Android中GPU硬體加速控制及其在2D圖形繪製上的侷限

圖形的渲染可分為兩種：軟體渲染和硬體渲染。軟體渲染是靠CPU計算各種座標並繪製，主要是佔用記憶體；硬體渲染是靠GPU，主要佔用視訊記憶體，一般的3D圖形程式（OpenGL、DirectX）都是GPU加速的。

在Android3.0之前，2D繪圖API只支援軟體渲染模式，從Android3.0開始，2D繪圖API開始支援GPU硬體渲染，即View中的Canvas的繪圖操作會使用GPU，所以從Android 3.0（API Level 11）開始，View中就多了一些和硬體相關的方法。如果App的AndroidManifest.xml檔案中定義的 targetSdkVersion大於或等於14（Android 4.0），那麼Android會預設為App啟用GPU渲染2D圖形，我們也可以自己決定是否使用GPU，見下文。如果開啟了GPU硬體加速，那麼Android會用OpengGL繪圖中常見的Display List技術對OpenGL ES中的繪圖命令進行快取，提高繪圖效率與速度。關於Android中GPU硬體加速的Display List繪圖機制會在以後專門寫文章進行闡述，本文不做過多介紹。

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控制是否使用GPU

我們也可以顯式地啟用或禁用GPU渲染，並且可以從多個Application、Activity、Window、View多個級別對其進行控制。

• Application

  在AndroidMenifest.xml的中新增如下的屬性即可在整個App的所有Activity的View中啟用GPU硬體加速渲染2D圖形：

  <application android:hardwareAccelerated="true" ...>

• Activity
  你既可以在Application級別上控制GPU是否啟用，也可以在Activity級別對其就進行控制。比如你的App中有多個Activity，你想讓大部分Activity啟用GPU硬體加速，但有一個Activity你不想啟用硬體加速，你可以通過以下的配置實現：

  <application android:hardwareAccelerated="true">
      <activity ... />
      <activity android:hardwareAccelerated="false" />
  </application>

• Window
  如果你想要更加細粒度地對GPU的使用進行控制，你可以通過程式碼對指定的Window啟用GPU硬體加速，如下程式碼所示：

  getWindow().setFlags(
      WindowManager.LayoutParams.FLAG_HARDWARE_ACCELERATED,
      WindowManager.LayoutParams.FLAG_HARDWARE_ACCELERATED);

  需要注意的是在執行時不能通過程式碼禁用掉某個Window的硬體加速。

• View
  你也可以在執行時通過如下程式碼為某個指定的View禁用掉GPU硬體加速：

  if(Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.HONEYCOMB){
      //View從API Level 11才加入setLayerType方法
      myView.setLayerType(View.LAYER_TYPE_SOFTWARE, null);
  }

  View從API Level 11才加入setLayerType方法，所以在使用前需要判斷一下當前系統執行的版本。 需要注意的是，在執行時不能通過程式碼為某個View啟用GPU硬體加速。

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判斷當前是否處於硬體加速中

從Android 3.0（API Level 11）開始，View和Canvas類都加入了isHardwareAccelerated()方法，可以用於判斷當前View和Canvas是否處於硬體加速中。

• View.isHardwareAccelerated()
  如果View的isHardwareAccelerated()方法返回true，僅僅表示該View被加入到一個處於硬體加速的Window中，其有可能仍然使用一個非硬體加速的Canvas進行實際的渲染。所以，通常來說View的isHardwareAccelerated()方法實際用處不太大。

• Canvas.isHardwareAccelerated()
  我們在View的onDraw回撥方法中可以得到Canvas物件，如果Canvas的isHardwareAccelerated()方法返回true，那麼表示當前Canvas是用GPU硬體加速渲染的，如果返回false就表示是用軟體渲染的。通常，判斷當前Canvas是否處於GPU硬體加速中對於繪製自定義的View來說比較重要，下面會解釋。

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硬體加速時2D圖形繪製的侷限

開啟GPU硬體加速會提升程式的繪圖效率，但是也存在一定的侷限性。

1. 啟用GPU硬體加速會增加記憶體的使用。

2. Android中有些2D繪圖API在GPU硬體加速時不能使用或者要到某個指定的版本才能使用。

   • Canvas
     以下為Canvas中在GPU硬體加速時受限制的功能：
     第一列是受限制的方法，第二列是開始支援的API Level，紅叉代表到目前還不支援。
     

   • Paint
     以下為Paint中在GPU硬體加速時受限制的功能：
     

   • Xfermode
     以下為Xfermode在GPU硬體加速時受限制的功能：
     

   • Shader
     以下為Shader在GPU硬體加速時受限制的功能：
     

   • Canvas縮放
     Android中硬體加速的2D渲染管線最初只支援無縮放的繪圖，這會導致在將縮放比例設定為很大的時候，繪圖質量會明顯降低。最初，GPU加速下的2D繪圖操作會被渲染成一個縮放比例為1.0的紋理，然後GPU會將它縮放到指定比例尺。在API Level小於17的時候，隨著縮放比例scale的變大，繪圖質量就更加難以保證。下面的表格表示了從什麼版本開始Android能在GPU硬體計算下正確處理2D圖形的大比例縮放問題：
     

   • 現在我們開發的App一般將targetSdkVersion寫為最新版本，肯定大於API Level 14了，並且市場上的手機絕大部分都是Android 4.0以上的，所以我們現在開發的App預設情況下在絕大部分手機上基本都是預設開啟了GPU硬體加速的。如果我們自己要自定義一個View，我們要重寫其onDraw方法，通過呼叫各種繪圖方法實現複雜的效果，但是如果我們呼叫的API在GPU硬體加速下不支援的話，就畫不出我們想要的效果，舉個例子，比如我們想在自定義View中繪製一個具有模糊效果的橢圓，需要呼叫畫筆Paint的setMaskFilter()方法，但是我們通過上面的受限API列表可以發現，在GPU硬體加速下，Pait的setMaskFilter()方法不被支援，雖然呼叫不報錯，但是不會起到任何效果。為了畫出我們想要的效果，我們可以通過View的setLayerType(View.LAYER_TYPE_SOFTWARE, null)方法單獨把我們的View禁用掉GPU硬體加速，這樣在軟體渲染模式下所有的2D繪圖API都可以正常使用了。

   • 最後有點需要說明，上述Android在GPU硬體加速下2D圖形繪製API存在的侷限問題是基於當前最新API Level 23的，隨著以後更新Android版本的釋出，可能上述受限API會逐漸在GPU下得到更好的支援。

希望本文對大家初步瞭解Android中GPU硬體渲染2D圖形有所幫助，後面會寫文章深入探討Android在GPU硬體渲染下繪製2D圖形的Display List機制。

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