[深入理解Android卷一全文-第八章]深入理解Surface系统

转载：https://blog.csdn.net/innost/article/details/47208337

第8章  深入理解Surface系统

本章主要内容

·  详细分析一个Activity的显示过程。

·  详细分析Surface。

·  详细分析SurfaceFlinger。

本章涉及的源代码文件名及位置：

· 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是继Audio系统后要破解第二个复杂的系统。它的难度和复杂度远远超过了Audio。基于这种情况，本章将集中精力打通Surface系统的“任督二脉”，这任督二脉分别是：

·  任脉：应用程序和Surface的关系。

·  督脉：Surface和SurfaceFlinger之间的关系。

当这二脉打通后，我们就可以自行修炼更高层次的功夫了。图8-1显示了这二脉的关系：

 

图8-1  Surface系统的任督二脉

其中，左图是任脉，右图是督脉。

·  先看左图。可以发现，不论Skia绘制二维图像，还是用OpenGL绘制三维图像，最终Application都要和Surface交互。Surface就像是UI的画布，而App则像是在Surface上作画。所以要想打通任脉，就须破解App和Surface之间的关系。

·  再看右图。Surface和SurfaceFlinger的关系，很像Audio系统中AudioTrack和AudioFlinger的关系。Surface向SurfaceFlinger提供数据，而SurfaceFlinger则混合数据。所谓打通督脉的关键，就是破解Surface和SurfaceFlinger之间的关系。

目标已清楚，让我们开始“运功”破解代码吧！

说明：为书写方便起见，后文将SurfaceFlinger简写为SF。

8.2  一个Activity的显示

一般来说，应用程序的外表是通过Activity来展示的。那么，Activity是如何完成界面绘制工作的呢？根据前面所讲的知识，应用程序的显示和Surface有关，那么具体到Activity上，它和Surface又是什么关系呢？

本节就来讨论这些问题。首先从Activity的创建说起。

8.2.1  Activity的创建

我们已经知道了Activity的生命周期，如onCreate、onDestroy等，但大家是否考虑过这样一个问题：

·  如果没有创建Activity，那么onCreate和onDestroy就没有任何意义，可这个Activity究竟是在哪里创建的？。

第4章中的“Zygote分裂”一节已讲过，Zygote在响应请求后会fork一个子进程，这个子进程是App对应的进程，它的入口函数是ActivityThread类的main函数。ActivityThread类中有一个handleLaunchActivity函数，它就是创建Activity的地方。一起来看这个函数，代码如下所示：

[-->ActivityThread.java]

private final void handleLaunchActivity(ActivityRecord r, Intent customIntent) {

       //①performLaunchActivity返回一个Activity

       Activity a = performLaunchActivity(r, customIntent);

 

        if(a != null) {

           r.createdConfig = new Configuration(mConfiguration);

           Bundle oldState = r.state;

          //②调用handleResumeActivity

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

   }

      ......

}

handleLaunchActivity函数中列出了两个关键点，下面对其分别介绍。

1. 创建Activity

第一个关键函数performLaunchActivity返回一个Activity，这个Activity就是App中的那个Activity（仅考虑App中只有一个Activity的情况），它是怎么创建的呢？其代码如下所示：

[-->ActivityThread.java]

private final Activity performLaunchActivity(ActivityRecord r,Intent customIntent) {

        

       ActivityInfo aInfo = r.activityInfo;

        ......//完成一些准备工作

      //Activity定义在Activity.java中

       Activity activity = null;

       try {

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

     /*

     mInstrumentation为Instrumentation类型，源文件为Instrumentation.java。

     它在newActivity函数中根据Activity的类名通过Java反射机制来创建对应的Activity，

     这个函数比较复杂，待会我们再分析它。

     */

           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函数返回的就是这个ContextImpl类型的对象

               ContextImpl appContext = new ContextImpl();

               ......

              //下面这个函数会调用Activity的onCreate函数

               mInstrumentation.callActivityOnCreate(activity, r.state);

                ......

       return activity;

 }

好了，performLaunchActivity函数的作用明白了吧？

·  根据类名以Java反射的方法创建一个Activity。

·  调用Activity的onCreate函数，开始SDK中大书特书Activity的生命周期。

那么，在onCreate函数中，我们一般会做什么呢？在这个函数中，和UI相关的重要工作就是调用setContentView来设置UI的外观。接下去，需要看handleLaunchActivity中第二个关键函数handleResumeActivity。

2. 分析handleResumeActivity

上面已创建好了一个Activity，再来看handleResumeActivity。它的代码如下所示：

[-->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获得一个View对象,decor

      View decor = r.window.getDecorView();

     decor.setVisibility(View.INVISIBLE);

      //②获得ViewManager对象

      ViewManager wm = a.getWindowManager();

      ......

      //③把刚才的decor对象加入到ViewManager中

       wm.addView(decor,l);

   }

         ......//其他处理

}

上面有三个关键点。这些关键点似乎已经和UI部分（如View、Window）有联系了。那么这些联系是在什么时候建立的呢？在分析上面代码中的三个关键点之前，请大家想想在前面的过程中，哪些地方会和UI挂上钩呢？

·  答案就在onCreate函数中，Activity一般都在这个函数中通过setContentView设置UI界面。

看来，必须先分析setContentView，才能继续后面的征程。

3. 分析setContentView

setContentView有好几个同名函数，现在只看其中的一个就可以了。代码如下所示：

[-->Activity.java]

public void setContentView(View view) {

//getWindow返回的是什么呢？一起来看看。

 getWindow().setContentView(view);

}

 

public Window getWindow() {

  return mWindow; //返回一个类型为Window的mWindow，它是什么？

}

上面出现了两个和UI有关系的类：View和Window[①]。来看SDK文档是怎么描述这两个类的。这里先给出原文描述，然后进行对应翻译：

 

这里面有一句比较关键的话：Window将做为一个顶层的view加入到Window Manager中。

View 是一个基本的UI单元，占据屏幕的一块矩形区域，可用于绘制，并能处理事件。

从上面的View和Window的描述，再加上setContentView的代码，我们能想象一下这三者的关系，如图8-2所示：

 

图8-2  Window/View的假想关系图

 

（1）Activity的Window

据上文讲解可知，Window是一个抽象类。它实际的对象到底属于什么类型？先回到Activity创建的地方去看看。下面正是创建Activity时的代码，可当时没有深入地分析。

activity = mInstrumentation.newActivity( cl,component.getClassName(), r.intent);

[-->Instrumentation.java]

public Activity newActivity(Classclazz, 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;

        //关键函数attach!!

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

info, title,parent, id, lastNonConfigurationInstance,

new Configuration());

       return activity;

    }

看到关键函数attach了吧？Window的真相马上就要揭晓了，让我们用咆哮体②来表达内心的激动之情吧！！！！

[-->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 lastNonConfigurationChildInstances,

           Configuration config) {

        ......

        //利用PolicyManager来创建Window对象，(PhoneWindow对象)

       mWindow = PolicyManager.makeNewWindow(this);

       mWindow.setCallback(this);

        ......

 

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

        if(mParent != null) {

           mWindow.setContainer(mParent.getWindow());

        }

       //保存这个WindowManager对象

       mWindowManager = mWindow.getWindowManager();

       mCurrentConfig = config;

}

（2）水面下的冰山——PolicyManager

PolicyManager定义于PolicyManager.java文件，该文件在一个非常独立的目录下，现将其单独列出来：

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

注意，上面路径中的红色目录phone是针对智能手机这种小屏幕的；另外还有一个平级的目录叫mid，是针对Mid设备的。mid目录的代码比较少，可能目前还没有开发完毕。

下面来看这个PolicyManager，它比较简单。

[-->PolicyManager.java]

public final class PolicyManager {

    //通过Policy对象的makeNewWindow创建一个Window

    publicstatic Window makeNewWindow(Context context) {

       return sPolicy.makeNewWindow(context);

    }

}

这里有一个单例的sPolicy对象，它是Policy类型，请看它的定义。

（3）真正的Window

Policy类型的定义代码如下所示：

[-->Policy.java]

public class Policy implements IPolicy {

public PhoneWindow makeNewWindow(Contextcontext) {

        //makeNewWindow返回的是PhoneWindow对象

       return new PhoneWindow(context);

    }

}

（4）真正的WindowManager

先看WindowManager创建的代码，如下所示：

[-->Activity.java]

  ......//创建mWindow对象

   //调用mWindow的setWindowManager函数

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

   .....

 

[-->Window.java]

public void setWindowManager(WindowManager wm,IBinder appToken, String appName) {     //注意，传入的wm值为null

       mAppToken = appToken;

       mAppName = appName;

        if(wm == null) {

          //如果wm为空的话，则创建WindowManagerImpl对象

           wm = WindowManagerImpl.getDefault();

        }

       //mWindowManager是一个LocalWindowManager

       mWindowManager = new LocalWindowManager(wm);

    }

可得出以下结论：

·  Activity的mWindow成员变量其真实类型是PhoneWindow，而mWindowManager成员变量的真实类型是LocalWindowManager。

·  LocalWindowManager和WindowManagerImpl都实现了WindowManager接口。这里采用的是Proxy模式，表明LocalWindowManager将把它的工作委托WindowManagerImpl来完成。

（5）setContentView的总结

了解了上述知识后，重新回到setContentView函数。这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

}

一起来看PhoneWindow的setContentView函数，代码如下所示：

[-->PhoneWindow]

public void setContentView(View view) {

   //调用另一个setContentView

   setContentView(view,new ViewGroup.LayoutParams(MATCH_PARENT,MATCH_PARENT));

}

 

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

   //mContentParent为ViewGroup类型，它的初值为null，

  //(mContentParent是mDecor的一个子View，用于容纳Activity.setContentView(view) 设置的view)

     if(mContentParent == null) {

           installDecor();

     }else {

           mContentParent.removeAllViews();

     }

    //把view加入到ViewGroup中

    mContentParent.addView(view, params);

     ......

}

installDecor函数，其代码如下所示：

[-->PhoneWindow.java]

private void installDecor() {

    if (mDecor == null) {

     //创建mDecor，它为DecorView类型，从FrameLayout派生

     mDecor= generateDecor();

            ......

   }

  if(mContentParent == null) {

     //得到这个mContentParent(mDecor的一个子View)

mContentParent = generateLayout(mDecor);

    //创建标题栏

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

......

}

generateLayout函数的输入参数为mDecor，输出为mContentParent，代码如下所示：

[-->PhoneWindow]

protected ViewGroup generateLayout(DecorViewdecor){

  ......

  int layoutResource;

  int features = getLocalFeatures();

  if((features & ((1 << FEATURE_LEFT_ICON) |(1 <

      if(mIsFloating) {

      //根据情况取得对应标题栏的资源id

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

     }

       ......

}

  mDecor.startChanging();

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

 //加入标题栏

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

   /*

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

     这个contentParent由findViewById返回，实际上就是mDecorView的一部分。

   */

   ViewGroup contentParent = (ViewGroup)findViewById(ID_ANDROID_CONTENT);

   ......

   mDecor.finishChanging();

   return contentParent;

}

下面看findViewById是如何实现的。它定义在Window.java中，代码如下所示：

[-->Window.java]

public View findViewById(int id) {

  //getDecorView将返回mDecorView,所以contentParent确实是DecorView的一部分

   return getDecorView().findViewById(id);

 }

大家还记得图8-2吗？介绍完上面的知识后，根据图8-2，可绘制更细致的图8-4：

 

图8-4  一个Activity中的UI组件

可从上图中看出，在Activity的onCreate函数中，通过setContentView设置的View，其实只是DecorView的子View。DecorView还处理了标题栏显示等一系列的工作。

注意，这里使用了设计模式中的Decorator（装饰）模式，它也是UI编程中常用的模式之一。

 

4. 重回handleResumeActivity

看完setContentView的分析后，不知大家是否还记得这样一个问题：为什么要分析这个setContentView函数？在继续前行之前，先来回顾一下被setContentView打断的流程。

当时，我们正在分析handleResumeActivity，代码如下所示：

[-->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获得一个View对象。现在知道这个view就是DecorView

   View decor = r.window.getDecorView();

   decor.setVisibility(View.INVISIBLE);

  //②获得ViewManager对象,这个wm就是LocalWindowManager

  ViewManager wm = a.getWindowManager();

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

  if(a.mVisibleFromClient) {

       a.mWindowAdded= true;

       //③把刚才的decor对象加入到LocalWindowManager中

      wm.addView(decor,l);

   }

......//其他处理

}

 

来看这个addView函数，它的代码如下所示：

[-->Window.java LocalWindowManager]

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

//还记得前面提到过的Proxy模式吗？mWindowManager对象实际上是WindowManagerImpl类型

mWindowManager.addView(view, params);

}

看来，要搞清楚这个addView函数还是比较麻烦的，因为现在必须到WindowManagerImpl中去看看。它的代码如下所示：

[-->WindowManagerImpl.java]

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

{

  ViewRoot root; //ViewRoot，幕后的主角终于登场了！

  synchronized(this) {

  //①创建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;//保存这个root(ViewRoot )

   mParams[index]= wparams;

 

//②setView,其中view是刚才我们介绍的DecorView

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

}

（1）ViewRoot是什么？

ViewRoot实现了ViewParent接口。但它和Android基本绘图单元中的View却不太一样，比如：ViewParent不处理绘画，因为它没有onDraw函数。

如上所述，ViewParent和绘画没有关系：

[-->ViewRoot.java::ViewRoot定义]

public final class ViewRoot extends Handler implements ViewParent,

       View.AttachInfo.Callbacks //从Handler类派生

{

private final Surface mSurface = new Surface();//这里创建了一个Surface对象

final W mWindow; //是IWindow类型，ViewRoot是Bn端(服务器)，WMS是Bp端，

                                    // 用于WMS在接收触摸、按键等事件后分发到对应进程对应Window处理

View mView;

}

上面这段代码传达出了一些重要信息：

·  ViewRoot继承了Handler类，看来它能处理消息。ViewRoot果真重写了handleMessage函数。稍侯再来看它。

·  ViewRoot有一个成员变量叫mSurface，它是Surface类型。

·  ViewRoot还有一个W类型的mWindow和一个View类型的mView变量。

（2）神笔马良乎？

这里冒出来一个Surface类。它是什么？在回答此问题之前，先来考虑这样一个问题：

·  前文介绍的View、DecorView等都是UI单元，这些UI单元的绘画工作都在onDraw函数中完成。如果把onDraw想象成画图过程，那么画布是什么？

Android肯定不是“马良”，它也没有那支可以在任何物体上作画的“神笔”，所以我们需要一块实实在在的画布，这块画布就是Surface。SDK文档对Surface类的说明是：Handle on to a raw buffer thatis being managed by the screen compositor。这句话的意思是：

·  Surface有一块Raw buffer

·  Surface操作这块Raw buffer。

·  Screen compositor（其实就是SurfaceFlinger）管理这块Raw buffer。

Surface和SF、ViewRoot有什么关系呢？相信，聪明的你此时已经明白些了，这里用图8-5描绘一下心中的想法：

 

图8-5  马良的神笔工作原理

结合之前所讲的知识，图8-5清晰地传达了如下几条信息：

·  ViewRoot有一个成员变量mSurface，它是Surface类型，它和一块Raw Buffer有关联。

·  ViewRoot是一个ViewParent，它的子View的绘画操作，是在画布Surface上展开的。

·  Surface和SurfaceFlinger有交互，这非常类似AudioTrack和AudioFlinger之间的交互。

既然本章题目为“深入理解Surface系统”，那么就需要重点关注Surface和SurfaceFlinger间的关系。建立这个关系需ViewRoot的参与，所以应先来分析ViewRoot的创建和它的setView函数。

（3）ViewRoot的创建和对setView的分析

来分析ViewRoot的构造。关于它所包含内容，代码如下所示：

[-->ViewRoot.java]

public ViewRoot(Context context) {

       super();

      ....

       // getWindowSession 将建立  Activity的ViewRoot  和 WindowManagerService  的关系

      // 得到一个IWindowSession对象，用于与WMS通讯。

      getWindowSession(context.getMainLooper());

 

 

      //是IWindow类型，ViewRoot是Bn端(服务器)，WMS是Bp端，

       // 用于WMS在接收触摸、按键等事件后分发到对应进程对应Window处理

       mWindow= new W(this, context);

}

getWindowsession函数。代码如下所示：

[-->ViewRoot.java]

ublic static IWindowSession getWindowSession(Looper mainLooper) {

synchronized (mStaticInit) {

  if(!mInitialized) {

   try {

      InputMethodManager imm =

         InputMethodManager.getInstance(mainLooper);

 //先得到WindowManagerService的Binder代理，通过binder通讯 调用WindowManagerService的openSession

sWindowSession = IWindowManager.Stub.asInterface(ServiceManager.getService("window"))

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

                    mInitialized = true;

               } catch (RemoteException e) {

               }

           }

           return sWindowSession;

        }

    }

WindowSession？WindowManagerService？第一次看到这些东西时，我快疯了。复杂，太复杂，无比复杂！要攻克这些难题，应先来回顾一下与Zygote相关的知识：

·  WindowManagerService（以后简称WMS）由System_Server进程启动，SurfaceFlinger服务也在这个进程中。

Activity的显示还不单纯是它自己的事，还需要和WMS建立联系才行。继续看。先看setView的处理。这个函数很复杂，注意其中关键的几句。

openSession的操作是一个使用Binder通信的跨进程调用，暂且记住这个函数，在精简流程之后再来分析。

代码如下所示：

[-->ViewRoot.java]

public void setView(View view, WindowManager.LayoutParamsattrs,

                        View panelParentView){//第一个参数view是DecorView

      ......

       mView= view;//保存这个view(DecorView)

       synchronized (this) {

           requestLayout(); //发送DO_TRAVERSAL消息。ViewRoot是从Handler派生的，所以这个消息最后会由ViewRoot自己处理

               try {

                //调用IWindowSession的add函数，第一个参数是mWindow,传递给WMS

                res =sWindowSession.add(mWindow, mWindowAttributes,getHostVisibility(), mAttachInfo.mContentInsets);

               }

          ......

}

ViewRoot的setView函数做了三件事：

·  保存传入的view参数为mView，这个mView指向PhoneWindow的DecorView。

·  调用requestLayout。

·  调用IWindowSession的add函数，这是一个跨进程的Binder通信，第一个参数是mWindow。

先来看这个requestLayout函数，它非常简单，就是往handler中发送了一个消息。注意，ViewRoot是从Handler派生的，所以这个消息最后会由ViewRoot自己处理

从上面的代码中可发现，ViewRoot和远端进程SystemServer的WMS有交互：

·  ViewRoot调用openSession，得到一个IWindowSession对象，用于与WMS通讯。

·  调用WindowSession对象的add函数，把mWindow对象做为参数传入。

5. ViewRoot和WMS的关系

上面总结了ViewRoot和WMS的交互流程，其中一共有两个跨进程的调用。一起去看。

（1）调用流程分析

WMS的代码在WindowManagerService.java中：

[-->WindowManagerService.java]

public IWindowSession openSession(IInputMethodClient client,

                                        IInputContext inputContext) {

       ......

return new Session(client, inputContext);

}

Session是WMS定义的持内部类。它支Binder通信，并且属于Bn端

再来看它的add函数。代码如下所示：

[-->WindowManagerService.java::Session]

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

               int viewVisibility, Rect outContentInsets) {

    //调用WMS的addWindow

    return addWindow(this, window, attrs, viewVisibility,outContentInsets);

}

[-->WindowManagerService.java]

public int addWindow(Session session, IWindowclient,

           WindowManager.LayoutParams attrs, int viewVisibility,

           Rect outContentInsets) {

           ......

          //创建一个WindowState

          win = new WindowState(session, client, token, attachedWindow, attrs,viewVisibility);

          ......

         //调用attach函数

          win.attach();

          ......

          return res;

}

WindowState类也是在WMS中定义的内部类，直接看它的attach函数，代码如下所示：

[-->WMS.java::WindowState]

void attach() {

      //mSession就是Session对象，调用它的windowAddedLocked函数

     mSession.windowAddedLocked();

}

[-->WMS.java::Session]

void windowAddedLocked() {

  if(mSurfaceSession == null) {

        ......

       //创建一个SurfaceSession对象

       mSurfaceSession= new SurfaceSession();

       ......

     }

      mNumWindow++;

}

 

（2）ViewRoot和WMS的关系梳理

ViewRoot和WMS之间的关系，可用图8-6来表示：

 

图8-6  ViewRoot和WMS的关系

总结一下图8-6中的知识点：

·  ViewRoot通过IWindowSession 跟WMS进程进行跨进程通信。IWindowSession定义在IWindowSession.aidl文件中。这个文件在编译时由aidl工具处理，最后会生成类似于Native Binder中Bn端和Bp端的代码，后文会介绍它。

·  ViewRoot内部有一个W类型的对象，它也是一个基于Binder通信的类，W是IWindow的Bn端，用于响应请求。IWindow定义在另一个aidl文件IWindow.aidl中。

为什么需要这两个特殊的类呢？简单介绍一下：

首先，来看IWindowSession.aidl对自己的描述：

·  System private per-application interface to the window manager：也就是说每个App进程都会和WMS建立一个IWindowSession会话。这个会话被App进程用于和WMS通信。后面会介绍它的requestLayout函数。

再看对IWindow.adil的描述：

·  API back to a client window that the Window Manager uses to informit of interesting things happening：这句话的大意是IWindow是WMS用来做事件通知的。每当发生一些事情时，WMS(Bp客户端)就会把这些事告诉某个IWindow。可以把IWindow想象成一个回调函数。

 

[-->IWindow.aidl定义]

void dispatchKey(in KeyEvent event);

void dispatchPointer(in MotionEvent event, longeventTime,

boolean callWhenDone);

void dispatchTrackball(in MotionEvent event,long eventTime,

boolean callWhenDone);

这里的事件指的就是按键、触屏等事件。那么，一个按键事件是如何被分发的呢？下面是它大致的流程：

·  WMS所在的SystemServer进程接收到按键事件。

·  WMS找到UI位于屏幕顶端的进程所对应的IWindow对象，这是一个Bp端对象(保存在WMS中)。

·  调用这个IWindow对象的dispatchKey。IWindow对象的Bn端位于ViewRoot中，ViewRoot再根据内部View的位置信息找到真正处理这个事件的View，最后调用dispatchKey函数完成按键的处理。

其实这些按键事件的分发机制可以拿Windows的UI编程来做类比，在Windows中应用程序的按键处理流程是：

·  每一个按键事件都会转化成一个消息，这个消息将由系统加入到对应进程的消息队列中。该进程的消息在派发处理时，会根据消息的句柄找到对应的Window（窗口），继而该消息就由这个Window处理了。

注意：上面的描述实际上大大简化了真实的处理流程，读者可在了解大体知识后进行更深入的研究。

上面介绍的是ViewRoot和WMS的交互，但是我们最关心的Surface还没有正式介绍，在此之前，还是先介绍Activity的流程。

8.2.2  Activity的UI绘制

ViewRoot的setView函数中，会有一个requestLayout。根据前面的分析可知，它会向ViewRoot发送一个DO_TRAVERSAL消息，来看它的handleMessage函数，代码如下所示：

[-->ViewRoot.java]

public void handleMessage(Message msg) {

       switch (msg.what) {

        ......

       case DO_TRAVERSAL:

            ......

           performTraversals();//调用performTraversals函数

......

           break;

       ......

}

}

再去看performTraversals函数，这个函数比较复杂，先只看它的关键部分，代码如下所示：

[-->ViewRoot.java]

private void performTraversals() {

 final View host = mView;//DecorView喔

 

  boolean initialized = false;

  boolean contentInsetsChanged = false;

  boolean visibleInsetsChanged;

  try {

    relayoutResult= //①关键函数relayoutWindow,WMS返回Surface,ViewRoot再在上面绘画

   relayoutWindow(params, viewVisibility,insetsPending);

   }

......

  draw(fullRedrawNeeded);// ②开始绘制

......

}

1. relayoutWindow的分析

performTraversals函数比较复杂，暂时只关注其中的两个函数relayoutWindow和draw即可。先看第一个relayoutWindow，代码如下所示：

[-->ViewRoot.java]

private int relayoutWindow(WindowManager.LayoutParams params,

int viewVisibility, boolean insetsPending)throws RemoteException {

      

       //原来是调用IWindowSession的relayOut

       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做为参数传进去了。

       }

   ......

}

2. draw的分析

再来看draw函数。这个函数非常重要，它可是Acitivity漂亮脸蛋的塑造大师啊，代码如下所示：

[-->ViewRoot.java]

private void draw(boolean fullRedrawNeeded) {

       Surface surface = mSurface;//mSurface是ViewRoot的成员变量,WMS返回的

       ......

        Canvas canvas;

       try {

           int left = dirty.left;

           int top = dirty.top;

           int right = dirty.right;

           int bottom = dirty.bottom;

           //从mSurface中lock一块Canvas

           canvas = surface.lockCanvas(dirty);

           ......

           mView.draw(canvas);//调用DecorView的draw函数，canvas就是画布的意思啦！

           ......

           //unlock画布，屏幕上马上就会见到漂亮宝贝的长相了。

           surface.unlockCanvasAndPost(canvas);

        }

          ......

    }

UI的显示好像很简单嘛！真的是这样的吗？在揭露这个“惊天秘密”之前我们先总结一下Activity的显示流程。

8.2.3  Activity总结

不得不承认的是前面几节的内容很多也很繁杂，为了让后面分析的过程更流畅轻松一些，所以我们必须要总结一下。关于Activity的创建和显示，前面几节的信息可提炼成如下几条：

·  Activity的顶层View是DecorView，而我们在onCreate函数中通过setContentView设置的View只不过是这个DecorView中的一部分罢了。DecorView是一个FrameLayout类型的ViewGroup。

·  Activity和UI有关，它包含一个Window（真实类型是PhoneWindow）和一个WindowManager（真实类型是LocalWindowManager）对象。这两个对象将控制整个Activity的显示。

·  LocalWindowManager使用了WindowManagerImpl做为最终的处理对象（Proxy模式），这个WindowManagerImpl中有一个ViewRoot对象。

·  ViewRoot实现了ViewParent接口，它有两个重要的成员变量，一个是mView，它指向Activity顶层UI单元的DecorView，另外有一个mSurface，这个Surface包含了一个Canvas（画布）。除此之外，ViewRoot还通过Binder系统和WindowManagerService进行了跨进程交互。

·  ViewRoot能处理Handler的消息，Activity的显示就是由ViewRoot在它的performTraversals函数中完成的。

·  整个Activity的绘图流程就是从mSurface中lock一块Canvas，然后交给mView去自由发挥画画的才能，最后unlockCanvasAndPost释放这块Canvas。

这里和显示有关的就是最后三条了，其中最重要的内容都和Surface相关，既然mSurface是ViewRoot的本地变量，那就直接去看Surface。上面的代码分析一路走下来，真是比较流畅，波澜不惊，可事实果真如此吗？

8.3  初识Surface

本节将介绍Surface对象。它可是纵跨Java/JNI层的对象，想必读者朋友已经摩拳擦掌，跃跃欲试了。

8.3.1  和Surface有关的流程总结

这里，先总结一下前面讲解中和Surface有关的流程：

·  在ViewRoot构造时，会创建一个Surface，它使用无参构造函数，代码如下所示：

private final Surface mSurface = new Surface();

·  ViewRoot通过IWindowSession和WMS交互，会调用WMS中的一个attach函数，会构造一个SurfaceSession，代码如下所示：

void windowAddedLocked() {

   if(mSurfaceSession == null) {

        mSurfaceSession = new SurfaceSession();

        mNumWindow++;

}

}

·  ViewRoot在performTransval的处理过程中会调用IWindowSession的relayout函数。这个函数还没有分析。

·  ViewRoot调用Surface的lockCanvas，得到一块画布。

·  ViewRoot调用Surface的unlockCanvasAndPost释放这块画布。

这里从relayout函数开始分析，来看。

8.3.2  Surface之乾坤大挪移

1. 乾坤大挪移的表象

relayoutWindow的函数是一个跨进程的调用，由WMS完成实际处理。先到ViewRoot中看看调用方的用法，代码如下所示：

[-->ViewRoot.java]

private int relayoutWindow(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传了进去

        ......

       return relayoutResult;

    }

再看接收方的处理。它在WMS的Session中，代码如下所示：

[-->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) {

//注意最后这个参数的名字，叫outSurface

//调用外部类对象的relayoutWindow

   return relayoutWindow(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，这里将创建一个本地的Surface对象

         Surface surface = win.createSurfaceLocked();

          if(surface != null) {

            //先创建一个本地surface，然后在outSurface的对象上调用copyFrom

           //将本地Surface的信息拷贝到outSurface(ViewRoot中的)中

           outSurface.copyFrom(surface);

        ......

}

[-->WindowManagerService.java::WindowState]

Surface createSurfaceLocked() {

     ......

   try {

     //mSurfaceSession就是在Session上创建的SurfaceSession对象

     //这里，以它为参数，构造一个新的Surface对象

        mSurface = new Surface(

                mSession.mSurfaceSession, mSession.mPid,

                 mAttrs.getTitle().toString(),

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

      }

         Surface.openTransaction();//打开一个事务处理

        ......

         Surface.closeTransaction();//关闭一个事务处理。关于事务处理以后再分析

         ......

}

上面的代码段好像有点混乱。用图8-7来表示一下这个流程：

 

图8-7  复杂的Surface创建流程

根据图8-7可知：

·  WMS中的Surface是乾坤中的乾，它的构造使用了带SurfaceSession参数的构造函数。

·  ViewRoot中的Surface是乾坤中的坤，它的构造使用了无参构造函数。

·  copyFrom就是挪移，它将乾中的Surface信息，拷贝到坤中的Surface即outSurface里。

要是觉得乾坤大挪移就是这两三下，未免就太小看它了。为彻底揭示这期间的复杂过程，我们将使用必杀技——aidl工具。

2. 揭秘Surface的乾坤大挪移

奇怪！ViewRoot调用requestlayout竟然没有把outSurface信息传进去，这么说，服务端收到的Surface对象应该就是空吧？那怎么能调用copyFrom呢？还是来看服务端的处理，先看首先收到消息的onTransact函数，代码如下所示：

[-->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;

      //刚才讲了，Surface信息并没有传过来，那么在relayOut中看到的outSurface是怎么

      //出来的呢？看下面这句可知，原来在服务端这边竟然new了一个新的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);

      if((_arg10!=null)) {

           reply.writeInt(1);

           //调用outSurface的writeToParcel，把信息写到reply包中(返回给ViewRoot中的surface)。

           //注意最后一个参数为PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE

           _arg10.writeToParcel(reply,android.os.Parcelable.PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE);

        }

    }

    ......

   return true;

}

看完这个，会让人有点毛骨悚然。我最开始一直在JNI文件中寻找大挪移的踪迹，但有几个关键点始终不能明白，万不得已就使用了这个aidl必杀技，于是终于揭露出其真相了。

3. 乾坤大挪移的真相

这里，总结一下乾坤大挪移的整个过程，如图8-8表示：

 

图8-8  乾坤大挪移的真面目

上图非常清晰地列出了乾坤大挪移的过程，我们可结合代码来加深理解。

注意，这里，将BpWindowSession作为了IWindowSessionBinder在客户端的代表。

 

8.3.3  分析乾坤大挪移的JNI层

前文讲述的内容都集中在Java层，下面要按照流程顺序分析JNI层的内容。

1. Surface的无参构造分析

在JNI层，第一个被调用的是Surface的无参构造函数，其代码如下所示：

[-->Surface.java]

public Surface() {

        ......

       //CompatibleCanvas从Canvas类派生

       mCanvas = new CompatibleCanvas();

    }

Canvas是什么？根据SDK文档的介绍可知，画图需要“四大金刚”相互合作，这四大金刚是：

·  Bitmap：用于存储像素，也就是画布。可把它当做一块数据存储区域。

·  Canvas：用于记载画图的动作，比如画一个圆，画一个矩形等。Canvas类提供了这些基本的绘图函数。

·  Drawing primitive：绘图基元，例如矩形、圆、弧线、文本、图片等。

·  Paint：它用来描述绘画时使用的颜色、风格（如实线、虚线等）等。

在一般情况下，Canvas会封装一块Bitmap，而作图就是基于这块Bitmap的。前面说的画布，其实指的就是Canvas中的这块Bitmap。

这些知识稍了解即可，不必去深究。Surface的无参构造函数没有什么有价值的内容，接着看下面的内容。

2. SurfaceSession的构造

现在要分析的是SurfaceSession，其构造函数如下所示：

[-->SurfaceSession.java]

public SurfaceSession() {

       init();//这是一个native函数

}

init是一个native函数。去看看它的JNI实现，它在android_view_Surface.cpp中，代码如下所示：

[-->android_view_Surface.cpp]

static void SurfaceSession_init(JNIEnv* env,jobject clazz)

{

     //创建一个SurfaceComposerClient对象

   sp client = new SurfaceComposerClient;

client->incStrong(clazz);

//在Java对象中保存这个client对象的指针到SurfaceSession，类型为SurfaceComposerClient

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

}

这里先不讨论SurfaceComposerClient的内容，拟继续把乾坤大挪移的流程走完。

3. Surface的有参构造

下一个调用的是Surface的有参构造，其参数中有一个SurfaceSession。先看Java层的代码，如下所示：

[-->Surface.java]

    //传入一个SurfaceSession对象

    publicSurface(SurfaceSession s,int pid, String name, int display, int w, int h, int format, int flags)

       throws OutOfResourcesException {

        ......

       mCanvas = new CompatibleCanvas();

      //又一个native函数，注意传递的参数：display  以后再说，w,h代表绘图区域的宽高值

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

       mName = name;

    }

Surface的native init函数的JNI实现，也在android_view_Surface.cpp中，一起来看：

[-->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)

{

   //从SurfaceSession对象中取出之前创建的那个SurfaceComposerClient对象

SurfaceComposerClient* client =

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

 

   sp surface;//注意它的类型是SurfaceControl

if (jname == NULL) {

    /*

调用SurfaceComposerClient的createSurface函数，返回的surface是一个

SurfaceControl类型。

*/

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

    } else{

        ......

}

   //把这个surfaceControl对象设置到Java层的Surface对象中，对这个函数就不再分析了

   setSurfaceControl(env, clazz, surface);

}

4. copyFrom的分析

现在要分析的就是copyFrom了。它就是一个native函数。看它的JNI层代码：

[-->android_view_Surface.cpp]

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

{

   //根据JNI函数的规则，clazz是copyFrom的调用对象，而other是copyFrom的参数。

   //目标对象此时还没有设置SurfaceControl，而源对象在前面已经创建了SurfaceControl

   constsp& surface = getSurfaceControl(env, clazz);

   constsp& rhs = getSurfaceControl(env, other);

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

        //把源SurfaceControl对象设置到目标Surface中。

       setSurfaceControl(env, clazz, rhs);

    }

}

这一步还是比较简单的，下面看第五步writeToParcel函数的调用。

5. writeToParcel的分析

多亏了必杀技aidl工具的帮忙，才挖出这个隐藏的writeToParcel函数调用，下面就来看看它，代码如下所示：

[-->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对象，从这个Surface对象中取出保存的SurfaceControl对象

const sp&control(getSurfaceControl(env, clazz));

/*

把SurfaceControl中的信息写到Parcel包中，然后利用Binder通信传递到对端，(ViewRoot端)

对端通过readFromParcel来处理Parcel包。

*/

   SurfaceControl::writeSurfaceToParcel(control, parcel);

if (flags & PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE) {

       //还记得PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE吗？flags的值就等于它

       //所以本地Surface对象的SurfaceControl值被置空了

       setSurfaceControl(env, clazz, 0);

    }

}

 

6. readFromParcel的分析

再看作为客户端的ViewRoot所调用的readFromParcel函数。它也是一个native函数，JNI层的代码如下所示：

[-->android_view_Surface.cpp]

static void Surface_readFromParcel(

       JNIEnv* env, jobject clazz, jobject argParcel)

{

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

  

   //注意下面定义的变量类型是Surface，而不是SurfaceControl

   const sp&control(getSurface(env, clazz));

   //根据服务端传递的Parcel包来构造一个新的surface。

   sp rhs = new Surface(*parcel);

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

//把这个新surface赋给ViewRoot中的mSurface对象。

      setSurface(env,clazz, rhs);

    }

}

7. Surface乾坤大挪移的小结

可能有人会问，乾坤大挪移怎么这么复杂？这期间出现了多少对象？来总结一下，在此期间一共有三个关键对象（注意我们这里只考虑JNI层的Native对象），它们分别是：

·  SurfaceComposerClient。

·  SurfaceControl。

·  Surface，这个Surface对象属于Native层，和Java层的Surface相对应。

其中转移到ViewRoot成员变量mSurface中的，就是最后这个Surface对象了。这一路走来，真是异常坎坷。来回顾并概括总结一下这段历程。至于它的作用应该是很清楚了。以后要破解SurfaceFlinger，靠的就是这个精简的流程。

·  创建一个SurfaceComposerClient。

·  调用SurfaceComposerClient的createSurface得到一个SurfaceControl对象。

·  调用SurfaceControl的writeToParcel把一些信息写到Parcel包中。

·  根据Parcel包的信息构造一个Surface对象。这个Surface对象保存到Java层的mSurface对象中。这样，大挪移的结果是ViewRoot得到一个Native的Surface对象。

精简流程后，寥寥数语就可把过程说清楚。以后我们在研究代码时，也可以采取这种方式。

这个Surface对象非常重要，可它到底有什么用呢？这正是下一节要讲的内容。

8.3.4  Surface和画图

下面，来看最后两个和Surface相关的函数调用：一个是lockCanvas；另外一个是unlockCanvasAndPost。

1. lockCanvas的分析

要对lockCanvas进行分析，须先来看Java层的函数，代码如下所示：

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

public Canvas lockCanvas(Rect dirty)

throws OutOfResourcesException,IllegalArgumentException

 {

       return lockCanvasNative(dirty);//调用native的lockCanvasNative函数。

}

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

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

{

    //从Java中的Surface对象中，取出费尽千辛万苦得到的Native的Surface对象

    constsp& surface(getSurface(env, clazz));

    ......

 

// dirtyRect表示需要重绘的矩形块，下面根据这个dirtyRect设置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));

    }

   

//调用NativeSurface对象的lock函数，

//传入了一个参数Surface::SurfaceInfo info和一块表示脏区域的dirtyRegion

   Surface::SurfaceInfo info;

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

    ......

//Java的Surface对象构造的时候会创建一个CompatibleCanvas。

//这里就取出这个CompatibleCanvas对象

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

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

    //从Canvas对象中取出SkCanvas对象

   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指向一块存储区域。

       bitmap.setPixels(info.bits);

    } else{

        bitmap.setPixels(NULL);

}

//给这个SkCanvas设置一个Bitmap

//这里将Bitmap设置到这个Canvas中，这样进UI绘画时就有画布了。

   nativeCanvas->setBitmapDevice(bitmap);

    ......

   

    return canvas;

}

lockCanvas还算比较简单：

·  先获得一块存储区域，然后将它和Canvas绑定到一起，这样，UI绘画的结果就记录在这块存储区域里了。

注意，本书不拟讨论Android系统上Skia和OpenGL方面的知识，有兴趣的读者可自行研究。

接下来看unlockCanvasAndPost函数，它也是一个native函数：

2. unlockCanvasAndPost的分析

来看unlockCanvasAndPost的代码，如下所示：

[-->android_view_Surface.cpp]

static void Surface_unlockCanvasAndPost(JNIEnv*env, jobject clazz,

jobject argCanvas)

{

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

    //从Java中的Surface对象中，取出Native的Surface对象

const sp& surface(getSurface(env,clazz));

//下面这些内容，不拟讨论，读者若有兴趣，可结合Skia库，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);

 

    //调用Surface对象的unlockAndPost函数。

   status_t err = surface->unlockAndPost();

    ......

}

unlockCanvasAndPost也很简单，这里就不再多说了。

8.3.5  初识Surface总结

在本节的最后，我们来概括总结一下这一节所涉及到和Surface相关的调用流程，以备攻克下一个难关，如图8-9所示 ：

 

图8-9  Surface的精简流程图

8.4  深入分析Surface

这一节，拟基于图8-9中的流程，对Surface进行深入分析。在分析之前，还需要介绍一些Android平台上图形/图像显示方面的知识，这里统称之为与Surface相关的基础知识。

8.4.1  与Surface相关的基础知识介绍

1. 显示层（Layer）和屏幕组成

你了解屏幕显示的漂亮界面是如何组织的吗？来看图8-10所展示的屏幕组成示意图：

 

图8-10  屏幕组成示意图

从图8-10中可以看出：

·  屏幕位于一个三维坐标系中，其中Z轴从屏幕内指向屏幕外。

·  编号为①②③的矩形块叫显示层（Layer）。每一层有自己的属性，例如颜色、透明度、所处屏幕的位置、宽、高等。除了属性之外，每一层还有自己对应的显示内容，也就是需要显示的图像。

在Android中，Surface系统工作时，会由SurfaceFlinger对这些按照Z轴排好序的显示层进行图像混合，混合后的图像就是在屏幕上看到的美妙画面了。这种按Z轴排序的方式符合我们在日常生活中的体验，例如前面的物体会遮挡住后面的物体。

注意，Surface系统中定义了一个名为Layer类型的类，为了区分广义概念上的Layer和代码中的Layer，这里称广义层的Layer为显示层，以免混淆。

Surface系统提供了三种属性，一共四种不同的显示层。简单介绍一下：

·  第一种属性是eFXSurfaceNormal属性，大多数的UI界面使用的就是这种属性。它有两种模式：

       1）Normal模式，这种模式的数据，是通过前面的mView.draw(canvas)画上去的。这也是绝大多数UI所采用的方式。

       2）PushBuffer模式，这种模式对应于视频播放、摄像机摄录/预览等应用场景。以摄像机为例，当摄像机运行时，来自Camera的预览数据直接push到Buffer中，无须应用层自己再去draw了。

·  第二种属性是eFXSurfaceBlur属性，这种属性的UI有点朦胧美，看起来很像隔着一层毛玻璃。

·  第三种属性是eFXSurfaceDim属性，这种属性的UI看起来有点暗，好像隔了一层深色玻璃。从视觉上讲，虽然它的UI看起来有点暗，但并不模糊。而eFXSurfaceBlur不仅暗，还有些模糊。

图8-11展示了最后两种类型的视觉效果图，其中左边的是Blur模式，右边的是Dim模式。

图8-11  Blur和Dim效果图

注意，关于Surface系统的显示层属性定义，读者可参考ISurfaceComposer.h。

本章将重点分析第一种属性的两类显示层的工作原理。

2. FrameBuffer和PageFlipping

我们知道，在Audio系统中，音频数据传输的过程是：

·  由客户端把数据写到共享内存中。

·  然后由AudioFlinger从共享内存中取出数据再往Audio HAL中发送。

根据以上介绍可知，在音频数据传输的过程中，共享内存起到了数据承载的重要作用。                                                           无独有偶，Surface系统中的数据传输也存在同样的过程，但承载图像数据的是鼎鼎大名的FrameBuffer（简称FB）。

（1）FrameBuffer的介绍

FrameBuffer的中文名叫帧缓冲，它实际上包括两个不同的方面：

·  Frame：帧，就是指一幅图像。在屏幕上看到的那幅图像就是一帧。

·  Buffer：缓冲，就是一段存储区域，可这个区域存储的是帧。

FrameBuffer的概念很清晰，它就是一个存储 图形/图像帧数据的缓冲。这个缓冲来自哪里？理解这个问题，需要简单介绍一下Linux平台的虚拟显示设备FrameBuffer Device（简称FBD）。FBD是Linux系统中的一个虚拟设备，设备文件对应为/dev/fb%d（比如/dev/fb0）。这个虚拟设备将不同硬件厂商实现的真实设备统一在一个框架下，这样应用层就可以通过标准的接口进行图形/图像的输入和输出了。图8-12展示了FBD示意图：

 

图8-12  Linux系统中的FBD示意图

从上图中可以看出，应用层通过标准的ioctl或mmap等系统调用，就可以操作显示设备，用起来非常方便。这里，把mmap的调用列出来，相信大部分读者都知道它的作用了。

FrameBuffer中的Buffer，就是通过mmap把设备中的显存映射到用户空间的，在这块缓冲上写数据，就相当于在屏幕上绘画。

注意：上面所说的框架将引出另外一个概念Linux FrameBuffer（简称LFB）。LFB是Linux平台提供的一种可直接操作FB的机制，依托这个机制，应用层通过标准的系统调用，就可以操作显示设备了。从使用的角度来看，它和Linux Audio中的OSS有些类似。

 

前面在Audio系统中讲过，CB对象通过读写指针来协调生产者/消费者的步调，Surface系统中也一样

（2）PageFlipping

图形/图像数据和音频数据不太一样，我们一般把音频数据叫音频流，它是没有边界的, 而图形/图像数据是一帧一帧的，是有边界的。这一点非常类似UDP和TCP之间的区别。所以在图形/图像数据的生产/消费过程中，人们使用了一种叫PageFlipping的技术。

PageFlipping的中文名叫画面交换，其操作过程如下所示：

·  分配一个能容纳两帧数据的缓冲，前面一个缓冲叫FrontBuffer，后面一个缓冲叫BackBuffer。

·  消费者使用FrontBuffer中的旧数据，而生产者用新数据填充BackBuffer，二者互不干扰。

·  当需要更新显示时，BackBuffer变成FrontBuffer，FrontBuffer变成BackBuffer。如此循环，这样就总能显示最新的内容了。这个过程很像我们平常的翻书动作，所以它被形象地称为PageFlipping。

说白了，PageFlipping其实就是使用了一个只有两个成员的帧缓冲队列，以后在分析数据传输的时候还会见到诸如dequeue和queue的操作。

3. 图像混合

在AudioFlinger中有混音线程，它能将来自多个数据源的数据混合后输出，Surface系统支持软硬两个层面的图像混合：

·  软件层面的混合：例如使用copyBlt进行源数据和目标数据的混合。

·  硬件层面的混合：使用Overlay系统提供的接口。

无论是硬件还是软件层面，都需将源数据和目标数据进行混合，混合需考虑很多内容，例如源的颜色和目标的颜色叠加后所产生的颜色。关于这方面的知识，读者可以学习计算机图形/图像学。这里只简单介绍一下copyBlt和Overlay。

·  copyBlt，从名字上看，是数据拷贝，它也可以由硬件实现，例如现在很多的2D图形加速就是将copyBlt改由硬件来实现，以提高速度的。但不必关心这些，我们只需关心如何调用copyBlt相关的函数进行数据混合即可。

·  Overlay方法必须有硬件支持才可以，它主要用于视频的输出，例如视频播放、摄像机摄像等，因为视频的内容往往变化很快，所以如改用硬件进行混合效率会更高。

总体来说，Surface是一个比较庞大的系统，由于篇幅和精力所限，本章后面的内容将重点关注Surface系统的框架和工作流程。在掌握框架和流程后，读者就可以在大的脉络中迅速定位到自己感兴趣的地方，然后展开更深入的研究了。

下面通过图8-9所示的精简流程，深入分析Android的Surface系统。

8.4.2  SurfaceComposerClient的分析

1. 创建SurfaceComposerClient

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

SurfaceComposerClient::SurfaceComposerClient()

{

  //getComposerService()将返回SF的BpSurfaceFlinger对象

sp sm(getComposerService());

//先调用SF的createConnection，再调用_init

  _init(sm, sm->createConnection());

 

    if(mClient != 0) {

       Mutex::Autolock _l(gLock);

       //gActiveConnections是全局变量，把刚才创建的client保存到这个map中去

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

    }

}

果然如此，SurfaceComposerClient建立了和SF的交互通道，下面直接转到SF的createConnection函数去观察。

（1）createConnection的分析

直接看代码，如下所示：

[-->SurfaceFlinger.cpp]

spSurfaceFlinger::createConnection()

{

   Mutex::Autolock _l(mStateLock);

   uint32_t token = mTokens.acquire();

   //先创建一个Client。

   sp client = new Client(token, this);

    //把这个Client对象保存到mClientsMap中，token是它的标识。

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

/*

创建一个用于Binder通信的BClient，BClient派生于ISurfaceFlingerClient，

接受客户端的请求，然后把处理提交给SF，注意，并不是提交给Client。

Client会创建一块共享内存，该内存由getControlBlockMemory函数返回

*/

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

    return bclient;

}

上面代码中提到，Client会创建一块共享内存。熟悉Audio的读者或许会认为，这可能是Surface的ControlBlock对象了！是的。CB对象在协调生产/消费步调时，起到了决定性的控制作用，所以非常重要，下面来看：

[-->SurfaceFlinger.cpp]

Client::Client(ClientID clientID, constsp& flinger)

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

{

const int pgsize = getpagesize();

//下面这个操作会使cblksize为页的大小，目前是4096字节。

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

    //MemoryHeapBase是我们的老朋友了，共享内存操作封装类

   mCblkHeap = new MemoryHeapBase(cblksize, 0, "SurfaceFlinger Clientcontrol-block");

 

   ctrlblk = static_cast(mCblkHeap->getBase());

    if(ctrlblk) {

       new(ctrlblk) SharedClient; //使用了placement new

    }

}

原来，Surface的CB对象就是在共享内存中创建的这个SharedClient对象。先来认识一下这个SharedClient。

（2）SharedClient的分析

SharedClient定义了一些成员变量，代码如下所示：

class SharedClient

{

public:

   SharedClient();

   ~SharedClient();

   status_t validate(size_t token) const;

   uint32_t getIdentity(size_t token) const;//取出标识本Client的token

 

private:

    Mutexlock;

Condition cv; //支持跨进程的同步对象

//NUM_LAYERS_MAX为31，

// 一个Client最多支持31个显示层。每一个显示层的生产/消费 步调都由会对应的SharedBufferStack来控制。

// 而它内部就用了几个成员变量来控制读写位置。

   SharedBufferStack surfaces[ NUM_LAYERS_MAX ];

};

//SharedClient的构造函数，没什么新意，不如Audio的CB对象复杂

SharedClient::SharedClient()

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

{

}

 

认识一下SharedBufferStack的这几个控制变量，如下所示：

[-->SharedBufferStack.h]

class  SharedBufferStack{

     ......

    //Buffer是按块使用的，每个Buffer都有自己的编号，其实就是数组中的索引号。

   volatile int32_t head;     //FrontBuffer的编号

   volatile int32_t available; //空闲Buffer的个数

   volatile int32_t queued;  //脏Buffer的个数，脏Buffer表示有新数据的Buffer

   volatile int32_t inUse; //SF当前正在使用的Buffer的编号   

    volatilestatus_t status; //状态码

     ......

  }

注意，上面定义的SharedBufferStack是一个通用的控制结构，而不仅是针对于只有两个Buffer的情况。根据前面介绍的PageFlipping知识，如果只有两个FB，那么，SharedBufferStack的控制就比较简单了：

要么SF读1号Buffer，客户端写0号Buffer，要么SF读0号Buffer，客户端写1号Buffer。

图8-13是展示了SharedClient的示意图：

 

图8-13  SharedClient的示意图

从上图可知：

·  SF的Client变量分配一个跨进程共享的SharedClient对象。这个对象有31个SharedBufferStack元素，每一个SharedBufferStack对应于一个显示层。

·  一个显示层将创建两个Buffer，后续的PageFlipping就是基于这两个Buffer展开的。

另外，每一个显示层中，其数据的生产和消费并不是直接使用SharedClient对象来进行具体控制的，而是基于SharedBufferServer和SharedBufferClient两个结构，由这两个结构来对该显示层使用的SharedBufferStack进行操作，这些内容在以后的分析中还会碰到。

注意，这里的显示层指的是Normal类型的显示层。

来接着分析后面的_init函数。

（3）_init函数的分析

先回顾一下之前的调用，代码如下所示：

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

SurfaceComposerClient::SurfaceComposerClient()

{

   ......

   _init(sm, sm->createConnection());

   ......

}

来看这个_init函数，代码如下所示：

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

void SurfaceComposerClient::_init(const sp& sm, constsp& conn)

{

   mPrebuiltLayerState = 0;

   mTransactionOpen = 0;

   mStatus = NO_ERROR;

   mControl = 0;

 

   mClient = conn;//mClient就是BClient的客户端

    mControlMemory =mClient->getControlBlock();

mSignalServer = sm;// mSignalServer就是BpSurfaceFlinger

//mControl就是那个创建于共享内存之中的SharedClient

    mControl = static_cast(mControlMemory->getBase());

}

_init函数的作用，就是初始化SurfaceComposerClient中的一些成员变量。最重要的是得到了三个成员：

·  mSignalServer ，它其实是SurfaceFlinger的客户端代理BpSurfaceFlinger，它的主要作用是，在客户端更新完BackBuffer后（也就是刷新了界面后），通知SF进行PageFlipping和输出等工作。

·  mControl，它是跨进程共享的SharedClient，共享内存之中，是Surface系统的ControlBlock对象。

·  mClient，它是BClient的客户端。

 

2. 到底有多少种对象？

这一节，出现了好几种类型的对象，通过图8-14来看看它们：

 

图8-14  类之间关系展示图

从上图中可以看出：

·  SurfaceFlinger是从Thread派生的，所以它会有一个单独运行的工作线程。

·  BClient和SF之间采用了Proxy模式，BClient支持Binder通信，它接收客户端的请求，并派发给SF执行。

·  SharedClient构建于一块共享内存中，SurfaceComposerClient和Client对象均持有这块共享内存。

在精简流程中，关于SurfaceComposerClient就分析到这里，下面分析第二个步骤中的SurfaceControl对象。

8.4.3  SurfaceControl的分析

1. SurfaceControl的来历

根据精简的流程可知，这一节要分析的是SurfaceControl对象。先回顾一下这个对象的创建过程，代码如下所示：

[-->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);

    //注意这个变量，类型是SurfaceControl，名字却叫surface，稍不留神就出错了。

    sp<SurfaceControl>surface;

if (jname == NULL) {

    //调用Client的createSurface函数，得到一个SurfaceControl对象。

   // 使用Binder通信将请求发给SF

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

    }

......

   //将这个SurfaceControl对象设置到Java层的对象中保存。

   setSurfaceControl(env, clazz, surface);

}

通过上面的代码可知，SurfaceControl对象由createSurface得来，下面看看这个函数。

此时，读者或许会被代码中随意起的变量名搞糊涂，因为我的处理方法碰到了容易混淆的地方，尽量以对象类型来表示这个对象。

（1）分析createSurface的请求端

在createSurface内部会使用Binder通信将请求发给SF，所以它分为请求和响应两端，先看请求端，代码如下所示：

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

spSurfaceComposerClient::createSurface(

       int pid,

       DisplayID display,//DisplayID屏幕编号，例如双屏手机就有内屏和外屏两块屏幕。由于目前Android的Surface系统只支持一块屏幕，所以这个变量的取值都是0。

       uint32_t w,

       uint32_t h,

       PixelFormat format,

       uint32_t flags)

{

   String8 name;

    constsize_t SIZE = 128;

    charbuffer[SIZE];

   snprintf(buffer, SIZE, "", getpid());

   name.append(buffer);

   //调用另外一个createSurface，多一个name参数

    return SurfaceComposerClient::createSurface(pid, name, display,w, h, format, flags);

}

再分析另外一个createSurface函数，它的代码如下所示：

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

spSurfaceComposerClient::createSurface(

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

       uint32_t h,PixelFormat format,uint32_t flags)

{

   sp result;

    if(mStatus == NO_ERROR) {

       ISurfaceFlingerClient::surface_data_t data;

        //调用BpSurfaceFlingerClient的createSurface函数

       sp 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对象创建一个SurfaceControl对象

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

           }

        }

}

    return result;//返回的是SurfaceControl对象

}

请求端的处理比较简单：

·  调用跨进程的createSurface函数，得到一个ISurface对象，根据Binder一章的知识可知，这个对象的真实类型是BpSurface。不过以后统称之为ISurface。

·  以这个ISurface对象为参数，构造一个SurfaceControl对象。

createSurface函数的响应端在SurfaceFlinger进程中，下面去看这个函数。

在Surface系统定义了很多类型，咱们也中途休息一下，不妨来看看和字符串“Surface”有关的有多少个类，权当其为小小的娱乐：

Native层有Surface、ISurface、SurfaceControl、SurfaceComposerClient。

Java层有Surface、SurfaceSession。

上面列出的还只是一部分，后面还有呢！*&@&*%￥*

（2）分析createSurface的响应端

前面讲过，可把BClient看作是SF的Proxy，它会把来自客户端的请求派发给SF处理，通过代码来看看，是不是这样的？如下所示：

[-->SurfaceFlinger.cpp]

sp 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)

{

  //果然是交给SF处理，以后我们将跳过BClient这个代理。 

return mFlinger->createSurface(mId, pid,name, params, display, w, h,format, flags);

}

来看createSurface函数，它的目的就是创建一个ISurface对象，不过这中间的玄机还挺多，代码如下所示：

[-->SurfaceFlinger.cpp]

spSurfaceFlinger::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 layer;//LayerBaseClient是Layer家族的基类

//这里又冒出一个LayerBaseClient的内部类，它也叫Surface，

   sp surfaceHandle;

 

   

Mutex::Autolock _l(mStateLock);

//根据clientId找到createConnection时加入的那个Client对象

   sp client = mClientsMap.valueFor(clientId);

    ......

   //注意这个id，它的值表示Client创建的是第几个显示层，根据图8-14可以看出，这个id

//同时也表示将使用SharedBufferStatck数组的第id个元素。

int32_t id = client->generateId(pid);

//一个Client不能创建多于NUM_LAYERS_MAX个的Layer。

    if(uint32_t(id) >= NUM_LAYERS_MAX) {

       return surfaceHandle;

    }

   //根据flags参数来创建不同类型的显示层，我们在8.4.1节介绍过相关知识

    switch(flags & eFXSurfaceMask) {

       case eFXSurfaceNormal:

           if (UNLIKELY(flags & ePushBuffers)) {

             //创建PushBuffer类型的显示层，我们将在拓展思考部分分析它

            layer = createPushBuffersSurfaceLocked(client, d, id,

                        w, h, flags);

           } else {

               //①创建Normal类型的显示层，

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

           }

           break;

       case eFXSurfaceBlur:

            //创建Blur类型的显示层

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

           break;

        case eFXSurfaceDim:

            //创建Dim类型的显示层

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

           break;

    }

 

    if(layer != 0) {

       layer->setName(name);

       setTransactionFlags(eTransactionNeeded);

//从显示层对象中取出一个ISurface对象赋值给SurfaceHandle

       surfaceHandle = layer->getSurface();

        if(surfaceHandle != 0) {

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

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

           params->width = w;

           params->height = h;

           params->format = format;

        }

    }

    return surfaceHandle;//ISurface的Bn端就是这个对象。就是要返回给客户端的ISurface

}

上面代码中的函数倒是很简单，知识代码里面冒出来的几个新类型和它们的名字却让人有点头晕。先用文字总结一下：

·  LayerBaseClient：前面提到的显示层在代码中的对应物，就是这个LayerBaseClient，不过这是一个大家族，不同类型的显示层将创建不同类型的LayerBaseClient。

·  LayerBaseClient中有一个内部类，名字叫Surface，这是一个支持Binder通信的类，它派生于ISurface。

关于Layer的故事，后面会有单独的章节来介绍。这里先继续分析createNormalSurfaceLocked函数。它的代码如下所示：

[-->SurfaceFlinger.cpp]

// 显示层创建

spSurfaceFlinger::createNormalSurfaceLocked(

       const sp& client, DisplayID display,

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

       PixelFormat& format)

{

    //①创建一个Layer类型的对象

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

   //②设置Buffer

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

if (LIKELY(err == NO_ERROR)) {

         //初始化这个新layer的一些状态

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

       //③ 还记得在图8-10中提到的Z轴吗？下面这个函数把这个layer加入到Z轴大军中。

       addLayer_l(layer);

}

......

    return layer;

}

createNormalSurfaceLocked函数有三个关键点，它们是：

·  构造一个Layer对象。

·  调用Layer对象的setBuffers函数。

·  调用SF的addLayer_l函数。

暂且记住这三个关键点，后文有单独章节分析它们。先继续分析SurfaceControl的流程。

（3）创建SurfaceControl对象

当跨进程的createSurface调用返回一个ISurface对象时，将通过ISurface对象创建一个SurfaceControl对象：

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

下面来看这个SurfaceControl对象为何物。它的代码如下所示：

[-->SurfaceControl.cpp]

SurfaceControl::SurfaceControl(

       const sp& client,

       const sp& surface,

       const ISurfaceFlingerClient::surface_data_t& data,

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

    //mClient为SurfaceComposerClient，而mSurface指向跨进程createSurface调用

   //返回的ISurface对象。

    :mClient(client), mSurface(surface),

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

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

     mFlags(flags)

{

}

SurfaceControl类可以看作是一个wrapper类：

它封装了一些函数，通过这些函数可以方便地调用mClient或ISurface提供的函数。

在SurfaceControl的分析过程中，还遗留了和Layer相关的部分，下面就来解决它们。

2. Layer和它的家族

我们在createSurface中创建的是Normal的Layer，下面先看这个Layer的构造函数。

（1）Layer的构造

Layer是从LayerBaseClient派生的，其代码如下所示：

[-->Layer.cpp]

Layer::Layer(SurfaceFlinger* flinger, DisplayIDdisplay,

       const sp& c, int32_t i)//这个i表示SharedBufferStack数组的索引

    :   LayerBaseClient(flinger, display, c, i),//先调用基类构造函数

       mSecure(false),

       mNoEGLImageForSwBuffers(false),

       mNeedsBlending(true),

       mNeedsDithering(false)

{

     //getFrontBuffer实际取出的是FrontBuffer的位置

   mFrontBufferIndex = lcblk->getFrontBuffer();

}

再来看基类LayerBaseClient的构造函数，代码如下所示：

[-->LayerBaseClient.cpp]

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

       const sp& client, int32_t i)

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

      mIdentity(uint32_t(android_atomic_inc(&sIdentity)))

{

   /*

    创建一个SharedBufferServer对象，注意它使用了SharedClient对象，

    并且传入了表示SharedBufferStack数组索引的i和一个常量NUM_BUFFERS

*/

lcblk = new SharedBufferServer(client->ctrlblk, i, NUM_BUFFERS,//该值为常量2，在Layer.h中定义

           mIdentity);

}

其实，之前在介绍SharedClient时曾提过与此相关的内容，这里再来认识一下，先看图8-15：

 

图8-15  ShardBufferServer的示意图

根据上图并结合前面的介绍，可以得出以下结论：

·  在SF进程中，Client的一个Layer将使用SharedBufferStack数组中的一个成员，并通过SharedBufferServer结构来控制这个成员，我们知道SF是消费者，所以可由SharedBufferServer来控制数据的读取。

·  与之相对应，客户端的进程也会有一个对象来使用这个SharedBufferStatck，可它是通过另外一个叫SharedBufferClient的结构来控制的。客户端为SF提供数据，所以可由SharedBufferClient控制数据的写入。

（2）setBuffers的分析

[-->Layer.cpp]

status_t Layer::setBuffers( uint32_t w, uint32_th,PixelFormat format,uint32_t flags)

{

/*

创建Buffer，这里将创建两个GraphicBuffer。这两个GraphicBuffer就是我们前面

所说的FrontBuffer和BackBuffer。

    */

for (size_t i=0 ; i

       mBuffers[i] = new GraphicBuffer();

}

//又冒出来一个SurfaceLayer类型

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

    return NO_ERROR;

}

（3）addLayer_l的分析

addLayer_l把这个新创建的layer加入自己的Z轴大军，下面来看：

[-->SurfaceFlinger.cpp]

status_t SurfaceFlinger::addLayer_l(constsp& layer)

{

/*

mCurrentState是SurfaceFlinger定义的一个结构，它有一个成员变量叫

layersSortedByZ，其实就是一个排序数组。下面这个add函数将把这个新的layer按照

它在Z轴的位置加入到排序数组中。mCurrentState保存了所有的显示层。

*/

    ssize_t i = mCurrentState.layersSortedByZ.add(layer,&LayerBase::compareCurrentStateZ);

sp lbc =

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

    if(lbc != 0) {

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

    }

    return NO_ERROR;

}

对Layer的三个关键函数都已分析过了，下面正式介绍Layer家族。

（4）Layer家族的介绍

前面的内容确让人头晕眼花，现在应该帮大家恢复清晰的头脑。先来“一剂猛药”，见图8-16：

 

图8-16  Layer家族

通过上图可知：

·  LayerBaseClient从LayerBase类派生。

·  LayerBaseClient还有四个派生类，分别是Layer、LayerBuffer、LayerDim和LayerBlur。

·  LayerBaseClient定义了一个内部类Surface，这个Surface从ISurface类派生，它支持Binder通信。

·  针对不同的类型，Layer和LayerBuffer分别有一个内部类SurfaceLayer和SurfaceLayerBuffer，它们继承了LayerBaseClient的Surface类。所以对于Normal类型的显示层来说，getSurface返回的ISurface对象的真正类型是SurfaceLayer。

·  LayerDim和LayerBlur类没有定义自己的内部类，所以对于这两种类型的显示层来说，它们直接使用了LayerBaseClient的Surface。

·  ISurface接口提供了非常简单的函数，如requestBuffer、postBuffer等。

这里大量使用了内部类。我们知道，内部类最终都会把请求派发给外部类对象来处理，既然如此，在以后分析中，如果没有特殊情况，就会直接跳到外部类的处理函数中。

强烈建议Google把Surface相关代码好好整理一下，至少让类型名取得更直观些，现在这样确实有点让人头晕。好，来小小娱乐一下。看之前介绍的和“Surface”有关的名字：

Native层有Surface、ISurface、SurfaceControl、SurfaceComposerClient。

Java层有Surface、SurfaceSession。

在介绍完Layer家族后，与它相关的名字又多了几个，它们是

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

3. SurfaceControl总结

SurfaceControl创建后得到了什么呢？可用图8-17来表示：

 

图8-17  SurfaceControl创建后的结果图

通过上图可以知道：

·  mClient成员变量指向SurfaceComposerClient。

·  mSurface的Binder通信响应端为SurfaceLayer。

·  SurfaceLayer有一个变量mOwner指向它的外部类Layer，而Layer有一个成员变量mSurface指向SurfaceLayer。这个SurfaceLayer对象由getSurface函数返回。

注意，mOwner变量由SurfaceLayer的基类Surface（LayBaseClient的内部类）定义。

接下来就是writeToParcel分析和Native Surface对象的创建了。注意，这个Native的Surface可不是LayBaseClient的内部类Surface。

 

8.4.4  writeToParcel和Surface对象的创建

1. writeToParcel分析

writeToParcel比较简单，就是把一些信息写到Parcel中去。代码如下所示：

[-->SurfaceControl.cpp]

status_t SurfaceControl::writeSurfaceToParcel(const sp& control, Parcel* parcel)

{

//SurfaceComposerClient的信息需要传递到Activity端，这样客户端那边会构造一个

//SurfaceComposerClient对象

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

 

//把ISurface对象信息也写到Parcel中，这样Activity端那边也会构造一个ISurface对象

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

    return NO_ERROR;

}

Parce包发到Activity端后，readFromParcel将根据这个Parcel包构造一个Native的Surface对象，一起来看相关代码。

2. 分析Native的Surface创建过程

[-->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& control(getSurface(env,clazz));

//根据服务端的parcel信息来构造客户端的Surface

   sp rhs = new Surface(*parcel);

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

         setSurface(env, clazz, rhs);

    }

}

在Surface创建完后，得到什么了呢？看图8-18就可知道：

 

图8-18  Native Surface的示意图

上图很清晰地说明：

·  ShardBuffer家族依托共享内存结构SharedClient与它共同组成了Surface系统生产/消费协调的中枢控制机构，它在SF端的代表是SharedBufferServer，在Activity端的代表是SharedBufferClient(消费,显示数据)。

·  Native的Surface将和SF中的SurfaceLayer建立Binder联系。

另外，图中还特意画出了承载数据的GraphicBuffer数组，在代码的注释中也针对GraphicBuffer提出了一个问题：Surface中有两个GraphicBuffer，Layer也有两个，一共就有四个GraphicBuffer了，可是为什么这里只画出两个呢？

答案是，咱们不是有共享内存吗？这四个GraphicBuffer其实操纵的是同一段共享内存，所以为了简单，就只画了两个GraphicBuffer。在8.4.7节再介绍GraphicBuffer的故事。

下面，来看中枢控制机构的SharedBuffer家族。

3. SharedBuffer家族介绍

（1）SharedBuffer家族成员

SharedBuffer是一个家族名称，它包括多个成员，如图8-19所示：

 

图8-19  SharedBuffer家族介绍

从上图可以知道：

·  XXXCondition、XXXUpdate等都是内部类，它们主要是用来更新读写位置的。

（2）SharedBuffer家族和SharedClient的关系

前面介绍过，SharedBufferServer和SharedBufferClient控制的其实只是SharedBufferStack数组中的一个，下面通过SharedBufferBase的构造函数，来看是否如此。

[-->SharedBufferStack.cpp]

SharedBufferBase::SharedBufferBase(SharedClient*sharedClient,

       int surface, int num, int32_t identity)

: mSharedClient(sharedClient),

  mSharedStack(sharedClient->surfaces+ surface),

 mNumBuffers(num), //根据前面PageFlipping的知识可知，num值为2

mIdentity(identity)

{

 /*

上面的赋值语句中最重要的是第二句：

   mSharedStack(sharedClient->surfaces +surface)

   这条语句使得这个SharedBufferXXX对象，和SharedClient中SharedBufferStack数组

的第surface个元素建立了关系

*/

}

4. Native Surface总结

至此，Activity端Java的Surface对象，终于和一个Native Surface对象挂上了钩，并且这个Native Surface还准备好了绘图所需的一切，其中包括：

·  两个GraphicBuffer，这就是PageFlipping所需要的FrontBuffer和BackBuffer。

·  SharedBufferServer和SharedBufferClient结构，这两个结构将用于生产/消费的过程控制。

·  一个ISurface对象，这个对象连接着SF中的一个SurfaceLayer对象。

·  一个SurfaceComposerClient对象，这个对象连接着SF中的一个BClient对象。

资源都已经准备好了，可以开始绘制UI了。下面，分析两个关键的函数lockCanvas和unlockCanvasAndPost。

8.4.5  lockCanvas和unlockCanvasAndPost的分析

这一节，分析精简流程中的最后两个函数lockCanvas和unlockCanvasAndPost。

1. lockCanvas分析

据前文分析可知，UI在绘制前都需要通过lockCanvas得到一块存储空间，也就是所说的BackBuffer。这个过程中最终会调用Surface的lock函数。其代码如下所示：

[-->Surface.cpp]

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

{

    //传入的参数中，other用来接收一些返回信息，dirtyIn表示需要重绘的区域  

......

if (mApiLock.tryLock() != NO_ERROR) {//多线程的情况下要锁住

     ......

     return WOULD_BLOCK;

}

    //设置usage标志，这个标志在GraphicBuffer分配缓冲时有指导作用

   setUsage(GRALLOC_USAGE_SW_READ_OFTEN | GRALLOC_USAGE_SW_WRITE_OFTEN);

   

    //定义一个GraphicBuffer，名字就叫backBuffer。

    spbackBuffer;

   //①还记得我们说的2个元素的缓冲队列吗？下面的dequeueBuffer将取出一个空闲缓冲

    status_terr = dequeueBuffer(&backBuffer);

   if (err== NO_ERROR) {

        //② 锁住这块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是上一次绘画时使用的Buffer，也就是现在的frontBuffer

           const sp& 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中的数据拷贝到BackBuffer中

                    copyBlt(backBuffer,frontBuffer, copyback);

               }

           }

    }

   mApiLock.unlock();

    returnerr;

}

（1）dequeueBuffer的分析

dequeueBuffer的目的很简单，就是选取一个空闲的GraphicBuffer，其代码如下所示：

[-->Surface.cpp]

intSurface::dequeueBuffer(android_native_buffer_t** buffer)

{

sp client(getClient());

//①调用SharedBufferClient的dequeue函数，它返回当前空闲的缓冲号

  ssize_t bufIdx = mSharedBufferClient->dequeue();

 

   //调用getBufferLocked，需要进去看看。

       err = getBufferLocked(bufIdx, usage);

        if(err == NO_ERROR) {

           mWidth  =uint32_t(backBuffer->width);

           mHeight = uint32_t(backBuffer->height);

        }

}

[-->Surface.cpp]

tatus_t Surface::getBufferLocked(int index, intusage)

{

   sp s(mSurface);

//终于用上了ISurface对象,调用它的requestBuffer得到指定索引index的Buffer

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

        return err;

}

至此，getBufferLocked的目的，已比较清晰了：

·  调用ISurface的requestBuffer得到一个GraphicBuffer对象，这个GraphicBuffer对象被设置到本地的mBuffers数组中。看来Surface定义的这两个GraphicBuffer和Layer定义的两个GraphicBuffer是有联系的，所以图8-18中只画了两个GraphicBuffer。

我们已经知道，ISurface的Bn端实际上是定义在Layer.类中的SurfaceLayer，下面来看它实现的requestBuffer。由于SurfaceLayer是Layer的内部类，它的工作最终都会交给Layer的requestBuffer函数：

[-->Layer.cpp]

sp Layer::requestBuffer(intindex, int usage)

{

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

        //①分配物理存储，后面会分析这个。

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

    } else{

       buffer.clear();

       //使用GraphicBuffer的有参构造，这也使得物理存储被分配

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

       err = buffer->initCheck();

    }

    return buffer;//返回

}

（2）lockBuffer的分析

lockBuffer的代码如下所示：

[-->Surface.cpp]

int Surface::lockBuffer(android_native_buffer_t*buffer)

{

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

    return err;

}

来看这个lock函数：

[-->SharedBufferStack.cpp]

status_t SharedBufferClient::lock(int buf)

{

   LockCondition condition(this, buf);//这个buf是BackBuffer的索引号

   status_t err = waitForCondition(condition);

    returnerr;

}

waitForCondition函数比较简单，就是等待一个条件为真，这个条件是否满足由condition()这条语句来判断。

（3）拷贝旧数据

OK，lockCanvas返回后，应用层将在这块画布上尽情作画。假设现在已经在BackBuffer上绘制好了图像，下面就要通过unlockCanvasAndPost进行后续工作了。

2. unlockCanvasAndPost的分析

进入精简流程的最后一步，就是unlockCanvasAndPost函数，它的代码如下所示：

[-->Surface.cpp]

status_t Surface::unlockAndPost()

{

    //调用GraphicBuffer的unlock函数

status_t err = mLockedBuffer->unlock();

   //get返回这个GraphicBuffer的编号，queueBuffer将含有新数据的缓冲加入队中。

    err =queueBuffer(mLockedBuffer.get());

   mPostedBuffer = mLockedBuffer; //保存这个BackBuffer为mPostedBuffer

   mLockedBuffer = 0;

    returnerr;

}

来看queueBuffer调用，代码如下所示：

[-->Surface.cpp]

intSurface::queueBuffer(android_native_buffer_t* buffer)

{  

   sp client(getClient());

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

//设置脏Region

mSharedBufferClient->setDirtyRegion(bufIdx,mDirtyRegion);

//更新写位置。

    err =mSharedBufferClient->queue(bufIdx);

     if (err== NO_ERROR) {

     //client是BpSurfaceFlinger，调用它的signalServer，这样SF就知道新数据准备好了

       client->signalServer();

    }

    returnerr;

}

3. lockCanvas和unlockCanvasAndPost的总结

总结一下lockCanvas和unlockCanvasAndPost这两个函数的工作流程，用图8-20表示：

 

图8-20  lockCanvas和unlockCanvasAndPost流程总结

 

8.4.6  GraphicBuffer的介绍

GraphicBuffer是Surface系统中一个高层次的显示内存管理类，它封装了和硬件相关的一些细节，简化了应用层的处理逻辑。先来认识一下它。

1. 初识GraphicBuffer

GraphicBuffer的代码如下所示：

[-->GraphicBuffer.h]

class GraphicBuffer

    :public EGLNativeBase

               GraphicBuffer,LightRefBase>,

public Flattenable

 

其中，EGLNativeBase是一个模板类。它的定义，代码如下所示：

[-->Android_natives.h]

template

class EGLNativeBase : public NATIVE_TYPE, publicREF

通过替换，可得到GraphicBuffer的派生关系，如图8-21所示：

图8-21  GraphicBuffer派生关系的示意图

从图中可以看出：

·  从LightRefBase派生使GraphicBuffer支持轻量级的引用计数控制。

·  从Flattenable派生使GraphicBuffer支持序列化，它的flatten和unflatten函数用于序列化和反序列化，这样，GraphicBuffer的信息就可以存储到Parcel包中并被Binder传输了。

另外，图中的android_native_buffer_t是GraphicBuffer的父类，它是一个struct结构体。可以将C++语言中的struct和class当作同一个东西，所以GraphicBuffer能从它派生。其代码如下所示：

[-->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

   //这个android_native_base_t是struct的第一个成员，根据C/C++编译的特性，这个成员

  //在它的派生类对象所占有的内存中也是排第一个。

    structandroid_native_base_t common;

    intwidth;

    intheight;

    intstride;

    intformat;

    intusage;

void* reserved[2];

//这是一个关键成员，保存一些和显示内存分配/管理相关的内容

   buffer_handle_t handle;

 

    void*reserved_proc[8];

} android_native_buffer_t;

GraphicBuffer和显示内存分配相关的部分主要集中在buffer_handle_t这个变量上，它实际上是一个指针，定义如下：

[-->gralloc.h]

typedef const native_handle* buffer_handle_t;

native_handle的定义如下：

[-->native_handle.h]

typedef struct

{

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

    intnumFds;       

    intnumInts;       

    intdata[0];        /* data是数据存储空间的首地址 */

} native_handle_t;

typedef native_handle_t native_handle;

读者可能要问，一个小小的GraphicBuffer为什么这么复杂？要回答这个问题，应先对GraphicBuffer有比较全面的了解。按照图8-20中的流程来看GraphicBuffer。

2. GraphicBuffer和存储的分配

GraphicBuffer的构造函数最有可能分配存储了。注意，流程中使用的是无参构造函数，所以应先看无参构造函数。

（1）无参构造函数的分析

代码如下所示：

[-->GraphicBuffer.cpp]

GraphicBuffer::GraphicBuffer()

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

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

{

   /*

其中mBufferMapper为GraphicBufferMapper类型，它的创建采用的是单例模式，也就是每个

进程只有一个GraphicBufferMapper对象，读者可以去看看get的实现。

*/

   width  =

    height=

    stride=

    format=

   usage  = 0;

    handle= NULL; //handle为空

}

在无参构造函数中没有发现和存储分配有关的操作。那么，根据流程，下一个有可能的地方就是reallocate函数了。

（2）reallocate的分析

Reallocate的代码如下所示：

[-->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值在无参构造函数中初始化为空，所以不满足if的条件

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

       allocator.free(handle);

       handle = 0;

    }

    returninitSize(w, h, f, reqUsage);//调用initSize函数

}

InitSize函数的代码如下所示：

[-->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才是真正的存储分配的管理类，它的创建也是采用的单例模式，

也就是每个进程只有一个GraphicBufferAllocator对象

*/

GraphicBufferAllocator& allocator =GraphicBufferAllocator::get();

//调用GraphicBufferAllocator的alloc来分配存储，注意handle作为指针

//被传了进去，看来handle的值会被修改

   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的介绍

从上面的代码中可以发现，GraphicBuffer的存储分配和GraphicBufferAllocator有关。一个小小的存储分配为什么需要经过这么多道工序呢？还是先来看GraphicBufferAllocator，代码如下所示：

[-->GraphicBufferAllocator.cpp]

GraphicBufferAllocator::GraphicBufferAllocator()

    :mAllocDev(0)

{

hw_module_t const* module;

//调用hw_get_module，得到hw_module_t

    interr = hw_get_module(GRALLOC_HARDWARE_MODULE_ID, &module);

if (err == 0) {

    //调用gralloc_open函数，注意我们把module参数传了进去。

       gralloc_open(module, &mAllocDev);

    }

}

GraphicBufferAllocator在创建时，会首先调用hw_get_module取出一个hw_module_t类型的对象。从名字上看，它和硬件平台有关系。它会加载一个叫libgralloc.硬件平台名.so的动态库。比如，我的HTC G7手机上加载的库是/system/lib/hw/libgraolloc.qsd-8k.so。这个库的源代码在hardware/msm7k/libgralloc-qsd8k目录下。

这个库有什么用呢？简言之，就是为了分配一块用于显示的内存，但为什么需要这种层层封装呢？答案很简单：

封装的目的就是为了屏蔽不同硬件平台的差别。

读者可通过执行adb getprop ro.board.platform命令，得到具体手机上硬件平台的名字。图8-22总结了GraphicBufferAllocator分配内存的途径。这部分代码，读者可参考hardware/libhardware/hardware.c和hardware/msm7k/libgralloc-qsd8k/gralloc.cpp，后文将不再深入探讨和硬件平台有关的知识。

图8-22  GraphicBufferAllocator内存的分配途径

注意，这里是以G7的libgralloc.qsk-8k.so为示例的。其中pmem设备用来创建一块连续的内存，因为有些硬件设备（例如Camera）工作时需要使用一块连续的内存，对于这种情况，一般就会使用pmem设备来分配内存。

这里，仅讨论图8-22中与硬件无关的分配方式。在这种情况下，将使用ashmem分配共享内存。下面看GraphicBufferAllocator的alloc函数，其代码如下所示：

[-->GraphicBufferAllocator.cpp]

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

{

   //根据前面的定义可知buffer_handle_t为native_handle_t*类型

   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无关了。

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

    }

......

    returnerr;

}

下面，来看软件分配的方式：

[-->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;

    ......//格式转换

    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创建共享内存

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

   

   ......

    //进行内存映射，得到共享内存起始地址

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

   

sw_gralloc_handle_t* hnd = new sw_gralloc_handle_t();

   hnd->fd = fd;//保存文件描述符

   hnd->size = size;//保存共享内存的大小

   hnd->base = intptr_t(base);//intptr_t将void*类型转换成int*类型

   hnd->prot = prot;//保存属性

   *pStride = stride;

   *pHandle = hnd; //pHandle就是传入的那个handle变量的指针，这里对它进行赋值

   

    returnNO_ERROR;

}

我们知道，调用GraphicBuffer的reallocate函数后，会导致物理存储被分配。前面曾说过，Layer会创建两个GraphicBuffer，而Native Surface端也会创建两个GraphicBuffer，那么这两个GraphicBuffer是怎么建立联系的呢？为什么说native_handle_t是GraphicBuffer的精髓呢？

3. flatten和unflatten的分析

试想，Native Surface的GraphicBuffer是怎么和Layer的GraphicBuffer建立联系的：

先通过requestBuffer函数返回一个GraphicBuffer，然后这个GraphicBuffer被Native Surface保存。

这中间的过程其实是一个mini版的乾坤挪移，来看看，代码如下所示：

[-->ISurface.cpp]

//requestBuffer的响应端

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 buffer(requestBuffer(bufferIdx, usage));

           ......

      /*

requestBuffer的返回值被写到Parcel包中，由于GraphicBuffer从

Flattenable类派生，这将导致它的flatten函数被调用

     */

           return reply->write(*buffer);

        }

      .......

}

//再来看请求端的处理，在BpSurface中

virtual sp requestBuffer(intbufferIdx, int usage)

{

    Parcel data, reply;

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

    data.writeInt32(bufferIdx);

    data.writeInt32(usage);

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

    sp buffer = new GraphicBuffer();

    reply.read(*buffer);//Parcel调用unflatten函数把信息反序列化到这个buffer中。

    return buffer;//requestBuffer实际上返回的是本地new出来的这个GraphicBuffer

}

通过上面的代码可以发现，挪移的关键体现在flatten和unflatten函数上。请看：

（1）flatten的分析

flatten的代码如下所示：

[-->GraphicBuffer.cpp]

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

       int fds[], size_t count) const

{

    //buffer是装载数据的缓冲区，由Parcel提供

     ......

 

    if(handle) {

       buf[6] = handle->numFds;

       buf[7] = handle->numInts;

       native_handle_t const* const h = handle;

       //把handle的信息也写到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变量信息写到Parcel包中。那么接收端如何使用这个包呢？这就是unflatten的工作了。

（2）unflatten分析

unflatten的代码如下所示：

[-->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;//根据Parcel包中的数据还原一个handle

    } else{

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

       handle = NULL;

    }

    mOwner= ownHandle;

    returnNO_ERROR;

}

unflatten最重要的工作是，根据Parcel包中native_handle的信息，在Native Surface端构造一个对等的GraphicBuffer。这样，Native Surface端的GraphicBuffer实际上就和Layer端的GraphicBuffer管理着同一块共享内存。

3. registerBuffer的分析

registerBuffer有什么用呢？上一步调用unflatten后得到了代表共享内存的文件句柄，regiserBuffer的目的就是对它进行内存映射，代码如下所示：

[-->GraphicBufferMapper.cpp]

status_tsw_gralloc_handle_t::registerBuffer(sw_gralloc_handle_t* hnd)

{

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

        //原来是做一次内存映射操作

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

        ......

       //base保存着共享内存的起始地址

       hnd->base = intptr_t(base);

    }

    returnNO_ERROR;

}

4. lock和unlock的分析

GraphicBuffer在使用前需要通过lock来得到内存地址，使用完后又会通过unlock释放这块地址。在SW分配方案中，这两个函数实现却非常简单，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;//得到共享内存的起始地址，后续作画就使用这块内存了。

    returnNO_ERROR;

}

//unlock操作

status_tsw_gralloc_handle_t::unlock(sw_gralloc_handle_t* hnd)

{

    returnNO_ERROR;//没有任何操作

}

对GraphicBuffer的介绍就到这里。虽然采用的是SW方式，但是相信读者也能通过树木领略到森林的风采。从应用层角度看，可以把GraphicBuffer当做一个构架在共享内存之上的数据缓冲。对想深入研究的读者，我建议可按图8-20中的流程来分析。因为流程体现了调用顺序，表达了调用者的意图和目的，只有把握了流程，分析时才不会迷失在茫茫的源码海洋中，才不会被不熟悉的知识阻拦前进的脚步。

8.4.7  深入分析Surface总结

Surface系统最难的部分，是这个Native Surface的创建和使用，它包括三个方面：

·  Activity的UI和Surface的关系是怎样的？这是8.2节回答的问题。

·  Activity中所使用的Surface是怎么和SurfaceFlinger挂上关系的？这是8.3节回答的问题。

·  本节对第2个问题进行了较深入的研究，分析了Surface和SurfaceFlinger之间的关系，以及生产/消费步调的中枢控制机构SharedBuffer家族和数据的承载者GraphicBuffer。

从上面分析可看出，本章前四节均围绕着这个Surface讲解，一路下来确实遇到了不少曲折和坎坷，望读者跟着源码反复阅读，体会。

8.5  SurfaceFlinger的分析

这一节要对SurfaceFlinger进行分析。相比较而言，SurfaceFlinger不如AudioFlinger复杂。

8.5.1  SurfaceFlinger的诞生

SurfaceFlinger驻留于system_server进程。它创建的位置在SystemServer的init1函数中（第4章4.3.2节的第3点）。

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::instantiate() {

   defaultServiceManager()->addService(String16("SurfaceFlinger"), new SurfaceFlinger());

}

前面在图8-14中指出了SF，同时从BnSurfaceComposer和Thread类中派生，相关代码如下所示：

class SurfaceFlinger : public BnSurfaceComposer,protected Thread

从Thread派生这件事给了我们一个很明确的提示：

·  SurfaceFlinger会单独启动一个工作线程。

2. readyToRun的分析

SF的readyToRun函数将完成一些初始化工作，代码如下所示：

[-->SurfaceFlinger.cpp]

status_t SurfaceFlinger::readyToRun()

{

    intdpy = 0;

    {

        //①GraphicPlane

       GraphicPlane& plane(graphicPlane(dpy));

        //②为这个GraphicPlane设置一个HAL对象——DisplayHardware

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

       plane.setDisplayHardware(hw);

    }

 

 //创建Surface系统中的“CB”对象，按照老规矩，应该先创建一块共享内存，然后使用placment new

   mServerHeap = new MemoryHeapBase(4096,

                            MemoryHeapBase::READ_ONLY,

                            "SurfaceFlingerread-only heap");

   //LayerDim是Dim类型的Layer

  LayerDim::initDimmer(this, w, h);

    //资源准备好后，init将启动bootanim程序，这样就见到开机动画了。

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

    return NO_ERROR;

}

在上面的代码中，列出了两个关键点，下面一一进行分析。

（1）GraphicPlane的介绍

GraphicPlane虽无什么特别之处，但它有一个重要的函数，叫setDisplayHardware，这个函数把代表显示设备的HAL对象和GraphicPlane关联起来。这也是下面要介绍的第二个关键点DisplayHardware。

（2）DisplayHardware的介绍

从代码上看，这个和显示相关的HAL对象是在工作线程中new出来的，先看它的构造函数，代码如下所示：

[-->DisplayHardware.cpp]

DisplayHardware::DisplayHardware(const sp& flinger,uint32_t dpy):DisplayHardwareBase(flinger, dpy)

{

   init(dpy); //最重要的是这个init函数。

}

init函数非常重要，应进去看看。下面先思考一个问题。

前面在介绍FrameBuffer时说过，显示这一块需要使用FrameBuffer，FrameBuffer是在init函数创建

[-->DisplayHardware.cpp]

void DisplayHardware::init(uint32_t dpy)

{

//FrameBufferNativeWindow实现了对FrameBuffer的管理和操作

//该类中创建了两个FrameBuffer，分别起到FrontBuffer和BackBuffer的作用。

mNativeWindow = new FramebufferNativeWindow();

 

  //EGLDisplay在EGL中代表屏幕

   EGLDisplay display = eglGetDisplay(EGL_DEFAULT_DISPLAY);

    ......

   /*

    surface是EGLSurface类型，下面这个函数会将EGL和Android中的Display系统绑定起来，

    后续就可以利用OpenGL在这个Surface上绘画，然后通过eglSwappBuffers输出图像了。

    */

    surface= eglCreateWindowSurface(display, config,mNativeWindow.get(),NULL);

}

根据上面的代码，现在可以回答前面的问题了：

·  SF创建FrameBuffer，并将各个Surface传输的数据（通过GraphicBuffer）混合后，再由自己传输到FrameBuffer中进行显示。

本节的内容，实际上涉及另外一个比Surface更复杂的Display系统，出于篇幅和精力的原因，本书目前不打算讨论它。

8.5.2  SF工作线程的分析

SF中的工作线程就是来做图像混合

[-->SurfaceFlinger.cpp]

bool SurfaceFlinger::threadLoop()

{

   waitForEvent();//① 等待事件

    //②处理PageFlipping工作

   handlePageFlip();

 

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

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

        //③处理重绘

        handleRepaint();

        hw.compositionComplete();

        //④投递BackBuffer

       unlockClients();

        postFramebuffer();

    } else{

       unlockClients();

       usleep(16667);

    }

    return true;

}

ThreadLoop一共有四个关键点，这里，分析除Transaction外的三个关键点。

1. waitForEvent

SF收到重绘消息后，将退出等待。

2. 分析handlePageFlip

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::handlePageFlip()

{

bool visibleRegions = mVisibleRegionsDirty;

/*

还记得前面所说的mCurrentState吗？它保存了所有显示层的信息，而绘制的时候使用的

mDrawingState则保存了当前需要显示的显示层信息。

*/

LayerVector& currentLayers =const_cast(mDrawingState.layersSortedByZ);

//①调用lockPageFlip

//将根据FrontBuffer的内容生成一张纹理

visibleRegions |= lockPageFlip(currentLayers);

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

//取得屏幕的区域

const Region screenRegion(hw.bounds());

//② 调用unlockPageFlip

 

 //调用每个显示层的unlockPageFlip，做一些区域的清理工作

unlockPageFlip(currentLayers);

mDirtyRegion.andSelf(screenRegion);

}

handlePageFlip的工作其实很简单，以Layer类型为例来总结一下：

各个Layer需要从FrontBuffer中取得新数据，并生成一张OpenGL中的纹理。纹理可以看做是一个图片，这个图片的内容就是FrontBuffer中的图像。

现在每一个Layer都准备好了新数据，下一步的工作当然就是绘制了。来看handleRepaint函数。

3. 分析handleRepaint函数

handleRepaint函数的代码如下所示：

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::handleRepaint()

{

    // 在脏区域上进行绘制

   composeSurfaces(mDirtyRegion);

}

其中，composeSurfaces将不同的显示层内容进行混合，其实就是按Z轴的顺序由里到外依次绘制。当然，最后绘制的数据有可能遮盖前面绘制的数据，代码如下所示：

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::composeSurfaces(constRegion& dirty)

{

    for(size_t i=0 ; i

        if(!visibleRegion.isEmpty())  {

           const Region clip(dirty.intersect(visibleRegion));

           if (!clip.isEmpty()) {

               layer->draw(clip); //调用各个显示层的layer函数

            }

        }

    }

}

draw函数在LayerBase类中实现，代码如下所示：

[-->LayerBase.cpp]

void LayerBase::draw(const Region& inClip)const

{ 

    ......

    glEnable(GL_SCISSOR_TEST);

   onDraw(clip);//调用子类的onDraw函数

}

至于Layer是怎么实现这个onDraw函数的，代码如下所示：

[-->Layer.cpp]

void Layer::onDraw(const Region& clip) const

{

 drawWithOpenGL(clip,mTextures[index]);//将纹理画上去，里面有很多和OpenGL相关内容

}

drawWithOpenGL函数由LayerBase实现，看它是不是使用了这张纹理，代码如下所示：

[-->LayerBase.cpp]

void LayerBase::drawWithOpenGL(const Region&clip, const Texture& texture) const

{

    //下面就是OpenGL操作函数了

   glEnable(GL_TEXTURE_2D);

   glMatrixMode(GL_TEXTURE);

   glLoadIdentity();

 

    //坐标旋转

    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) {

        //缩放处理

       glScalef(texture.wScale, texture.hScale, 1.0f);

    }

   //使能纹理坐标

glEnableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);

//设置顶点坐标

glVertexPointer(2, GL_FIXED, 0, mVertices);

//设置纹理坐标

   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());

        //画矩形

       glDrawArrays(GL_TRIANGLE_FAN, 0, 4);

}

//禁止纹理坐标

   glDisableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);

}

4. unlockClients和postFrameBuffer的分析

在绘制完图后，还有两项工作需要做，一个涉及unlockClients函数，另外一个涉及postFrameBuffer函数，

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::unlockClients()

{

    constLayerVector& drawingLayers(mDrawingState.layersSortedByZ);

    constsize_t count = drawingLayers.size();

   sp const* const layers = drawingLayers.array();

    for (size_t i=0 ; i

       const sp& layer = layers[i];

 //释放FrontBufferIndex

       layer->finishPageFlip();

    }

}

原来，unlockClients会释放之前占着的FrontBuffer的索引号。下面看最后一个函数postFrameBuffer，代码如下所示：

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::postFramebuffer()

{

    if(!mInvalidRegion.isEmpty()) {

// 调用这个函数后，混合后的图像就会传递到屏幕中显示了

// 内部调用eglSwapBuffers(dpy, surface);//PageFlipping，此后图像终于显示在屏幕上了！

       hw.flip(mInvalidRegion);

    }

}

flip将调用在DisplayHardware一节中提到的eglSwapBuffer函数，来完成FrameBuffer的PageFlip操作，代码如下所示：

[-->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，此后图像终于显示在屏幕上了！

   

}

8.5.3  Transaction的分析

Transaction是“事务”的意思。在我脑海中，关于事务的知识来自于数据库。在数据库操作中，事务意味着一次可以提交多个SQL语句，然后一个commit就可让它们集中执行，而且数据库中的事务还可以回滚，即恢复到事务提交前的状态。

SurfaceFlinger为什么需要事务呢？从上面对数据库事务的描述来看，是不是意味着一次执行多个请求呢？如直接盯着SF的源码来分析，可能不太容易搞清楚事务的前因后果，我想还是用老办法，从一个例子入手吧。

在WindowManagerService.java中，有一个函数之前分析过，现在再看看，代码如下所示：

[-->WindowManagerService.java::WinState]

Surface createSurfaceLocked() {            

Surface.openTransaction(); //开始一次transaction

   try {

     try {

         mSurfaceX = mFrame.left + mXOffset;

          mSurfaceY = mFrame.top + mYOffset;

          //设置Surface的位置

         mSurface.setPosition(mSurfaceX, mSurfaceY);

          ......

        }

       }finally {

             Surface.closeTransaction(); //关闭这次事务

     }

这个例子很好地展示了事务的调用流程，它会依次调用：

·  openTransaction

·  setPosition

·  closeTransaction

下面就来分析这几个函数的调用。

1. openTransaction的分析

看JNI对应的函数，代码如下所示：

[-->android_View_Surface.cpp]

static void Surface_openTransaction(JNIEnv* env,jobject clazz)

{

    //调用SurfaceComposerClient的openGlobalTransaction函数

SurfaceComposerClient::openGlobalTransaction();

}

下面转到SurfaceComposerClient，代码如下所示：

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

voidSurfaceComposerClient::openGlobalTransaction()

{

   Mutex::Autolock _l(gLock);

    ......

 

    constsize_t N = gActiveConnections.size();

    for(size_t i=0; i

        spclient(gActiveConnections.valueAt(i).promote());

        //gOpenTransactions存储当前提交事务请求的Client

        if(client != 0 && gOpenTransactions.indexOf(client) < 0) {

           //Client是保存在全局变量gActiveConnections中的SurfaceComposerClient

            //对象，调用它的openTransaction。

           if (client->openTransaction() == NO_ERROR) {

               if (gOpenTransactions.add(client) < 0) {

                   client->closeTransaction();

              }

           }

           ......

        }

    }

}

上面是一个静态函数，内部调用了各个SurfaceComposerClient对象的openTranscation，代码如下所示：

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

status_tSurfaceComposerClient::openTransaction()

{

    if(mStatus != NO_ERROR)

       return mStatus;

   Mutex::Autolock _l(mLock);

    mTransactionOpen++; //一个计数值，用来控制事务的提交。

    if(mPrebuiltLayerState == 0) {

       mPrebuiltLayerState = new layer_state_t;

    }

    returnNO_ERROR;

}

layer_state_t是用来保存Surface的一些信息的，比如位置、宽、高等信息。实际上，调用的setPosition等函数，就是为了改变这个layer_state_t中的值。

2. setPosition的分析

上文说过，SFC中有一个layer_state_t对象用来保存Surface的各种信息。这里以setPosition为例，来看它的使用情况。这个函数是用来改变surface在屏幕上的位置的，代码如下所示：

[-->android_View_Surface.cpp]

static void Surface_setPosition(JNIEnv* env,jobject clazz, jint x, jint y)

{

    constsp& 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& client(mClient);

   status_t err = validate();

if (err < 0) return err;

//调用SurfaceComposerClient的setPosition函数

    returnclient->setPosition(mToken, x, y);

}

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

status_tSurfaceComposerClient::setPosition(SurfaceID id, int32_t x, int32_t y)

{

   layer_state_t* s = _lockLayerState(id); //找到对应的layer_state_t

    if(!s) return BAD_INDEX;

   s->what |= ISurfaceComposer::ePositionChanged;

   s->x = x;

   s->y = y;  //上面几句修改了这块layer的参数

   _unlockLayerState(); //该函数将unlock一个同步对象，其他没有做什么工作

    returnNO_ERROR;

}

setPosition就是修改了layer_state_t中的一些参数，那么，这个状态是什么时候传递到SurfaceFlinger中的呢？

3. 分析closeTransaction

相信读者此时已明白为什么叫“事务”了。原来，在openTransaction和closeTransaction中可以有很多操作，然后由closeTransaction一次性地把这些修改提交到SF上，来看代码：

[-->android_View_Surface.cpp]

static void Surface_closeTransaction(JNIEnv*env, jobject clazz)

{

   SurfaceComposerClient::closeGlobalTransaction();

}

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

voidSurfaceComposerClient::closeGlobalTransaction()

{

......

 

const size_t N = clients.size();

spsm(getComposerService());

//①先调用SF的openGlobalTransaction

sm->openGlobalTransaction();

for (size_t i=0; i

   //②然后调用每个SurfaceComposerClient对象的closeTransaction

   clients[i]->closeTransaction();

}

//③最后调用SF的closeGlobalTransaction

sm->closeGlobalTransaction();

}

上面一共列出了三个函数，它们都是跨进程的调用，下面对其一一进行分析。

（1）SurfaceFlinger的openGlobalTransaction分析

这个函数其实很简单，略看就行了。

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::openGlobalTransaction()

{

   android_atomic_inc(&mTransactionCount);//又是一个计数控制

}

（2）SurfaceComposerClient的closeTransaction分析

代码如下所示：

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

status_tSurfaceComposerClient::closeTransaction()

{

    if(mStatus != NO_ERROR)

       return mStatus;

 

   Mutex::Autolock _l(mLock);

   ......

    constssize_t count = mStates.size();

if (count) {

     //mStates是这个SurfaceComposerClient中保存的所有layer_state_t数组，也就是

    //每个Surface一个。然后调用跨进程的setState

       mClient->setState(count, mStates.array());

       mStates.clear();

    }

    returnNO_ERROR;

}

BClient的setState，最终会转到SF的setClientState上，代码如下所示：

[-->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

       const layer_state_t& s = states[i];

       sp 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表示需要遍历所有显示层

                    flags |= eTraversalNeeded;

           }

            ....

    if(flags) {

       setTransactionFlags(flags);//这里将会触发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();  //设置完mTransactionFlags后，触发事件。

        }

    }

    returnold;

}

（3）SurfaceFlinger的closeGlobalTransaction分析

来看代码：

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::closeGlobalTransaction()

{

if (android_atomic_dec(&mTransactionCount) ==1) {

//注意下面语句的执行条件，当mTransactionCount变为零时才执行，这意味着

//openGlobalTransaction两次的话，只有最后一个closeGlobalTransaction调用

//才会真正地提交事务

       signalEvent();

 

       Mutex::Autolock _l(mStateLock);

       //如果这次事务涉及尺寸调整，则需要等一段时间

       while (mResizeTransationPending) {

           status_t err = mTransactionCV.waitRelative(mStateLock, s2ns(5));

           if (CC_UNLIKELY(err != NO_ERROR)) {

               mResizeTransationPending = false;

               break;

           }

        }

    }

}

关于事务的目的，相信读者已经比较清楚了：

·  就是将一些控制操作（例如setPosition）的修改结果，一次性地传递给SF进行处理。

那么，哪些操作需要通过事务来传递呢？通过查看Surface.h可以知道，下面这些操作需要通过事务来传递（这里只列出了几个经常用的函数）：setPosition、setAlpha、show/hide、setSize、setFlag等。

由于这些修改不像重绘那么简单，有时它会涉及其他的显示层，例如在显示层A的位置调整后，之前被A遮住的显示层B，现在可能变得可见了。对于这种情况，所提交的事务会设置eTraversalNeeded标志，这个标志表示要遍历所有显示层进行处理。关于这一点，来看工作线程中的事务处理。

4. 工作线程中的事务处理

还是从代码入手分析，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函数的实现蛮有意思，不妨看看其代码，如下所示：

[-->SurfaceFlinger.cpp]

uint32_t SurfaceFlinger::getTransactionFlags(uint32_tflags)

{

//先通过原子操作去掉mTransactionFlags中对应的位。

//而后原子操作返回的旧值和flags进行与操作

return android_atomic_and(~flags,&mTransactionFlags) & flags;

}

getTransactionFlags所做的工作不仅仅是get那么简单，它还设置了mTransactionFlags，从这个角度来看，getTransactionFlags这个名字有点名不副实。

接着来看最重要的handleTransaction函数，代码如下所示：

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::handleTransaction(uint32_ttransactionFlags)

{

   Vector< sp > ditchedLayers;

 

    {

       Mutex::Autolock _l(mStateLock);

        //调用handleTransactionLocked函数处理

       handleTransactionLocked(transactionFlags, ditchedLayers);

    }

 

   

    constsize_t count = ditchedLayers.size();

    for(size_t i=0 ; i

        if(ditchedLayers[i] != 0) {

        //ditch是丢弃的意思，有些显示层可能被hide了，所以这里做些收尾的工作

          ditchedLayers[i]->ditch();

        }

    }

}

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::handleTransactionLocked(

       uint32_t transactionFlags, Vector< sp >&ditchedLayers)

{

    //这里使用了mCurrentState，它的layersSortedByZ数组存储了SF中所有的显示层

    constLayerVector& currentLayers(mCurrentState.layersSortedByZ);

    constsize_t count = currentLayers.size();

 

     constbool layersNeedTransaction = transactionFlags & eTraversalNeeded;

     //如果需要遍历所有显示的话。

    if(layersNeedTransaction) {

       for (size_t i=0 ; i

           const sp& layer = currentLayers[i];

           uint32_t trFlags = layer->getTransactionFlags(eTransactionNeeded);

           if (!trFlags) continue;

           //调用各个显示层的doTransaction函数。

            constuint32_t flags = layer->doTransaction(0);

           if (flags & Layer::eVisibleRegion)

               mVisibleRegionsDirty = true;

        }

    }

    if(transactionFlags & eTransactionNeeded) {

        if(mCurrentState.orientation != mDrawingState.orientation) {

         //横竖屏如果发生切换，需要对应变换设置。

           const int dpy = 0;

           const int orientation = mCurrentState.orientation;

           const uint32_t type = mCurrentState.orientationType;

           GraphicPlane& plane(graphicPlane(dpy));

           plane.setOrientation(orientation);

 

           ......

        }

     /*

      mLayersRemoved变量在显示层被移除的时候设置，例如removeLayer函数，这些函数

      也会触发handleTranscation函数的执行

     */

      if(mLayersRemoved) {

           mLayersRemoved = false;

           mVisibleRegionsDirty = true;

           const LayerVector& previousLayers(mDrawingState.layersSortedByZ);

           const size_t count = previousLayers.size();

           for (size_t i=0 ; i

               const sp& layer(previousLayers[i]);

               if (currentLayers.indexOf( layer ) < 0) {

                  ditchedLayers.add(layer);

                   mDirtyRegionRemovedLayer.orSelf(layer->visibleRegionScreen);

               }

            }

        }

       free_resources_l();

    }

    //提交事务处理，有必要进去看看。

   commitTransaction();

}

每个显示层对事务的具体处理，都在它们的doTranscation函数中，读者若有兴趣，可进去看看。需要说明的是，每个显示层内部也有一个状态变量，doTransaction会更新这些状态变量。

回到上面的函数，最后它将调用commitTransaction提交事务，代码如下所示：

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::commitTransaction()

{

   //mDrawingState将使用更新后的mCurrentState

   mDrawingState = mCurrentState;

mResizeTransationPending = false;

//触发一个条件变量，这样等待在closeGlobalTransaction函数中的线程可以放心地返回了。

   mTransactionCV.broadcast();

}

8.5.4  SurfaceFlinger的总结

通过前面的分析，使我们感受了SurfaceFlinger的风采。从整体上看，SurfaceFlinger不如AudioFlinger复杂，它的工作集中在工作线程中，下面用图8-23来总线一下SF工作线程：

图8-23  SF工作线程的流程总结

 

8.6  拓展思考

本章的拓展思考分三个部分：

·  介绍SharedBufferServer和SharedBufferClient的工作流程。

·  关于ViewRoot一些问题的总结。

·  LayerBuffer的工作原理分析。

8.6.1  Surface系统的CB对象分析

根据前文分析可知，Surface系统中的CB，其实是指SharedBuffer家族，它们是Surface系统中对生产者和消费者进行步调控制的中枢机构。先通过图8-24来观察整体的工作流程是怎样的。

图8-24  SharedBuffer家族使用流程

为书写方便起见，我们简称：

·  SharedBufferServer为SBS。

·  SharedBufferClient为SBC。

·  SharedBufferStack为SBT。

其中SBC和SBS都是建立在同一个SBT上的，所以应先看SBT，下面代码列出了其中几个与读写控制有关的成员变量：

[-->SharedBufferStack.h]

class SharedBufferStack{

 ......

 /*

虽然PageFlipping使用Front和Back两个Buffer就可以了，但是SBT的结构和相关算法

是支持多个缓冲的。另外，缓冲是按照块来获取的，也就是一次获得一块缓冲，每块缓冲用

一个编号表示（这一点在之前的分析已经介绍过了）。

 */

int32_t head;      

 int32_tavailable; //当前可用的空闲缓冲个数

  int32_t queued;    //SBC投递的脏缓冲个数

  int32_tinUse;  //SBS当前正在使用的缓冲编号

  ......//上面这几个参数联合SBC中的tail，我称之为控制参数。

}

SBT创建好后，下面就是SBS和SBC的创建了，它们会做什么特殊工作吗？

1. SBS和SBC的创建

下面分别看SBS和SBC的创建，代码如下所示：

[-->SharedBufferStack.cpp]

SharedBufferServer::SharedBufferServer(SharedClient*sharedClient,

       int surface, int num, int32_t identity)

    :SharedBufferBase(sharedClient, surface, num, identity)

{

mSharedStack->init(identity);//这个函数将设置inUse为-1

//下面设置SBT中的参数，我们关注前三个

   mSharedStack->head = num-1;

    mSharedStack->available = num;

mSharedStack->queued = 0;

//设置完后，head=2-1=1,available=2,queued=0，inUse=-1

   mSharedStack->reallocMask = 0;

   memset(mSharedStack->dirtyRegion, 0,sizeof(mSharedStack->dirtyRegion));

}

再看SBC的创建，代码如下所示：

[-->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定义的变量，注意它不是SBT定义的。

}

看computeTail函数的代码：

[-->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;//计算得到newTail=0

}

来看在SBC和SBS创建后，控制参数的变化，如图8-25所示：

图8-25  SBC/SBS创建后的示意图

 

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函数：

[-->SharedBufferStack.cpp]

ssize_t SharedBufferClient::dequeue()

{

   SharedBufferStack& stack( *mSharedStack );

......

//DequeueCondition函数对象

   DequeueCondition condition(this);

status_t err = waitForCondition(condition);

//成功以后，available减1，表示当前可用的空闲buffer只有1个

if (android_atomic_dec(&stack.available) == 0) {

    ......

    }

 

int dequeued = tail; //tail值为0，所以dequeued的值为0。

//tail加1。如果超过2，则重新置为0，这表明tail的值在0,1间循环。

    tail =((tail+1 >= mNumBuffers) ? 0 : tail+1);

......

//返回的这个dequeued值为零，也就是tail加1操作前的旧值。这一点请读者务必注意。

    returndequeued;

}

其中DequeueCondition的操作函数很简单，代码如下所示：

bool SharedBufferClient::DequeueCondition::operator()(){

    returnstack.available > 0;//只要available大于0就算满足条件，第一次进来肯定满足

}

用图8-26来表示dequeue的结果：

图8-26  dequeue结果图

注意，在上图中，0号缓冲用虚线表示，SBC的dequeue函数的返回值用dequeued表示，它指向这个0号缓冲。正如代码中注释的那样，由于dequeued的值用的是tail的旧值，而tail是SBC定义的变量，不是SBT定义的变量，所以tail在SBS端是不可见的。这就带来了一个潜在危险，即0号缓冲不能保证当前是真正空闲的，因为SBS可能正在用它，怎么办？试看下面的lock。

（2）lock的分析

lock使用了LockCondition，其中传入的参数buf的值为0，也就是上图中的dequeue的值，代码如下所示：

[-->SharedBufferStack.cpp]

status_t SharedBufferClient::lock(int buf)

{

   LockCondition condition(this, buf);

    status_terr = waitForCondition(condition);

    returnerr;

}

看LockCondition的()函数：

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

   /*

这个条件其实就是判断编号为buf的Buffer是不是被使用了。

buf值为0，head值为1，queued为0，inUse为-1

   */

    return(buf != stack.head ||

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

}

现在可以知道为什么SBC需要调用dequeue和lock函数了吗？原来：

·  dequeue只是根据本地变量tail计算一个本次应当使用的Buffer编号，其实也就是在0,1之间循环。上次用0号缓冲，那么这次就用1号缓冲。

·  lock函数要确保这个编号的Buffer没有被SF当做FrontBuffer使用。

（3）queue的分析

Activity端在绘制完UI后，将把BackBuffer投递出去以显示。接着上面的流程，这个BackBuffer的编号是0。待Activity投递完后，才会调用signal函数触发SF消费，所以在此之前格局不会发生变化。试看投递用的queue函数，注意传入的buf参数为0，代码如下所示：

[-->SharedBufferStack.cpp]

status_t SharedBufferClient::queue(int buf)

{

   QueueUpdate update(this);

   status_t err = updateCondition( update );

    ......

    returnerr;

}

//直接看这个QueueUpdate函数对象

ssize_tSharedBufferClient::QueueUpdate::operator()() {

   android_atomic_inc(&stack.queued);//queued增加1，现在该值由零变为1

    returnNO_ERROR;

}

至此，SBC端走完一个流程了，结果是什么？如图8-27所示：

图8-27  queue结果图

0号缓冲被移到queue的区域了，可目前还没有变量指向它。假设SBC端此后没有绘制UI的需求，那么它就会沉默一段时间。

3. SBS端的分析

SBS的第一个函数是retireAndLock，它使用了RetireUpdate函数对象，代码如下所示：

[-->SharedBufferStack.cpp]

ssize_t SharedBufferServer::retireAndLock()

{

   RetireUpdate update(this, mNumBuffers);

   ssize_t buf = updateCondition( update );

    returnbuf;

}

这个RetireUpdate对象的代码如下所示：

ssize_tSharedBufferServer::RetireUpdate::operator()() {

    //先取得head值，为1

   int32_t head = stack.head;

 

    //inUse被设置为1。表明要使用1吗？目前的脏缓冲应该是0才对

   android_atomic_write(head, &stack.inUse);

 

   int32_tqueued;

    do {

       queued = stack.queued; //queued目前为1

        if(queued == 0) {

           return NOT_ENOUGH_DATA;

        }

      //下面这个原子操作使得stack.queued减1.

    }while (android_atomic_cmpxchg(queued, queued-1, &stack.queued));

    //while循环退出后，queued减1，又变为0。

    //head值也在0,1间循环，现在head值变为0了

    head =((head+1 >= numBuffers) ? 0 : head+1);

 

    //inUse被设置为0

   android_atomic_write(head, &stack.inUse);

 

    // head值被设为0

   android_atomic_write(head, &stack.head);

   

    // available加1，变成2.

    android_atomic_inc(&stack.available);

    returnhead;//返回0

}

retireAndLock的结果是什么呢？看看图8-28就知道了。

图8-28  retireAndLock结果图

注意上面的available区域，1号缓冲右边的0号缓冲是用虚线表示的，这表示该0号缓冲实际上并不存在于available区域，但available的个数却变成2了。这样不会出错吗？当然不会，因为SBC的lock函数要确保这个缓冲没有被SBS使用。

我们来看SBS端最后一个函数，它调用了SBS的unlock，这个unlock使用了UnlockUpdate函数对象，就直接了解它好了，代码如下所示：

[-->SharedBufferStack.cpp]

ssize_tSharedBufferServer::UnlockUpdate::operator()() {

    ......

   android_atomic_write(-1, &stack.inUse);//inUse被设置为-1

    returnNO_ERROR;

}

unlock后最终的结果是什么呢？如图8-29所示：

图8-29  unlock结果图

比较一下图8-29和图8-25，可能会发现两图中tail和head刚好反了，这就是PageFlip。另外，上面的函数大量使用了原子操作。原子操作的目的就是为了避免锁的使用。值得指出的是，updateConditon函数和waitForCondition函数都使用了Mutex，也就是说，上面这些函数对象又都是在Mutex锁的保护下执行的，为什么会这样呢？先来看一段代码：

像下面这样的代码，如果有锁控制的话根本用不着一个while循环，因为有锁的保护，没有其他线程

能够修改stack.queued的值，所以用while来循环判断android_atomic_cmpxchg没有什么意义。

   int32_tqueued;

    do {

       queued = stack.queued;

        if(queued == 0) {

           return NOT_ENOUGH_DATA;

        }

    }while (android_atomic_cmpxchg(queued, queued-1, &stack.queued));

   

对于上面这个问题，我目前还不知道答案，但对其也进行了修改，把函数对象放在锁外执行，结果在真机上运行没有出现任何异常现象。也许Google或哪位读者能给这个问题一个较好的解释。

为什么我对生产/消费的同步控制如此感兴趣呢？这和自己工作的经历有些关系。因为之前曾做过一个单写多读的跨进程缓冲类，也就是一个生产者，多个消费者。为了保证正确性和一定的效率，我们在算法上曾做了很多改进，但还是大量使用了锁，所以我很好奇Google是怎么做到的，这也体现了一个高手的内功修养。要是由读者自己来实现，结果会怎样呢？

8.6.2  ViewRoot的你问我答

ViewRoot是Surfac系统甚至UI系统中一个非常关键的类，下面把网上一些关于ViewRoot的问题做个总结，希望这样能帮助读者对ViewRoot有更加清楚的认识。

·  ViewRoot和View类的关系是什么？

ViewRoot是View视图体系的根。每一个Window（注意是Window，比如PhoneWindow）有一个ViewRoot，它的作用是处理layout和View视图体系的绘制。那么视图体系又是什么呢？它包括Views和ViewGroups，也就是SDK中能看到的View类都属于视图体系。根据前面的分析可知，这些View是需要通过draw画出来的。而ViewRoot就是用来draw它们的，ViewRoot本身没有draw/onDraw函数。

·   ViewRoot和它所控制的View及其子View使用同一个Canvas吗？

这个问题的答案就很简单了，我们在ViewRoot的performTraversals中见过。ViewRoot提供Canvas给它所控制的View，所以它们使用同一个Canvas。但Canvas使用的内存却不是固定的，而是通过Surface的lockCanvas得到的。

·  View、Surface和Canvas之间的关系是怎样的？我认为，每一个view将和一个canvas，以及一个surface绑定到一起（这里的“我”表示提问人）。

这个问题的答案也很简单。一个Window将和一个Surface绑定在一起，绘制前ViewRoot会从Surface中lock出一个Canvas。

·  Canvas有一个bitmap，那么绘制UI时，数据是画在Canvas的这个bitmap中吗？

答案是肯定的，bitmap实际上包括了一块内存，绘制的数据最终都在这块内存上。 

·   同一个ViewRoot下，不同类型的View（不同类型指不同的UI单元，例如按钮、文本框等）使用同一个Surface吗？

是的，但是SurfaceView要除外。因为SurfaceView的绘制一般在单独的线程上，并且由应用层主动调用lockCanvas、draw和unlockCanvasAndPost来完成绘制流程。应用层相当于抛开了ViewRoot的控制，直接和屏幕打交道，这在camera、video方面用得最多。

8.6.3  LayerBuffer的分析

前面介绍了Normal属性显示层中的第一类Layer，这里将介绍其中的第二类LayerBuffer。LayerBuffer会在视频播放和摄像机预览等场景中用到，就以Camera的preView（预览）为例，来分析LayerBuffer的工作原理。

1. LayerBuffer的创建

先看LayerBuffer的创建，它通过SF的createPushBuffersSurfaceLocked得到，代码如下所示：

[-->SurfaceFlinger.cpp]

sp SurfaceFlinger::createPushBuffersSurfaceLocked(

       const sp& client, DisplayID display,

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

{

   sp layer = new LayerBuffer(this, display, client,id);

   layer->initStates(w, h, flags);

   addLayer_l(layer);

    returnlayer;

}

LayerBuffer的派生关系，如图8-30所示：

图8-30  LayerBuffer的派生关系示意图

从上图中可以发现：

·  LayerBuffer定义了一个内部类Source类，它有两个派生类BufferSource和OverlaySource。根据它们的名字，可以猜测到Source代表数据的提供者。

·  LayerBuffer中的mSurface其真实类型是SurfaceLayerBuffer。

LayerBuffer创建好了，不过该怎么用呢？和它相关的调用流程是怎样的呢？下面来分析Camera。

2. Camera preView的分析

Camera是一个单独的Service，全称是CameraService，先看CameraService的registerPreviewBuffers函数。这个函数会做什么呢？代码如下所示：

[-->CameraService.cpp]

status_tCameraService::Client::registerPreviewBuffers()

{

    int w, h;

   CameraParameters params(mHardware->getParameters());

   params.getPreviewSize(&w, &h);

 

   /*

    ①mHardware代表Camera设备的HAL对象。本书讨论CameraHardwareStub设备，它其实是

   一个虚拟的设备，不过其代码却具有参考价值。

   BufferHeap定义为ISurface的内部类，其实就是对IMemoryHeap的封装

   */

   ISurface::BufferHeapbuffers(w, h, w, h,

                                HAL_PIXEL_FORMAT_YCrCb_420_SP,

                                 mOrientation,

                                 0,

                                mHardware->getPreviewHeap());

    //②调用SurfaceLayerBuffer的registerBuffers函数。

   status_t ret = mSurface->registerBuffers(buffers);

    returnret;

}

上面代码中列出了两个关键点，逐一来分析它们。

（1）创建BufferHeap

BufferHeap是ISurface定义的一个内部类，它的声明如下所示：

[-->ISurface.h]

 classBufferHeap {

   public:

       ......

        //使用这个构造函数

       BufferHeap(uint32_t w, uint32_t h,

               int32_t hor_stride, int32_t ver_stride,

               PixelFormat format, const sp& 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 heap; //heap指向真实的存储对象

    };

从上面代码中可发现，BufferHeap基本上就是封装了一个IMemoryHeap对象，根据我们对IMemoryHeap的了解，它应该包含了真实的存储对象，这个值由CameraHardwareStub对象的getPreviewHeap得到，这个函数的代码如下所示：

[-->CameraHardwareStub.cpp]

spCameraHardwareStub::getPreviewHeap() const

{

    returnmPreviewHeap;//返回一个成员变量，它又是在哪创建的呢？

}

//上面的mPreivewHeap对象由initHeapLocked函数创建，该函数在HAL对象创建的时候被调用

void CameraHardwareStub::initHeapLocked()

{

  ......

 /*

创建一个MemoryHeapBase对象，大小是mPreviewFrameSize * kBufferCount,其中

 kBufferCount为4。注意这是一段连续的缓冲。

*/

 mPreviewHeap= new MemoryHeapBase(mPreviewFrameSize * kBufferCount);

 //mBuffer为MemoryBase数组，元素为4

 for (inti = 0; i < kBufferCount; i++) {

       mBuffers[i] = new MemoryBase(mPreviewHeap,

i * mPreviewFrameSize, mPreviewFrameSize);

    }

}

从上面这段代码中可以发现，CameraHardwareStub对象创建的用于preView的内存结构是按图8-31所示的方式来组织的：

图8-31  CameraHardwareStub用于preView的内存结构图

其中：

·  BufferHeap的heap变量指向一块MemoryHeap，这就是mPreviewHeap。

·  在这块MemoryHeap上构建了4个MemoryBase。

（2）registerBuffers的分析

BufferHeap准备好后，要调用ISurface的registerBuffers函数，ISurface在SF端的真实类型是SurfaceLayerBuffer，所以要直接看它的实现，代码如下所示：

[-->LayerBuffer.cpp]

status_t LayerBuffer::SurfaceLayerBuffer::registerBuffers(

       const ISurface::BufferHeap& buffers)

{

   sp owner(getOwner());

if (owner != 0)

      //调用外部类对象的registerBuffers，所以SurfaceLayerBuffer也是一个Proxy哦。

       return owner->registerBuffers(buffers);

    returnNO_INIT;

}

//外部类是LayerBuffer，调用它的registerBuffers函数

status_t LayerBuffer::registerBuffers(constISurface::BufferHeap& buffers)

{

Mutex::Autolock _l(mLock);

//创建数据的来源BufferSource，注意我们其实把MemoryHeap设置上去了

   sp source = new BufferSource(*this, buffers);

   status_t result = source->getStatus();

    if(result == NO_ERROR) {

       mSource = source;//保存这个数据源为mSource。

    }

    returnresult;

}   

BufferSource，曾在图8-30中见识过，它内部有一个成员变量mBufferHeap指向传入的buffers参数，所以registerBuffers过后，就得到了图8-32：

图8-32  registerBuffers的结果示意图

请注意上图的箭头指向，不论中间有多少层封装，最终的数据存储区域还是mPreivewHeap。

2．数据的传输

至此，Buffer在SF和Camera两端都准备好了，那么数据是怎么从Camera传递到SF的呢？先来看数据源是怎么做的。

（1）数据传输的分析

CameraHardwareStub有一个preview线程，这个线程会做什么呢？代码如下所示：

[-->CameraHardwareStub.cpp]

//preview线程从Thread类派生，下面这个函数在threadLoop中循环调用

int CameraHardwareStub::previewThread()

{

mLock.lock();

//每次进来mCurrentPreviewFrame都会加1

   ssize_t offset = mCurrentPreviewFrame * mPreviewFrameSize;

 

  sp heap = mPreviewHeap;

 

  FakeCamera* fakeCamera = mFakeCamera;//虚拟的摄像机设备

   //从mBuffers中取一块内存，用于接收来自硬件的数据

   spbuffer = 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

 

        //下面这个frame代表buffer在mPreviewHeap中的起始位置，还记得图8-31吗？

       //四块MemoryBase的起始位置由下面这个代码计算得来

       uint8_t *frame = ((uint8_t *)base) + offset;

        //取出一帧数据，放到对应的MemoryBase中

       fakeCamera->getNextFrameAsYuv422(frame);

        //①把含有帧数据的buffer传递到上层

        if(mMsgEnabled & CAMERA_MSG_PREVIEW_FRAME)

           mDataCb(CAMERA_MSG_PREVIEW_FRAME, buffer, mCallbackCookie);

 

       //mCurrentPreviewFrame 递增，在0到3之间循环

       mCurrentPreviewFrame = (mCurrentPreviewFrame + 1) % kBufferCount;

       usleep(delay);//模拟真实硬件的延时

    }

 

    returnNO_ERROR;

}

读者是否明白Camera preview的工作原理了？就是从四块内存中取一块出来接收数据，然后再把这块内存传递到上层去处理。从缓冲使用的角度来看，mBuffers数组构成了一个成员个数为四的缓冲队列。preview通过mData这个回调函数，把数据传递到上层，而CameraService实现了mData这个回调函数，这个回调函数最终会调用handlePreviewData，直接看handlePreviewData即可，代码如下所示：

[-->CameraService.cpp]

voidCameraService::Client::handlePreviewData(const sp& mem)

{ 

   ssize_t offset;

size_t size;

//注意传入的mem参数，它实际上是Camera HAL创建的mBuffers数组中的一个

//offset返回的是这个数组在mPreviewHeap中的偏移量

   sp heap = mem->getMemory(&offset, &size);

    if (!mUseOverlay)

    {

       Mutex::Autolock surfaceLock(mSurfaceLock);

        if(mSurface != NULL) {

           //调用ISurface的postBuffer，注意我们传入的参数是offset。

           mSurface->postBuffer(offset);

        }

}

......

}

上面的代码是什么意思？我们到底给ISurface传什么了？答案很明显：

·  handlePreviewData就是传递了一个偏移量，这个偏移量是mBuffers数组成员的首地址。可用图8-33来表示：

图8-33  handlePreviewData示意图

有了图8-33，读者明白数据传递的工作原理了吗？

下面看SurfaceLayerBuffer的postBuffer函数，不过它只是一个小小的代理，真正的工作由外部类LayerBuffer完成，直接看它好了，代码如下所示：

[-->LayerBuffer.cpp]

void LayerBuffer::postBuffer(ssize_t offset)

{

   sp source(getSource());//getSource返回mSource，为BufferSource类型

    if(source != 0)

       source->postBuffer(offset);//调用BufferSource的postBuffer函数。

}

[-->LayerBuffer.cpp]

voidLayerBuffer::BufferSource::postBuffer(ssize_t offset)

{   

   ISurface::BufferHeap buffers;

    {

       Mutex::Autolock _l(mBufferSourceLock);

       buffers = mBufferHeap;//还记得图8-32吗？

        if(buffers.heap != 0) {

           //BufferHeap的heap变量指向MemoryHeap,下面取出它的大小

           const size_t memorySize = buffers.heap->getSize();

          //做一下检查，判断这个offset是不是有问题

           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;

if (buffers.heap != 0) {

    //创建一个LayerBuffer::Buffer

       buffer = new LayerBuffer::Buffer(buffers, offset, mBufferSize);

        if(buffer->getStatus() != NO_ERROR)

           buffer.clear();

       setBuffer(buffer);//setBuffer？我们要看看

//mLayer就是外部类LayerBuffer，调用它的invalidate函数将触发SF的重绘

       mLayer.invalidate();

    }

}

 

void LayerBuffer::BufferSource::setBuffer(

const sp& buffer)

{

  //setBuffer函数就是简单地将new出来的Buffer设置给成员变量mBuffer，这么做会有问题吗？Mutex::Autolock_l(mBufferSourceLock);

   mBuffer = buffer; //将新的buffer设置为mBuffer，mBuffer原来指向的那个被delete

}

从数据生产者角度看，postBuffer函数将不断地new一个Buffer出来，然后将它赋值给成员变量mBuffer，也就是说，mBuffer会不断变化。现在从缓冲的角度来思考一下这种情况的结果：

·  数据生产者有一个含四个成员的缓冲队列，也就是mBuffers数组。

·  而数据消费者只有一个mBuffer。

这种情况会有什么后果呢？请记住这个问题，我们到最后再来揭示。下面先看mBuffer的类型Buffer是什么。

（2）数据使用的分析

Buffer被定义成LayerBuffer的内部类，代码如下所示：

[-->LayerBuffer.cpp]

LayerBuffer::Buffer::Buffer(constISurface::BufferHeap& buffers,

       ssize_t offset, size_t bufferSize)

    :mBufferHeap(buffers), mSupportsCopybit(false)

{

   //注意，这个src被定义为引用，所以修改src的信息相当于修改mNativeBuffer的信息

   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;

    //这个base将指向对应的内存起始地址

   src.img.base    =(void*)(intptr_t(buffers.heap->base()) + offset);

    src.img.handle  = 0;

    gralloc_module_tconst * module = LayerBuffer::getGrallocModule();

    //做一些处理，有兴趣的读者可以去看看。

    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的定义，其中最重要的就是这个mNativeBuffer了，它实际上保存了mBuffers数组成员的首地址。

下面看绘图函数，也就是LayerBuffer的onDraw函数，这个函数由SF的工作线程调用，代码如下所示：

[-->LayerBuffer.cpp]

void LayerBuffer::onDraw(const Region& clip)const

{

   sp source(getSource());

    if(LIKELY(source != 0)) {

       source->onDraw(clip);//source实际类型是BufferSource，我们去看看。

    } else{

       clearWithOpenGL(clip);

    }

}

void LayerBuffer::BufferSource::onDraw(constRegion& clip) const

{

   sp ourBuffer(getBuffer());

    ......//使用这个Buffer，注意使用的时候没有锁控制

    mLayer.drawWithOpenGL(clip, mTexture);//生成一个贴图，然后绘制它

 }

其中getBuffer函数返回mBuffer，代码如下所示：

spLayerBuffer::BufferSource::getBuffer() const

{

    Mutex::Autolock_l(mBufferSourceLock);

    returnmBuffer;

}

从上面的代码中能发现，mBuffer的使用并没有锁的控制，这会导致什么问题发生呢？请再次回到前面曾强调要记住的那个问题。此时生产者的队列有四个元素，而消费者的队列只有一个元素，它可用图8-34来表示：

图8-34  数据传递的问题示意图

从上图可以知道：

·  使用者使用mBuffer，这是在SF的工作线程中做到的。假设mBuffer实际指向的内存为mBuffers[0]。

·  数据生产者循环更新mBuffers数组各个成员的数据内容，这是在另外一个线程中完成的。由于这两个线程之间没有锁同步，这就造成了当使用者还在使用mBuffers[0]时，生产者又更新了mBuffers[0]。这会在屏幕上产生混杂的图像。

经过实际测试得知，如果给数据使用端加上一定延时，屏幕就会出现不连续的画面，即前一帧和后一帧的数据混杂在一起输出。

从代码的分析来看，这种方式确实有问题。我在真实设备上测试的结果，也在一定程度上验证了这一点。通过修改LayerBuffer来解决这问题的难度比较大，是否可在读写具体缓存时加上同步控制呢（例如使用mBuffers[0]的时候调用一下lock，用完后调用unlock）？这样就不用修改LayerBuffer了。读者可再深入研究这个问题。

8.7  本章小结

本章可能是全书难度最大的一章了。在这一章的讲解中，我们把打通任督二脉做为破解Surface系统的突破口：

·  应用程序和Surface的关系，这是任脉。

·  Surface和SurfaceFlinger的关系，这是督脉。

其中，打通任脉的过程是比较曲折的，从应用程序的Activity开始，一路追踪到ViewRoot、WindowManagerService。任脉被打通后，还只是解决了Java层的问题，而督脉则集中在Native层。在必杀技aidl工具的帮助下，我们首先成功找到了Surface乾坤大挪移的踪迹。此后在精简流程方法的帮助下，乘胜追击，对Surface以及SurfaceFlinger进行了深入分析。我希望读者在阅读过程中，也要把握流程，这样就不至于迷失在代码中了。

在拓展部分，对Surface系统中CB对象的工作流程、ViewRoot的一些问题、以及LayerBuffer进行了较为详细的介绍。
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作者：阿拉神农 
来源：CSDN 
原文：https://blog.csdn.net/innost/article/details/47208337 
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