非常全面的 Android Bitmap 知識點梳理

在日常開發中，可以說和Bitmap低頭不見抬頭見，基本上每個應用都會直接或間接的用到，而這裡面又涉及到大量的相關知識。
所以這裡把Bitmap的常用知識做個梳理，限於經驗和能力，不做太深入的分析。

1. 區別decodeResource()和decodeFile()

這裡的區別不是指方法名和引數的區別，而是對於解碼後圖片尺寸在處理上的區別：

decodeFile()用於讀取SD卡上的圖，得到的是圖片的原始尺寸
decodeResource()用於讀取Res、Raw等資源，得到的是圖片的原始尺寸 * 縮放係數

可以看的出來，decodeResource()比decodeFile()多了一個縮放係數，縮放係數的計算依賴於螢幕密度，當然這個引數也是可以調整的：

// 通過BitmapFactory.Options的這幾個引數可以調整縮放係數
public class BitmapFactory {
    public static class Options {
        public boolean inScaled;     // 預設true
        public int inDensity;        // 無dpi的資料夾下預設160
        public int inTargetDensity;  // 取決具體螢幕
    }
}

我們分具體情況來看，現在有一張720×720的圖片:

inScaled屬性

如果inScaled設定為false，則不進行縮放，解碼後圖片大小為720×720; 否則請往下看。

如果inScaled設定為true或者不設定，則根據inDensity和inTargetDensity計算縮放係數。

預設情況

把這張圖片放到drawable目錄下, 預設：

以720p的紅米3為例子，縮放係數 = inTargetDensity(具體320 / inDensity（預設160）= 2 = density，解碼後圖片大小為1440×1440。
以1080p的MX4為例子，縮放係數 = inTargetDensity(具體480 / inDensity（預設160）= 3 = density, 解碼後圖片大小為2160×2160。

*dpi資料夾的影響

把圖片放到drawable或者raw這樣不帶dpi的資料夾，會按照上面的演算法計算。

如果放到xhdpi會怎樣呢？ 在MX4上，放到xhdpi，解碼後圖片大小為1080 x 1080。

因為放到有dpi的資料夾，會影響到inDensity的預設值，放到xhdpi為160 x 2 = 320; 所以縮放係數 = 480（螢幕） / 320 （xhdpi） = 1.5; 所以得到的圖片大小為1080 x 1080。

手動設定縮放係數

如果你不想依賴於這個系統本身的density，你可以手動設定inDensity和inTargetDensity來控制縮放係數：

BitmapFactory.Options options = new BitmapFactory.Options();
options.inJustDecodeBounds = false;
options.inSampleSize = 1;
options.inDensity = 160;
options.inTargetDensity = 160;
bitmap = BitmapFactory.decodeResource(getResources(),
        R.drawable.origin, options);
// MX4上，雖然density = 3
// 但是通過設定inTargetDensity / inDensity = 160 / 160 = 1
// 解碼後圖片大小為720x720
System.out.println("w:" + bitmap.getWidth()
        + ", h:" + bitmap.getHeight());

2. recycle()方法

官方說法

首先，Android對Bitmap記憶體(畫素資料)的分配區域在不同版本上是有區分的：

As of Android 3.0 (API level 11), the pixel data is stored on the Dalvik heap along with the associated bitmap.

從3.0開始，Bitmap畫素資料和Bitmap物件一起存放在Dalvik堆中，而在3.0之前，Bitmap畫素資料存放在Native記憶體中。
所以，在3.0之前，Bitmap畫素資料在Nativie記憶體的釋放是不確定的，容易記憶體溢位而Crash，官方強烈建議呼叫recycle()（當然是在確定不需要的時候）；而在3.0之後，則無此要求。

參考連結：Managing Bitmap Memory

一點討論

3.0之後官方無recycle()建議，是不是就真的不需要recycle()了呢？

在醫生的這篇文章：Bitmap.recycle引發的血案 最後指出：“在不相容Android2.3的情況下，別在使用recycle方法來管理Bitmap了，那是GC的事！”。文章開頭指出了原因在於recycle()方法的註釋說明:

/**
 * ... This is an advanced call, and normally need not be called,
 * since the normal GC process will free up this memory when
 * there are no more references to this bitmap.
 */
public void recycle() {}

事實上這個說法是不準確的，是不能作為recycle()方法不呼叫的依據的。

因為從commit history中看，這行註釋早在08年初始化程式碼的就有了，但是早期的程式碼並沒有因此不需要recycle()方法了。

如果3.0之後真的完全不需要主動recycle()，最新的AOSP原始碼應該有相應體現，我查了SystemUI和Gallery2的程式碼，並沒有取締Bitmap的recycle()方法。

所以，我個人認為，如果Bitmap真的不用了，recycle一下又有何妨？

PS：至於醫生說的那個bug，顯然是一種優化策略，APP開發中加個兩個bitmap不相等的判斷條件即可。

3. Bitmap到底佔多大記憶體

這個已經有一篇bugly出品的絕好文章講的很清楚：

Android 開發繞不過的坑：你的 Bitmap 究竟佔多大記憶體？

4. inBitmap

BitmapFactory.Options.inBitmap是AndroiD3.0新增的一個屬性，如果設定了這個屬性則會重用這個Bitmap的記憶體從而提升效能。

但是這個重用是有條件的，在Android4.4之前只能重用相同大小的Bitmap，Android4.4+則只要比重用Bitmap小即可。

在官方網站有詳細介紹，這裡列舉示例程式碼的兩個方法瞭解一下：

private static void addInBitmapOptions(BitmapFactory.Options options,
        ImageCache cache) {
    // inBitmap only works with mutable bitmaps, so force the decoder to
    // return mutable bitmaps.
    options.inMutable = true;

    if (cache != null) {
        // Try to find a bitmap to use for inBitmap.
        Bitmap inBitmap = cache.getBitmapFromReusableSet(options);

        if (inBitmap != null) {
            // If a suitable bitmap has been found,
            // set it as the value of inBitmap.
            options.inBitmap = inBitmap;
        }
    }
}

static boolean canUseForInBitmap(
        Bitmap candidate, BitmapFactory.Options targetOptions) {

    if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.KITKAT) {
        // From Android 4.4 (KitKat) onward we can re-use
        // if the byte size of the new bitmap is smaller than
        // the reusable bitmap candidate
        // allocation byte count.
        int width = targetOptions.outWidth / targetOptions.inSampleSize;
        int height =
            targetOptions.outHeight / targetOptions.inSampleSize;
        int byteCount = width * height
            * getBytesPerPixel(candidate.getConfig());
        return byteCount <= candidate.getAllocationByteCount();
    }

    // On earlier versions,
    // the dimensions must match exactly and the inSampleSize must be 1
    return candidate.getWidth() == targetOptions.outWidth
        && candidate.getHeight() == targetOptions.outHeight
        && targetOptions.inSampleSize == 1;
}

參考連結：

Managing Bitmap Memory
Bitmap物件的複用

5. LRU快取演算法

LRU，Least Recently Used，Discards the least recently used items first。

在最近使用的資料中，丟棄使用最少的資料。與之相反的還有一個MRU，丟棄使用最多的資料。
這就是著名的區域性性原理。

實現思路

1.新資料插入到連結串列頭部；
2.每當快取命中（即快取資料被訪問），則將資料移到連結串列頭部；
3.當連結串列滿的時候，將連結串列尾部的資料丟棄。

LruCache

在Android3.1和support v4中均提供了Lru演算法的實現類LruCache。

內部使用LinkedHashMap實現。

DiskLruCache

LruCache的所有物件和資料都是在記憶體中（或者說LinkedHashMap中），而DiskLruCache是磁碟快取，不過它的實現要稍微複雜一點。

使用DiskLruCache後就不用擔心檔案或者圖片太多佔用過多磁碟空間，它能把那些不常用的圖片自動清理掉。

DiskLruCache系統中並沒有正式提供，需要另外下載: DiskLruCache

6. 計算inSampleSize

使用Bitmap節省記憶體最重要的技巧就是載入合適大小的Bitmap，因為以現在相機畫素，很多照片都巨無霸的大，這些大圖直接載入到記憶體，最容易OOM。

載入合適的Bitmap需要先讀取Bitmap的原始大小，按縮小了合適的倍數的大小進行載入。

那麼，這個縮小的倍數的計算就是inSampleSize的計算。

// 根據maxWidth, maxHeight計算最合適的inSampleSize
public static int $sampleSize(BitmapFactory.Options options,
        int maxWidth, int maxHeight) {
    // raw height and width of image
    int rawWidth = options.outWidth;
    int rawHeight = options.outHeight;

    // calculate best sample size
    int inSampleSize = 0;
    if (rawHeight > maxHeight || rawWidth > maxWidth) {
        float ratioWidth = (float) rawWidth / maxWidth;
        float ratioHeight = (float) rawHeight / maxHeight;
        inSampleSize = (int) Math.min(ratioHeight, ratioWidth);
    }
    inSampleSize = Math.max(1, inSampleSize);

    return inSampleSize;
}

關於inSampleSize需要注意，它只能是2的次方，否則它會取最接近2的次方的值。

7. 縮圖

為了節省記憶體，需要先設定BitmapFactory.Options的inJustDecodeBounds為true，這樣的Bitmap可以藉助decodeFile方法把高和寬存放到Bitmap.Options中，但是記憶體佔用為空（不會真正的載入圖片）。

有了具備高寬資訊的Options，結合上面的inSampleSize演算法算出縮小的倍數，我們就能載入本地大圖的某個合適大小的縮圖了

/**
 * 獲取縮圖
 * 支援自動旋轉
 * 某些型號的手機相機圖片是反的，可以根據exif資訊實現自動糾正
 * @return
 */
public static Bitmap $thumbnail(String path,
        int maxWidth, int maxHeight, boolean autoRotate) {

    int angle = 0;
    if (autoRotate) {
        angle = ImageLess.$exifRotateAngle(path);
    }

    BitmapFactory.Options options = new BitmapFactory.Options();
    options.inJustDecodeBounds = true;
    // 獲取這個圖片的寬和高資訊到options中, 此時返回bm為空
    Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeFile(path, options);
    options.inJustDecodeBounds = false;
    // 計算縮放比
    int sampleSize = $sampleSize(options, maxWidth, maxHeight);
    options.inSampleSize = sampleSize;
    options.inPreferredConfig = Bitmap.Config.RGB_565;
    options.inPurgeable = true;
    options.inInputShareable = true;

    if (bitmap != null && !bitmap.isRecycled()) {
        bitmap.recycle();
    }
    bitmap = BitmapFactory.decodeFile(path, options);

    if (autoRotate && angle != 0) {
        bitmap = $rotate(bitmap, angle);
    }

    return bitmap;
}

系統內建了一個ThumbnailUtils也能生成縮圖，細節上不一樣但原理是相同的。

8. Matrix變形

學過線性代數或者影像處理的同學們一定深知Matrix的強大，很多常見的影像變換一個Matrix就能搞定，甚至更復雜的也是如此。

// Matrix matrix = new Matrix();
// 每一種變化都包括set，pre，post三種，分別為設定、矩陣先乘、矩陣後乘。
平移：matrix.setTranslate()
縮放：matrix.setScale()
旋轉：matrix.setRotate()
斜切：matrix.setSkew()

下面我舉兩個例子說明一下。

旋轉

藉助Matrix的postRotate方法旋轉一定角度。

Matrix matrix = new Matrix();
// angle為旋轉的角度
matrix.postRotate(angle);
Bitmap rotatedBitmap = Bitmap.createBitmap(originBitmap,
        0,
        0,
        originBitmap.getWidth(),
        originBitmap.getHeight(),
        matrix,
        true);

縮放

藉助Matrix的postScale方法旋轉一定角度。

Matrix matrix = new Matrix();
// scaleX，scaleY分別為為水平和垂直方向上縮放的比例
matrix.postScale(scaleX, scaleY);
Bitmap scaledBitmap = Bitmap.createBitmap(originBitmap,
        0,
        0,
        originBitmap.getWidth(),
        originBitmap.getHeight(),
        matrix,
        true);

Bitmap本身也帶了一個縮放方法，不過是把bitmap縮放到目標大小，原理也是用Matrix，我們封裝一下：

// 水平和寬度縮放到指定大小，注意，這種情況下圖片很容易變形
Bitmap scaledBitmap = Bitmap.createScaledBitmap(originBitmap,
        dstWidth,
        dstHeight,
        true);

通過組合可以實現更多效果。

9. 裁剪

圖片的裁剪的應用場景還是很多的：頭像剪下，照片裁剪，圓角，圓形等等。

矩形

矩陣形狀的裁剪比較簡單，直接用createBitmap方法即可：

Canvas canvas = new Canvas(originBitmap);
draw(canvas);
// 確定裁剪的位置和裁剪的大小
Bitmap clipBitmap = Bitmap.createBitmap(originBitmap,
        left, top,
        clipWidth, clipHeight);

圓角

對於圓角我們需要藉助Xfermode和PorterDuffXfermode，把圓角矩陣套在原Bitmap上取交集得到圓角Bitmap。

// 準備畫筆
Paint paint = new Paint();
paint.setAntiAlias(true);

// 準備裁剪的矩陣
Rect rect = new Rect(0, 0,
        originBitmap.getWidth(), originBitmap.getHeight());
RectF rectF = new RectF(new Rect(0, 0,
        originBitmap.getWidth(), originBitmap.getHeight()));

Bitmap roundBitmap = Bitmap.createBitmap(originBitmap.getWidth(),
        originBitmap.getHeight(), Bitmap.Config.ARGB_8888);
Canvas canvas = new Canvas(roundBitmap);
// 圓角矩陣，radius為圓角大小
canvas.drawRoundRect(rectF, radius, radius, paint);

// 關鍵程式碼，關於Xfermode和SRC_IN請自行查閱
paint.setXfermode(new PorterDuffXfermode(PorterDuff.Mode.SRC_IN));
canvas.drawBitmap(originBitmap, rect, rect, paint);

圓形

和上面的圓角裁剪原理相同，不過畫的是圓形套在上面。

為了從中間裁剪出圓形，我們需要計算繪製原始Bitmap的left和top值。

int min = originBitmap.getWidth() > originBitmap.getHeight() ?
originBitmap.getHeight() : originBitmap.getWidth();
Paint paint = new Paint();
paint.setAntiAlias(true);
Bitmap circleBitmap = Bitmap.createBitmap(min, min,
    Bitmap.Config.ARGB_8888);
Canvas canvas = new Canvas(circleBitmap);
// 圓形
canvas.drawCircle(min / 2, min / 2, min / 2, paint);
paint.setXfermode(new PorterDuffXfermode(PorterDuff.Mode.SRC_IN));

// 居中顯示
int left = - (originBitmap.getWidth() - min) / 2;
int top = - (originBitmap.getHeight() - min) / 2;
canvas.drawBitmap(originBitmap, left, top, paint);

從圓角、圓形的處理上我們應該能看的出來繪製任意多邊形都是可以的。

10. 儲存Bitmap

很多圖片應用都支援裁剪功能，濾鏡功能等等，最終還是需要把處理後的Bitmap儲存到本地，不然就是再強大的功能也是白忙活了。

public static String $save(Bitmap bitmap,
        Bitmap.CompressFormat format, int quality, File destFile) {
    try {
        FileOutputStream out = new FileOutputStream(destFile);
        if (bitmap.compress(format, quality, out)) {
            out.flush();
            out.close();
        }

        if (bitmap != null && !bitmap.isRecycled()) {
            bitmap.recycle();
        }

        return destFile.getAbsolutePath();
    } catch (FileNotFoundException e) {
        e.printStackTrace();
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return null;
}

如果想更穩定或者更簡單的儲存到SDCard的包名路徑下，可以再封裝一下：

// 儲存到本地，預設路徑/mnt/sdcard/[package]/save/，用隨機UUID命名檔案
public static String $save(Bitmap bitmap,
        Bitmap.CompressFormat format, int quality, Context context) {
    if (!Environment.getExternalStorageState()
            .equals(Environment.MEDIA_MOUNTED)) {
        return null;
    }

    File dir = new File(Environment.getExternalStorageDirectory()
            + "/" + context.getPackageName() + "/save/");
    if (!dir.exists()) {
        dir.mkdirs();
    }
    File destFile = new File(dir, UUID.randomUUID().toString());
    return $save(bitmap, format, quality, destFile);
}

11. 巨圖載入

巨圖載入，當然不能使用常規方法，必OOM。

原理比較簡單，系統中有一個類BitmapRegionDecoder：

public static BitmapRegionDecoder newInstance(byte[] data, int offset,
        int length, boolean isShareable) throws IOException {
}
public static BitmapRegionDecoder newInstance(
        FileDescriptor fd, boolean isShareable) throws IOException {
}
public static BitmapRegionDecoder newInstance(InputStream is,
        boolean isShareable) throws IOException {
}
public static BitmapRegionDecoder newInstance(String pathName,
        boolean isShareable) throws IOException {
}

可以按區域載入:

public Bitmap decodeRegion(Rect rect, BitmapFactory.Options options) {
}

微博的大圖瀏覽也是通過這個BitmapRegionDecoder實現的，具體可自行查閱。

12. 顏色矩陣ColorMatrix

影像處理其實是一門很深奧的學科，所幸Android提供了顏色矩陣ColorMatrix類，可實現很多簡單的特效，以灰階效果為例子：

Bitmap grayBitmap = Bitmap.createBitmap(originBitmap.getWidth(),
        originBitmap.getHeight(), Bitmap.Config.RGB_565);
Canvas canvas = new Canvas(grayBitmap);
Paint paint = new Paint();
ColorMatrix colorMatrix = new ColorMatrix();
// 設定飽和度為0，實現了灰階效果
colorMatrix.setSaturation(0);
ColorMatrixColorFilter colorMatrixColorFilter =
        new ColorMatrixColorFilter(colorMatrix);
paint.setColorFilter(colorMatrixColorFilter);
canvas.drawBitmap(originBitmap, 0, 0, paint);

除了飽和度，我們還能調整對比度，色相變化等等。

13. ThumbnailUtils剖析

ThumbnailUtils是系統提供的一個專門生成縮圖的方法，我專門寫了一篇文章分析，內容較多，請移步：理解ThumbnailUtils

14. 小結

既然與Bitmap經常打交道，那就把它都理清楚弄明白，這是很有必要的。

難免會有遺漏，歡迎留言，我會酌情補充。