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概览#

官方简介：Android-Graphics

• Image Stream Producers：图形生产者，用来生成图形缓冲区，以供图形消费者使用。例如 OpenGL ES、Canvas 2D 和 mediaserver 视频解码器。

• Native Framework：Libgui 库，包含了图形系统底层的基本元素，例如 Surface、BufferQueue、GraphicBufferConsumer、GraphicBufferProducer、SurfaceComposer 等等。

• Window Positioning：WindowManager，用来控制 window 对象，window 为一组 view 对象的集合。它为 SurfaceFlinger 提供缓冲区和窗口元数据，而 SurfaceFlinger 可使用这些信息将 Surface 合成到屏幕。

• Image Stream Consumers：图形消费者，包括 SurfaceFlinger 和一些图形应用。

  • 图形流的最常见消费者是 SurfaceFlinger，该系统服务会消耗当前可见的 Surface，并使用 WindowManager 中提供的信息将它们合成到显示部分。SurfaceFlinger 使用 OpenGL 和 Hardware Composer 来合成一组 Surface。
  • 一些 OpenGL ES 应用也可以做为消费者，例如相机应用会消费相机预览图像流。非 GL 应用也可以是消费者，例如 ImageReader 类。

• HAL：显示子系统的硬件抽象实现，包括 Hardware Composer 和 Gralloc。

  • SurfaceFlinger 可以将某些合成工作委托给 Hardware Composer，以分担 OpenGL 和 GPU 上的工作量。这时，SurfaceFlinger 只是充当另一个 OpenGL ES 客户端，Hardware Composer 则进行图形渲染的工作。Hardware Composer 必须支持事件，其中之一是 VSYNC（另一个是支持即插即用 HDMI 的热插拔）。
  • Gralloc 用来分配图形生产方请求的内存。

BufferQueue#

官方简介：Android-BufferQueue

左侧的对象是生成图形缓冲区的渲染器，如主屏幕、状态栏和系统界面。SurfaceFlinger 是合成器，而 Hardware Composer 是制作器。BufferQueue 是 Android 图形系统很重要的组成部分，它负责数据的传递：

图中的 producer 和 consumer 运行在不同的进程里，BufferQueue 是将缓冲区池与队列相结合的数据结构，它使用 Binder IPC 在进程之间传递缓冲区。几个重要函数如下：

• producers 通过 BufferQueue 请求一块空闲的缓存区 (GraphicBuffer): IGraphicBufferProducer.dequeueBuffer 方法
• 往缓存区 (GraphicBuffer) 填充了数据 (绘制等) 后，producers 将缓存区 (GraphicBuffer) 入队列到 BufferQueue 中: IGraphicBufferProducer.queueBuffer 方法
• consumer 从 BufferQueue 中出队列一块缓存区 (GraphicBuffer): IGraphicBufferConsumer.acquireBuffer 方法
• consumer 消费完毕后 (典型的是 SurfaceFlinger 合成数据) 将缓存区 (GraphicBuffer) 返回给队列: IGraphicBufferConsumer.releaseBuffer 方法

其中 IGraphicBufferProducer 是 BufferQueue 的生产者接口，实现类是 BufferQueueProducer 生产者类；IGraphicBufferConsumer 是 BufferQueue 的消费者接口，实现类是 BufferQueueConsumer 消费者类。

SurfaceFlinger#

SurfaceFlinger 用来管理消费当前可见的 Surface, 所有被渲染的可见 Surface 都会被 SurfaceFlinger 通过 WindowManager 提供的信息合成 (使用 OpenGL 和 HardWare Composer) 提交到屏幕的后缓冲区，等待屏幕的下一个 Vsync 信号到来，再显示到屏幕上。SufaceFlinger 通过屏幕后缓冲区与屏幕建立联系，同时通过 Surface 与上层建立联系，起到了一个承上启下的作用。

SurfaceFlinger 工作流程

SurfaceFlinger 的 registerCallback 时的this就是 SurfaceFlinger 对 ComposerCallback 接口的实现。

• onHotplugReceived

  热插拔事件，显示屏幕连接或者断开时回调

• onRefreshReceived

  接收底层 HWComposer 的刷新请求，实现方法如下：

  Copy

  
  void SurfaceFlinger::onRefreshReceived(int sequenceId,
  
                                         hwc2_display_t /*display*/) {
  
      Mutex::Autolock lock(mStateLock);
  
      if (sequenceId !=getBE().mComposerSequenceId) {
  
          return;
  
      }
  
      repaintEverythingLocked();
  
  }
  
  
  void SurfaceFlinger::repaintEverythingLocked() {
  
      android_atomic_or(1, &mRepaintEverything);
  
      //触发刷新，重新合成显示
  
      signalTransaction();
  
  }
  
  

• onVsyncReceived

  Vsync 事件上报，接收底层硬件上报的垂直同步信号。

为什么需要垂直同步信号，参考https://juejin.cn/post/6863756420380196877#heading-1

合成方式#

• Client 合成

将各个 Layer 的内容用 GPU 渲染到暂存缓冲区中，最后将暂存缓冲区传送到显示硬件，Client 合成，采用 RenderEngine 进行合成

• Device 合成

硬件合成器进行合成 HWComposer，其合成方式是将各个 Layer 的数据全部传给显示硬件，并告知它从不同的缓冲区读取屏幕不同部分的数据

HWC 相关图表#

合成图表#

Dump 信息#

adb shell dumpsys SurfaceFlinger

图层#

图层（Layer）是合成的最重要单元；每个图层都有一组属性，用于定义它与其他层的交互方式。Layer 在每一层中的代码的实现不一样，基本上 Laye 的理念都是一样的。

frameworks/native/services/surfaceflinger

├── Layer.h

├── Layer.cpp

├── ColorLayer.h

├── ColorLayer.cpp

├── BufferLayer.h

└── BufferLayer.cpp

总结#

整个图形显示系统可以简单地分为图形和显示两个系统理解。

• 图形系统，提供绘图和图形处理的支持。无论是 2D 的 Skia，还是 3D 的 OpenGLES，还有各种图片解吗库
• 显示系统，图形绘制好后，需要显示，就需要合并窗口，这个时候就需要用到 Surfaceflinger，上层的显示系统有 View、ActivityManagerService 和 WindowManagerService 组成。一个窗口就是一个 Surface，Surfacedlinger 使用 Layer 去描述一个窗口。