   /*

這個條件其實就是判斷編號為buf的Buffer是不是被使用了。

buf值為0,head值為1,queued為0,inUse為-1

   */

    return(buf != stack.head ||

            (stack.queued > 0 && stack.inUse!= buf));

}

現在可以知道為什麼SBC需要呼叫dequeue和lock函式了嗎?原來:

·  dequeue只是根據本地變數tail計算一個本次應當使用的Buffer編號,其實也就是在0,1之間迴圈。上次用0號緩衝,那麼這次就用1號緩衝。

·  lock函式要確保這個編號的Buffer沒有被SF當做FrontBuffer使用。

(3)queue的分析

Activity端在繪製完UI後,將把BackBuffer投遞出去以顯示。接著上面的流程,這個BackBuffer的編號是0。待Activity投遞完後,才會呼叫signal函式觸發SF消費,所以在此之前格局不會發生變化。試看投遞用的queue函式,注意傳入的buf引數為0,程式碼如下所示:

[-->SharedBufferStack.cpp]

status_t SharedBufferClient::queue(int buf)

{

   QueueUpdate update(this);

   status_t err = updateCondition( update );

    ......

    returnerr;

}

//直接看這個QueueUpdate函式物件

ssize_tSharedBufferClient::QueueUpdate::operator()() {

   android_atomic_inc(&stack.queued);//queued增加1,現在該值由零變為1

    returnNO_ERROR;

}

至此,SBC端走完一個流程了,結果是什麼?如圖8-27所示:


圖8-27  queue結果圖

0號緩衝被移到queue的區域了,可目前還沒有變數指向它。假設SBC端此後沒有繪製UI的需求,那麼它就會沉默一段時間。

3. SBS端的分析

SBS的第一個函式是retireAndLock,它使用了RetireUpdate函式物件,程式碼如下所示:

[-->SharedBufferStack.cpp]

ssize_t SharedBufferServer::retireAndLock()

{

   RetireUpdate update(this, mNumBuffers);

   ssize_t buf = updateCondition( update );

    returnbuf;

}

這個RetireUpdate物件的程式碼如下所示:

ssize_tSharedBufferServer::RetireUpdate::operator()() {

    //先取得head值,為1

   int32_t head = stack.head;

 

    //inUse被設定為1。表明要使用1嗎?目前的髒緩衝應該是0才對

   android_atomic_write(head, &stack.inUse);

 

   int32_tqueued;

    do {

       queued = stack.queued; //queued目前為1

        if(queued == 0) {

           return NOT_ENOUGH_DATA;

        }

      //下面這個原子操作使得stack.queued減1.

    }while (android_atomic_cmpxchg(queued, queued-1, &stack.queued));

    //while迴圈退出後,queued減1,又變為0。

    //head值也在0,1間迴圈,現在head值變為0了

    head =((head+1 >= numBuffers) ? 0 : head+1);

 

    //inUse被設定為0

   android_atomic_write(head, &stack.inUse);

 

    // head值被設為0

   android_atomic_write(head, &stack.head);

   

    // available加1,變成2.

    android_atomic_inc(&stack.available);

    returnhead;//返回0

}

retireAndLock的結果是什麼呢?看看圖8-28就知道了。


圖8-28  retireAndLock結果圖

注意上面的available區域,1號緩衝右邊的0號緩衝是用虛線表示的,這表示該0號緩衝實際上並不存在於available區域,但available的個數卻變成2了。這樣不會出錯嗎?當然不會,因為SBC的lock函式要確保這個緩衝沒有被SBS使用。

我們來看SBS端最後一個函式,它呼叫了SBS的unlock,這個unlock使用了UnlockUpdate函式物件,就直接瞭解它好了,程式碼如下所示:

[-->SharedBufferStack.cpp]

ssize_tSharedBufferServer::UnlockUpdate::operator()() {

    ......

   android_atomic_write(-1, &stack.inUse);//inUse被設定為-1

    returnNO_ERROR;

}

unlock後最終的結果是什麼呢?如圖8-29所示:


圖8-29  unlock結果圖

比較一下圖8-29和圖8-25,可能會發現兩圖中tail和head剛好反了,這就是PageFlip。另外,上面的函式大量使用了原子操作。原子操作的目的就是為了避免鎖的使用。值得指出的是,updateConditon函式和waitForCondition函式都使用了Mutex,也就是說,上面這些函式物件又都是在Mutex鎖的保護下執行的,為什麼會這樣呢?先來看一段程式碼:

像下面這樣的程式碼,如果有鎖控制的話根本用不著一個while迴圈,因為有鎖的保護,沒有其他執行緒

能夠修改stack.queued的值,所以用while來迴圈判斷android_atomic_cmpxchg沒有什麼意義。

   int32_tqueued;

    do {

       queued = stack.queued;

        if(queued == 0) {

           return NOT_ENOUGH_DATA;

        }

    }while (android_atomic_cmpxchg(queued, queued-1, &stack.queued));

   

對於上面這個問題,我目前還不知道答案,但對其也進行了修改,把函式物件放在鎖外執行,結果在真機上執行沒有出現任何異常現象。也許Google或哪位讀者能給這個問題一個較好的解釋。

為什麼我對生產/消費的同步控制如此感興趣呢?這和自己工作的經歷有些關係。因為之前曾做過一個單寫多讀的跨程式緩衝類,也就是一個生產者,多個消費者。為了保證正確性和一定的效率,我們在演算法上曾做了很多改進,但還是大量使用了鎖,所以我很好奇Google是怎麼做到的,這也體現了一個高手的內功修養。要是由讀者自己來實現,結果會怎樣呢?

8.6.2  ViewRoot的你問我答

ViewRoot是Surfac系統甚至UI系統中一個非常關鍵的類,下面把網上一些關於ViewRoot的問題做個總結,希望這樣能幫助讀者對ViewRoot有更加清楚的認識。

·  ViewRoot和View類的關係是什麼?

ViewRoot是View檢視體系的根。每一個Window(注意是Window,比如PhoneWindow)有一個ViewRoot,它的作用是處理layout和View檢視體系的繪製。那麼檢視體系又是什麼呢?它包括Views和ViewGroups,也就是SDK中能看到的View類都屬於檢視體系。根據前面的分析可知,這些View是需要通過draw畫出來的。而ViewRoot就是用來draw它們的,ViewRoot本身沒有draw/onDraw函式。

·   ViewRoot和它所控制的View及其子View使用同一個Canvas嗎?

這個問題的答案就很簡單了,我們在ViewRoot的performTraversals中見過。ViewRoot提供Canvas給它所控制的View,所以它們使用同一個Canvas。但Canvas使用的記憶體卻不是固定的,而是通過Surface的lockCanvas得到的。

·  View、Surface和Canvas之間的關係是怎樣的?我認為,每一個view將和一個canvas,以及一個surface繫結到一起(這裡的“我”表示提問人)。

這個問題的答案也很簡單。一個Window將和一個Surface繫結在一起,繪製前ViewRoot會從Surface中lock出一個Canvas。

·  Canvas有一個bitmap,那麼繪製UI時,資料是畫在Canvas的這個bitmap中嗎?

答案是肯定的,bitmap實際上包括了一塊記憶體,繪製的資料最終都在這塊記憶體上。 

·   同一個ViewRoot下,不同型別的View(不同型別指不同的UI單元,例如按鈕、文字框等)使用同一個Surface嗎?

是的,但是SurfaceView要除外。因為SurfaceView的繪製一般在單獨的執行緒上,並且由應用層主動呼叫lockCanvas、draw和unlockCanvasAndPost來完成繪製流程。應用層相當於拋開了ViewRoot的控制,直接和螢幕打交道,這在camera、video方面用得最多。

8.6.3  LayerBuffer的分析

前面介紹了Normal屬性顯示層中的第一類Layer,這裡將介紹其中的第二類LayerBuffer。LayerBuffer會在視訊播放和攝像機預覽等場景中用到,就以Camera的preView(預覽)為例,來分析LayerBuffer的工作原理。

1. LayerBuffer的建立

先看LayerBuffer的建立,它通過SF的createPushBuffersSurfaceLocked得到,程式碼如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

sp<LayerBaseClient> SurfaceFlinger::createPushBuffersSurfaceLocked(

       const sp<Client>& client, DisplayID display,

       int32_t id, uint32_t w, uint32_t h, uint32_t flags)

{

   sp<LayerBuffer> layer = new LayerBuffer(this, display, client,id);

   layer->initStates(w, h, flags);

   addLayer_l(layer);

    returnlayer;

}

LayerBuffer的派生關係,如圖8-30所示:


圖8-30  LayerBuffer的派生關係示意圖

從上圖中可以發現:

·  LayerBuffer定義了一個內部類Source類,它有兩個派生類BufferSource和OverlaySource。根據它們的名字,可以猜測到Source代表資料的提供者。

·  LayerBuffer中的mSurface其真實型別是SurfaceLayerBuffer。

LayerBuffer建立好了,不過該怎麼用呢?和它相關的呼叫流程是怎樣的呢?下面來分析Camera。

2. Camera preView的分析

Camera是一個單獨的Service,全稱是CameraService,先看CameraService的registerPreviewBuffers函式。這個函式會做什麼呢?程式碼如下所示:

[-->CameraService.cpp]

status_tCameraService::Client::registerPreviewBuffers()

{

    int w, h;

   CameraParameters params(mHardware->getParameters());

   params.getPreviewSize(&w, &h);

 

   /*

    ①mHardware代表Camera裝置的HAL物件。本書討論CameraHardwareStub裝置,它其實是

   一個虛擬的裝置,不過其程式碼卻具有參考價值。

   BufferHeap定義為ISurface的內部類,其實就是對IMemoryHeap的封裝

   */

   ISurface::BufferHeapbuffers(w, h, w, h,

                                HAL_PIXEL_FORMAT_YCrCb_420_SP,

                                 mOrientation,

                                 0,

                                mHardware->getPreviewHeap());

    //②呼叫SurfaceLayerBuffer的registerBuffers函式。

   status_t ret = mSurface->registerBuffers(buffers);

    returnret;

}

上面程式碼中列出了兩個關鍵點,逐一來分析它們。

(1)建立BufferHeap

BufferHeap是ISurface定義的一個內部類,它的宣告如下所示:

[-->ISurface.h]

 classBufferHeap {

   public:

       ......

        //使用這個建構函式

       BufferHeap(uint32_t w, uint32_t h,

               int32_t hor_stride, int32_t ver_stride,

               PixelFormat format, const sp<IMemoryHeap>& heap);

       

      ......

       ~BufferHeap();

       

       uint32_t w;

       uint32_t h;

       int32_t hor_stride;

       int32_t ver_stride;

       PixelFormat format;

       uint32_t transform;

       uint32_t flags;

       sp<IMemoryHeap> heap; //heap指向真實的儲存物件

    };

從上面程式碼中可發現,BufferHeap基本上就是封裝了一個IMemoryHeap物件,根據我們對IMemoryHeap的瞭解,它應該包含了真實的儲存物件,這個值由CameraHardwareStub物件的getPreviewHeap得到,這個函式的程式碼如下所示:

[-->CameraHardwareStub.cpp]

sp<IMemoryHeap>CameraHardwareStub::getPreviewHeap() const

{

    returnmPreviewHeap;//返回一個成員變數,它又是在哪建立的呢?

}

//上面的mPreivewHeap物件由initHeapLocked函式建立,該函式在HAL物件建立的時候被呼叫

void CameraHardwareStub::initHeapLocked()

{

  ......

 /*

建立一個MemoryHeapBase物件,大小是mPreviewFrameSize * kBufferCount,其中

 kBufferCount為4。注意這是一段連續的緩衝。

*/

 mPreviewHeap= new MemoryHeapBase(mPreviewFrameSize * kBufferCount);

 //mBuffer為MemoryBase陣列,元素為4

 for (inti = 0; i < kBufferCount; i++) {

       mBuffers[i] = new MemoryBase(mPreviewHeap,

i * mPreviewFrameSize, mPreviewFrameSize);

    }

}

從上面這段程式碼中可以發現,CameraHardwareStub物件建立的用於preView的記憶體結構是按圖8-31所示的方式來組織的:


圖8-31  CameraHardwareStub用於preView的記憶體結構圖

其中:

·  BufferHeap的heap變數指向一塊MemoryHeap,這就是mPreviewHeap。

·  在這塊MemoryHeap上構建了4個MemoryBase。

(2)registerBuffers的分析

BufferHeap準備好後,要呼叫ISurface的registerBuffers函式,ISurface在SF端的真實型別是SurfaceLayerBuffer,所以要直接看它的實現,程式碼如下所示:

[-->LayerBuffer.cpp]

status_t LayerBuffer::SurfaceLayerBuffer::registerBuffers(

       const ISurface::BufferHeap& buffers)

{

   sp<LayerBuffer> owner(getOwner());

if (owner != 0)

      //呼叫外部類物件的registerBuffers,所以SurfaceLayerBuffer也是一個Proxy哦。

       return owner->registerBuffers(buffers);

    returnNO_INIT;

}

//外部類是LayerBuffer,呼叫它的registerBuffers函式

status_t LayerBuffer::registerBuffers(constISurface::BufferHeap& buffers)

{

Mutex::Autolock _l(mLock);

//建立資料的來源BufferSource,注意我們其實把MemoryHeap設定上去了

   sp<BufferSource> source = new BufferSource(*this, buffers);

   status_t result = source->getStatus();

    if(result == NO_ERROR) {

       mSource = source;//儲存這個資料來源為mSource。

    }

    returnresult;

}   

BufferSource,曾在圖8-30中見識過,它內部有一個成員變數mBufferHeap指向傳入的buffers引數,所以registerBuffers過後,就得到了圖8-32:


圖8-32  registerBuffers的結果示意圖

請注意上圖的箭頭指向,不論中間有多少層封裝,最終的資料儲存區域還是mPreivewHeap。

2.資料的傳輸

至此,Buffer在SF和Camera兩端都準備好了,那麼資料是怎麼從Camera傳遞到SF的呢?先來看資料來源是怎麼做的。

(1)資料傳輸的分析

CameraHardwareStub有一個preview執行緒,這個執行緒會做什麼呢?程式碼如下所示:

[-->CameraHardwareStub.cpp]

//preview執行緒從Thread類派生,下面這個函式在threadLoop中迴圈呼叫

int CameraHardwareStub::previewThread()

{

mLock.lock();

//每次進來mCurrentPreviewFrame都會加1

   ssize_t offset = mCurrentPreviewFrame * mPreviewFrameSize;

 

  sp<MemoryHeapBase> heap = mPreviewHeap;

 

  FakeCamera* fakeCamera = mFakeCamera;//虛擬的攝像機裝置

   //從mBuffers中取一塊記憶體,用於接收來自硬體的資料

   sp<MemoryBase>buffer = mBuffers[mCurrentPreviewFrame];

 

   mLock.unlock();

   if(buffer != 0) {

       intdelay = (int)(1000000.0f / float(previewFrameRate));

      void *base = heap->base();//base是mPreviewHeap的起始位置

 

        //下面這個frame代表buffer在mPreviewHeap中的起始位置,還記得圖8-31嗎?

       //四塊MemoryBase的起始位置由下面這個程式碼計算得來

       uint8_t *frame = ((uint8_t *)base) + offset;

        //取出一幀資料,放到對應的MemoryBase中

       fakeCamera->getNextFrameAsYuv422(frame);

        //①把含有幀資料的buffer傳遞到上層

        if(mMsgEnabled & CAMERA_MSG_PREVIEW_FRAME)

           mDataCb(CAMERA_MSG_PREVIEW_FRAME, buffer, mCallbackCookie);

 

       //mCurrentPreviewFrame 遞增,在0到3之間迴圈

       mCurrentPreviewFrame = (mCurrentPreviewFrame + 1) % kBufferCount;

       usleep(delay);//模擬真實硬體的延時

    }

 

    returnNO_ERROR;

}

讀者是否明白Camera preview的工作原理了?就是從四塊記憶體中取一塊出來接收資料,然後再把這塊記憶體傳遞到上層去處理。從緩衝使用的角度來看,mBuffers陣列構成了一個成員個數為四的緩衝佇列。preview通過mData這個回撥函式,把資料傳遞到上層,而CameraService實現了mData這個回撥函式,這個回撥函式最終會呼叫handlePreviewData,直接看handlePreviewData即可,程式碼如下所示:

[-->CameraService.cpp]

voidCameraService::Client::handlePreviewData(const sp<IMemory>& mem)

   ssize_t offset;

size_t size;

//注意傳入的mem引數,它實際上是Camera HAL建立的mBuffers陣列中的一個

//offset返回的是這個陣列在mPreviewHeap中的偏移量

   sp<IMemoryHeap> heap = mem->getMemory(&offset, &size);

    if (!mUseOverlay)

    {

       Mutex::Autolock surfaceLock(mSurfaceLock);

        if(mSurface != NULL) {

           //呼叫ISurface的postBuffer,注意我們傳入的引數是offset。

           mSurface->postBuffer(offset);

        }

}

......

}

上面的程式碼是什麼意思?我們到底給ISurface傳什麼了?答案很明顯:

·  handlePreviewData就是傳遞了一個偏移量,這個偏移量是mBuffers陣列成員的首地址。可用圖8-33來表示:


圖8-33  handlePreviewData示意圖

有了圖8-33,讀者明白資料傳遞的工作原理了嗎?

下面看SurfaceLayerBuffer的postBuffer函式,不過它只是一個小小的代理,真正的工作由外部類LayerBuffer完成,直接看它好了,程式碼如下所示:

[-->LayerBuffer.cpp]

void LayerBuffer::postBuffer(ssize_t offset)

{

   sp<Source> source(getSource());//getSource返回mSource,為BufferSource型別

    if(source != 0)

       source->postBuffer(offset);//呼叫BufferSource的postBuffer函式。

}

[-->LayerBuffer.cpp]

voidLayerBuffer::BufferSource::postBuffer(ssize_t offset)

{   

   ISurface::BufferHeap buffers;

    {

       Mutex::Autolock _l(mBufferSourceLock);

       buffers = mBufferHeap;//還記得圖8-32嗎?

        if(buffers.heap != 0) {

           //BufferHeap的heap變數指向MemoryHeap,下面取出它的大小

           const size_t memorySize = buffers.heap->getSize();

          //做一下檢查,判斷這個offset是不是有問題

           if ((size_t(offset) + mBufferSize) > memorySize) {

               LOGE("LayerBuffer::BufferSource::postBuffer() "

                     "invalid buffer(offset=%d, size=%d, heap-size=%d",

                     int(offset),int(mBufferSize), int(memorySize));

               return;

           }

        }

    }

 

   sp<Buffer> buffer;

if (buffers.heap != 0) {

    //建立一個LayerBuffer::Buffer

       buffer = new LayerBuffer::Buffer(buffers, offset, mBufferSize);

        if(buffer->getStatus() != NO_ERROR)

           buffer.clear();

       setBuffer(buffer);//setBuffer?我們要看看

//mLayer就是外部類LayerBuffer,呼叫它的invalidate函式將觸發SF的重繪

       mLayer.invalidate();

    }

}

 

void LayerBuffer::BufferSource::setBuffer(

const sp<LayerBuffer::Buffer>& buffer)

{

  //setBuffer函式就是簡單地將new出來的Buffer設定給成員變數mBuffer,這麼做會有問題嗎?Mutex::Autolock_l(mBufferSourceLock);

   mBuffer = buffer; //將新的buffer設定為mBuffer,mBuffer原來指向的那個被delete

}

從資料生產者角度看,postBuffer函式將不斷地new一個Buffer出來,然後將它賦值給成員變數mBuffer,也就是說,mBuffer會不斷變化。現在從緩衝的角度來思考一下這種情況的結果:

·  資料生產者有一個含四個成員的緩衝佇列,也就是mBuffers陣列。

·  而資料消費者只有一個mBuffer。

這種情況會有什麼後果呢?請記住這個問題,我們到最後再來揭示。下面先看mBuffer的型別Buffer是什麼。

(2)資料使用的分析

Buffer被定義成LayerBuffer的內部類,程式碼如下所示:

[-->LayerBuffer.cpp]

LayerBuffer::Buffer::Buffer(constISurface::BufferHeap& buffers,

       ssize_t offset, size_t bufferSize)

    :mBufferHeap(buffers), mSupportsCopybit(false)

{

   //注意,這個src被定義為引用,所以修改src的資訊相當於修改mNativeBuffer的資訊

   NativeBuffer& src(mNativeBuffer);

   src.crop.l = 0;

   src.crop.t = 0;

   src.crop.r = buffers.w;

   src.crop.b = buffers.h;

 

   src.img.w       =buffers.hor_stride ?: buffers.w;

   src.img.h       =buffers.ver_stride ?: buffers.h;

    src.img.format  = buffers.format;

    //這個base將指向對應的記憶體起始地址

   src.img.base    =(void*)(intptr_t(buffers.heap->base()) + offset);

    src.img.handle  = 0;

    gralloc_module_tconst * module = LayerBuffer::getGrallocModule();

    //做一些處理,有興趣的讀者可以去看看。

    if(module && module->perform) {

       int err = module->perform(module,

               GRALLOC_MODULE_PERFORM_CREATE_HANDLE_FROM_BUFFER,

               buffers.heap->heapID(), bufferSize,

               offset, buffers.heap->base(),

                &src.img.handle);

 

       mSupportsCopybit = (err == NO_ERROR);

    }

 }

上面是Buffer的定義,其中最重要的就是這個mNativeBuffer了,它實際上儲存了mBuffers陣列成員的首地址。

下面看繪圖函式,也就是LayerBuffer的onDraw函式,這個函式由SF的工作執行緒呼叫,程式碼如下所示:

[-->LayerBuffer.cpp]

void LayerBuffer::onDraw(const Region& clip)const

{

   sp<Source> source(getSource());

    if(LIKELY(source != 0)) {

       source->onDraw(clip);//source實際型別是BufferSource,我們去看看。

    } else{

       clearWithOpenGL(clip);

    }

}

void LayerBuffer::BufferSource::onDraw(constRegion& clip) const

{

   sp<Buffer> ourBuffer(getBuffer());

    ......//使用這個Buffer,注意使用的時候沒有鎖控制

    mLayer.drawWithOpenGL(clip, mTexture);//生成一個貼圖,然後繪製它

 }

其中getBuffer函式返回mBuffer,程式碼如下所示:

sp<LayerBuffer::Buffer>LayerBuffer::BufferSource::getBuffer() const

{

    Mutex::Autolock_l(mBufferSourceLock);

    returnmBuffer;

}

從上面的程式碼中能發現,mBuffer的使用並沒有鎖的控制,這會導致什麼問題發生呢?請再次回到前面曾強調要記住的那個問題。此時生產者的佇列有四個元素,而消費者的佇列只有一個元素,它可用圖8-34來表示:


圖8-34  資料傳遞的問題示意圖

從上圖可以知道:

·  使用者使用mBuffer,這是在SF的工作執行緒中做到的。假設mBuffer實際指向的記憶體為mBuffers[0]。

·  資料生產者迴圈更新mBuffers陣列各個成員的資料內容,這是在另外一個執行緒中完成的。由於這兩個執行緒之間沒有鎖同步,這就造成了當使用者還在使用mBuffers[0]時,生產者又更新了mBuffers[0]。這會在螢幕上產生混雜的影象。

經過實際測試得知,如果給資料使用端加上一定延時,螢幕就會出現不連續的畫面,即前一幀和後一幀的資料混雜在一起輸出。

從程式碼的分析來看,這種方式確實有問題。我在真實裝置上測試的結果,也在一定程度上驗證了這一點。通過修改LayerBuffer來解決這問題的難度比較大,是否可在讀寫具體快取時加上同步控制呢(例如使用mBuffers[0]的時候呼叫一下lock,用完後呼叫unlock)?這樣就不用修改LayerBuffer了。讀者可再深入研究這個問題。

8.7  本章小結

本章可能是全書難度最大的一章了。在這一章的講解中,我們把打通任督二脈做為破解Surface系統的突破口:

·  應用程式和Surface的關係,這是任脈。

·  Surface和SurfaceFlinger的關係,這是督脈。

其中,打通任脈的過程是比較曲折的,從應用程式的Activity開始,一路追蹤到ViewRoot、WindowManagerService。任脈被打通後,還只是解決了Java層的問題,而督脈則集中在Native層。在必殺技aidl工具的幫助下,我們首先成功找到了Surface乾坤大挪移的蹤跡。此後在精簡流程方法的幫助下,乘勝追擊,對Surface以及SurfaceFlinger進行了深入分析。我希望讀者在閱讀過程中,也要把握流程,這樣就不至於迷失在程式碼中了。

在擴充部分,對Surface系統中CB物件的工作流程、ViewRoot的一些問題、以及LayerBuffer進行了較為詳細的介紹。



[①]說實話,筆者剛接觸Android UI的時候也有點分不清楚View和Window的區別。

近期網路中流行的一種文體,其特點就是會用很多感嘆號。

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