Android控件-SurfaceView

在前面Android控件TextView的实现原理分析一文中提到，普通的Android控件，例如TextView、Button和CheckBox等，它们都是将自己的UI绘制在宿主窗口的绘图表面之上，这意味着它们的UI是在应用程序的主线程中进行绘制的。由于应用程序的主线程除了要绘制UI之外，还需要及时地响应用户输入，否则的话，系统就会认为应用程序没有响应了，因此就会弹出一个ANR对话框出来。对于一些游戏画面，或者摄像头预览、视频播放来说，它们的UI都比较复杂，而且要求能够进行高效的绘制，因此，它们的UI就不适合在应用程序的主线程中进行绘制。这时候就必须要给那些需要复杂而高效UI的视图生成一个独立的绘图表面，以及使用一个独立的线程来绘制这些视图的UI。

        在前面Android应用程序与SurfaceFlinger服务的关系概述和学习计划和Android系统Surface机制的SurfaceFlinger服务简要介绍和学习计划这两个系统的文章中，我们主要分析了Android应用程序窗口是如何通过SurfaceFlinger服务来绘制自己的UI的。一般来说，每一个窗口在SurfaceFlinger服务中都对应有一个Layer，用来描述它的绘图表面。对于那些具有SurfaceView的窗口来说，每一个SurfaceView在SurfaceFlinger服务中还对应有一个独立的Layer或者LayerBuffer，用来单独描述它的绘图表面，以区别于它的宿主窗口的绘图表面。

        无论是LayerBuffer，还是Layer，它们都是以LayerBase为基类的，也就是说，SurfaceFlinger服务把所有的LayerBuffer和Layer都抽象为LayerBase，因此就可以用统一的流程来绘制和合成它们的UI。由于LayerBuffer的绘制和合成与Layer的绘制和合成是类似的，因此本文不打算对LayerBuffer的绘制和合成操作进行分析。需要深入理解LayerBuffer的绘制和合成操作的，可以参考Android应用程序与SurfaceFlinger服务的关系概述和学习计划和Android系统Surface机制的SurfaceFlinger服务简要介绍和学习计划这两个系统的文章。

        为了接下来可以方便地描述SurfaceView的实现原理分析，我们假设在一个Activity窗口的视图结构中，除了有一个DecorView顶层视图之外，还有两个TextView控件，以及一个SurfaceView视图，这样该Activity窗口在SurfaceFlinger服务中就对应有两个Layer或者一个Layer的一个LayerBuffer，如图1所示

                    图1 SurfaceView及其宿主Activity窗口的绘图表面示意图

在图1中，Activity窗口的顶层视图DecorView及其两个TextView控件的UI都是绘制在SurfaceFlinger服务中的同一个Layer上面的，而SurfaceView的UI是绘制在SurfaceFlinger服务中的另外一个Layer或者LayerBuffer上的。

         注意，用来描述SurfaceView的Layer或者LayerBuffer的Z轴位置是小于用来其宿主Activity窗口的Layer的Z轴位置的，但是前者会在后者的上面挖一个“洞”出来，以便它的UI可以对用户可见。实际上，SurfaceView在其宿主Activity窗口上所挖的“洞”只不过是在其宿主Activity窗口上设置了一块透明区域。

        从总体上描述了SurfaceView的大致实现原理之后，接下来我们就详细分析它的具体实现过程，包括它的绘图表面的创建过程、在宿主窗口上面进行挖洞的过程，以及绘制过程。

        1. SurfaceView的绘图表面的创建过程

        由于SurfaceView具有独立的绘图表面，因此，在它的UI内容可以绘制之前，我们首先要将它的绘图表面创建出来。尽管SurfaceView不与它的宿主窗口共享同一个绘图表面，但是它仍然是属于宿主窗口的视图结构的一个结点的，也就是说，SurfaceView仍然是会参与到宿主窗口的某些执行流程中去。

        从前面Android应用程序窗口（Activity）的绘图表面（Surface）的创建过程分析一文可以知道，每当一个窗口需要刷新UI时，就会调用ViewRoot类的成员函数performTraversals。ViewRoot类的成员函数performTraversals在执行的过程中，如果发现当前窗口的绘图表面还没有创建，或者发现当前窗口的绘图表面已经失效了，那么就会请求WindowManagerService服务创建一个新的绘图表面，同时，它还会通过一系列的回调函数来让嵌入在窗口里面的SurfaceView有机会创建自己的绘图表面。

       接下来，我们就从ViewRoot类的成员函数performTraversals开始，分析SurfaceView的绘图表面的创建过程，如图2所示：

                                                    图2 SurfaceView的绘图表面的创建过程

这个过程可以分为8个步骤，接下来我们就详细分析每一个步骤。

Step 1. ViewRoot.performTraversals

Step 2. ViewGroup.dispatchAttachedToWindow

 Step 3. View.dispatchAttachedToWindow

Step 4. SurfaceView.onAttachedToWindow

Step 5. ViewGroup.dispatchWindowVisibilityChanged

 Step 6. View.dispatchWindowVisibilityChanged

 Step 7. SurfaceView.onWindowVisibilityChanged

 Step 8. SurfaceView.updateWindow

 2. SurfaceView的挖洞过程

         SurfaceView的窗口类型一般都是TYPE_APPLICATION_MEDIA或者TYPE_APPLICATION_MEDIA_OVERLAY，也就是说，它的Z轴位置是小于其宿主窗口的Z位置的。为了保证SurfaceView的UI是可见的，SurfaceView就需要在其宿主窗口的上面挖一个洞出来，实际上就是在其宿主窗口的绘图表面上设置一块透明区域，以便可以将自己显示出来。

        从SurfaceView的绘图表面的创建过程可以知道，SurfaceView在被附加到宿主窗口之上的时候，会请求在宿主窗口上设置透明区域，而每当其宿主窗口刷新自己的UI的时候，就会将所有嵌入在它里面的SurfaceView所设置的透明区域收集起来，然后再通知WindowManagerService服务为其设置一个总的透明区域。

        从SurfaceView的绘图表面的创建过程可以知道，SurfaceView在被附加到宿主窗口之上的时候，SurfaceView类的成员函数onAttachedToWindow就会被调用。SurfaceView类的成员函数onAttachedToWindow在被调用的期间，就会请求在宿主窗口上设置透明区域。接下来，我们就从SurfaceView类的成员函数onAttachedToWindow开始，分析SurfaceView的挖洞过程，如图3所示：

                                    图3 SurfaceView的挖洞过程

  3. SurfaceView的绘制过程

urfaceView虽然具有独立的绘图表面，不过它仍然是宿主窗口的视图结构中的一个结点，因此，它仍然是可以参与到宿主窗口的绘制流程中去的。从前面Android应用程序窗口（Activity）的测量（Measure）、布局（Layout）和绘制（Draw）过程分析一文可以知道，窗口在绘制的过程中，每一个子视图的成员函数draw或者dispatchDraw都会被调用到，以便它们可以绘制自己的UI。

        SurfaceView类的成员函数draw和dispatchDraw的实现如下所示：

SurfaceView类的成员函数draw和dispatchDraw的参数canvas所描述的都是建立在宿主窗口的绘图表面上的画布，因此，在这块画布上绘制的任何UI都是出现在宿主窗口的绘图表面上的。

        本来SurfaceView类的成员函数draw是用来将自己的UI绘制在宿主窗口的绘图表面上的，但是这里我们可以看到，如果当前正在处理的SurfaceView不是用作宿主窗口面板的时候，即其成员变量mWindowType的值不等于WindowManager.LayoutParams.TYPE_APPLICATION_PANEL的时候，SurfaceView类的成员函数draw只是简单地将它所占据的区域绘制为黑色。

        本来SurfaceView类的成员函数dispatchDraw是用来绘制SurfaceView的子视图的，但是这里我们同样看到，如果当前正在处理的SurfaceView不是用作宿主窗口面板的时候，那么SurfaceView类的成员函数dispatchDraw只是简单地将它所占据的区域绘制为黑色，同时，它还会通过调用另外一个成员函数updateWindow更新自己的UI，实际上就是请求WindowManagerService服务对自己的UI进行布局，以及创建绘图表面，具体可以参考前面第1部分的内容。

        从SurfaceView类的成员函数draw和dispatchDraw的实现就可以看出，SurfaceView在其宿主窗口的绘图表面上面所做的操作就是将自己所占据的区域绘为黑色，除此之外，就没有其它更多的操作了，这是因为SurfaceView的UI是要展现在它自己的绘图表面上面的。接下来我们就分析如何在SurfaceView的绘图表面上面进行UI绘制。

        从前面Android应用程序窗口（Activity）的测量（Measure）、布局（Layout）和绘制（Draw）过程分析一文可以知道，如果要在一个绘图表面进行UI绘制，那么就顺序执行以下的操作：

        (1). 在绘图表面的基础上建立一块画布，即获得一个Canvas对象。

        (2). 利用Canvas类提供的绘图接口在前面获得的画布上绘制任意的UI。

        (3). 将已经填充好了UI数据的画布缓冲区提交给SurfaceFlinger服务，以便SurfaceFlinger服务可以它合成到屏幕上去。

        SurfaceView提供了一个SurfaceHolder接口，通过这个SurfaceHolder接口就可以执行上述的第(1)和引(3)个操作，示例代码如下所示：