简单梳理Android BufferQueue原理(基于P)

一. BufferQueue概述

BufferQueue可以理解为一个生产者-消费者”模型，对GraphicBuffer管理的一种机制。
需注意的是，可以将BufferQueue当作是一个算法结构，并不是只有Surfaceflinger会使用到，其他进程只要有GraphicBuffer的消费地方都会使用到。

二. BufferQueue结构

一般是在消费者进程调用BufferQueue的createBufferQueue创建BufferQueueCore，BufferQueueProducer和BufferQueueConsumer对象。
对应着三个重要部分，数据，生产者，消费者，三者关系：

图形生产者（如相机，View绘制等）先向BufferQueue申请GraphicBuffer，填充完GraphicBuffer后，将GraphicBuffer移交给BufferQueue，BufferQueue会通知图形消费者(如Surfaceflinger，ImageReader，GLConsumer等)

BufferQueue采用了binder和共享内存机制，因此可以高效地在进程间传递图形数据，Producer和Consumer可能不在同一进程，GraphicBurffer可以看作是一块共享内存。

BufferQueueProducer和BufferQueueConsumer分别实现了IGraphicBufferProducer和IGraphicBufferConsumer binder接口，

在消费者进程调用consumerConnect向BufferQueueCore注册IConsumerListener，这样有新数据的时候就可以通过IConsumerListener的onFrameAvailable()回调通知对应的消费者，
收到通知后，消费者通过IGraphicBufferConsumer从BufferQueueCore取出GraphicBuffer，使用完之后将GraphicBuffer放回到BufferQueueCore。

在生产者进程获取到IGraphicBufferProducer接口后，可以通过connect向BufferQueueCore注册IProducerListener，这样在消费者将GraphicBuffer放回BufferQueueCore时可以通知生产者，生产者可以通过IGraphicBufferProducer向BufferQueueCore申请GraphicBuffer，填充完GraphicBuffer后，将GraphicBuffer提交给BufferQueueCore，然后由BufferQueueCore来通知消费者。

通过如下接口实现通知：

void BufferQueue::ProxyConsumerListener::onFrameAvailable(
        const BufferItem& item) {
    sp listener(mConsumerListener.promote());
    if (listener != NULL) {
        listener->onFrameAvailable(item);
    }
}
void BufferQueue::ProxyConsumerListener::onBuffersReleased() {
    sp listener(mConsumerListener.promote());
    if (listener != NULL) {
        listener->onBuffersReleased();
    }
}

三.使用到BufferQueue的场景

3.1 Activity View的显示

应用Activity View界面显示，界面的Window是GraphicBuffer生产者，不断dequeue buffer出来往其中写数据，SurfaceFlinger是GraphicBuffer的消费者，不断acqure buffer出来合成显示。

BufferLayer创建时：

frameworks/native/services/surfaceflinger/BufferLayer.cpp
void BufferLayer::onFirstRef() {
    // Creates a custom BufferQueue for SurfaceFlingerConsumer to use
    sp producer;//生产者
    sp consumer;//消费者
    BufferQueue::createBufferQueue(&producer, &consumer, true);//创建Queue
    mProducer = new MonitoredProducer(producer, mFlinger, this);
    mConsumer = new BufferLayerConsumer(consumer,
            mFlinger->getRenderEngine(), mTextureName, this);
    mConsumer->setConsumerUsageBits(getEffectiveUsage(0));
    mConsumer->setContentsChangedListener(this);
    mConsumer->setName(mName);

    if (mFlinger->isLayerTripleBufferingDisabled()) {
        mProducer->setMaxDequeuedBufferCount(2);
    }

    const sp hw(mFlinger->getDefaultDisplayDevice());
    updateTransformHint(hw);
}

3.2 SurfaceTexture

相机中preview使用到的TextureView中的成员SurfaceTexture就是个自带BufferQueue的组建，在消费者进程，具体之后会详细讲述SurfaceTexture。

SurfaceTexture初始化：

frameworks/base/core/jni/android/graphics/SurfaceTexture.cpp
static void SurfaceTexture_init(JNIEnv* env, jobject thiz, jboolean isDetached,
        jint texName, jboolean singleBufferMode, jobject weakThiz)
{
    sp producer;//生产者
    sp consumer;//消费者
    BufferQueue::createBufferQueue(&producer, &consumer);
    sp surfaceTexture;
    ...
        //看出来SurfaceTexture中欧的BufferQueue的消费者是一个GLConsumer
        surfaceTexture = new GLConsumer(consumer, texName,
                GL_TEXTURE_EXTERNAL_OES, true, !singleBufferMode);
    ...


    SurfaceTexture_setSurfaceTexture(env, thiz, surfaceTexture);
    SurfaceTexture_setProducer(env, thiz, producer);

    jclass clazz = env->GetObjectClass(thiz);
    
    sp ctx(new JNISurfaceTextureContext(env, weakThiz,
            clazz));
     //设置监听
    surfaceTexture->setFrameAvailableListener(ctx);
    SurfaceTexture_setFrameAvailableListener(env, thiz, ctx);
}

3.3 ImageReader

相机中保存图片的使用的ImageReader也是在消费者进程，初始化时及自己创建了BufferQueue，在消费者进程，及相机应用是消费者，具体之后会详细讲述ImageReader。

ImageReader初始化,如上类似：

frameworks/native/libs/gui/BufferQueueConsumer.cpp
static void ImageReader_init(JNIEnv* env, jobject thiz, jobject weakThiz, jint width, jint height,
                             jint format, jint maxImages, jlong ndkUsage)
{
    sp ctx(new JNIImageReaderContext(env, weakThiz, clazz, maxImages));

    sp gbProducer;
    sp gbConsumer;
    BufferQueue::createBufferQueue(&gbProducer, &gbConsumer);
    sp bufferConsumer;
  
    bufferConsumer = new BufferItemConsumer(gbConsumer, consumerUsage, maxImages,
            /*controlledByApp*/true);

    ctx->setBufferConsumer(bufferConsumer);
    bufferConsumer->setName(consumerName);

    ctx->setProducer(gbProducer);
    bufferConsumer->setFrameAvailableListener(ctx);
  
}

四. 总结

使用BufferQueue的地方还有很多，可以在AOSP代码里搜"BufferQueue::createBufferQueue",一般创建BufferQueue的是在消费者进程，GraphicBuffer是在消费者进程里分配，而一系列的调用逻辑，无非就是将BufferQueue在初始化时创建的Producer指针和Consumer指针关联到对应进程中的生产者和消费者上，这一点下面会详述，本篇主要为后面学习Surface铺垫。

参考博客：
https://www.jianshu.com/p/edd7d264be73
https://blog.csdn.net/u014409795/article/details/51276468