Android硬件加速

概述

从Android 3.0开始（API L11），Android开始全面使用硬件加速来进行2D渲染，硬件加速是指Android中在View上进行绘制的图形图像都使用GPU来进行绘制，使用硬件加速，在大部分时候都让绘制更加流畅，但付出的代价是需要消耗更多的内存资源。

硬件加速在API L14之上是默认开启的，对于基本的View绘制，通过硬件加速可以增加绘图的流程性，但是要注意的是，并不是所有的2D图形绘制API都支持硬件加速。

通过开发者选项中的“强制进行GPU渲染”，用户可以为全局打开硬件加速。在3.0 以上的Android中，系统已经对大部分动画都进行了硬件加速。

名词解释

• GPU：Graphic Processing Unit （图形处理器）
• OpenGL：Open Graphic Library 定义了一个跨编程语言、跨平台的编程接口的规格，不同厂商会有不同的实现方法，它主要用于三维图象（二维的亦可）绘制。
• SurfaceFlinger：Android中负责Surface之间叠加、混合操作的动态库
• Skia：Android中的2D图形库

控制硬件加速

由于硬件加速对某些2D绘图API的不支持，所以Android系统提供了四种级别的控制方式。

Application级别

在应用的Android清单文件中，把下列属性添加到<application>元素中，来开启整个应用程序的硬件加速，代码如下所示：

android:hardwareAccelerated="true"

Activity级别

比整个App范围稍小，我们可以在Activity范围内进行控制，代码如下所示：

android:hardwareAccelerated="true"

Window级别

针对单个的Window，Android同样可以控制硬件加速，代码如下所示：

getWindow().setFlags(
        WindowManager.LayoutParams.FLAG_HARDWARE_ACCELERATED,
        WindowManager.LayoutParams.FLAG_HARDWARE_ACCELERATED);

但是对Window来说，Android无法禁止硬件加速。

View级别

View级别是用的最多的控制硬件加速的级别，我们可以通过如下所示的代码来禁止硬件加速：

setLayerType(View.LAYER_TYPE_SOFTWARE, null);

与Window级别相反，我们无法在View级别开启硬件加速。

判断View是否已开启硬件加速

判断View是否支持硬件加速一般有如下所示的两种方法：

View.isHardwareAccelerated()
Canvas.isHardwareAccelerated()

尽量使用Canvas对象的判断方法。

Android绘图模式

相对于是否开启硬件加速模式，Android的绘图模式被分为两种——基于软件的绘图模式与基于硬件的绘图模式。

基于软件的绘图模式

基于软件的绘图模式在重绘View时，需要如下两个过程：

• Invalidate the hierarchy
• Draw the hierarchy

需要进行重绘时，系统发出invalidate()信号，并在View视图树中进行传递，计算需要重新绘制的区域，但是这种绘图方式有两个不足：

1. 当我们只需要重绘视图树中的一个View时，视图树中的View都将进行重绘，而且遍历视图树也浪费大量时间。例如一个ViewA在另一个ViewB之上，即使B没有发生变化，重绘A的时候，B也会重绘。

2. 这种方式隐藏了绘制中的bug，例如上面的例子中，由于ViewA、ViewB相互重叠，有需要重绘的the dirty region，那么如果B忘记了进行重绘的逻辑，那么A进行重绘的时候，就会将B重绘，也就是说使用错误的行为来得到了正确的现象。正是因为这个原因，开发者需要保证在View需要发生重绘时，调用正确的invalidate()方法。

基于硬件的绘图模式

基于硬件的绘图方式同样使用invalidate()信号来进行重绘，但其绘制和渲染的方式不同。Android内部维护一个display list用于记录视图树的显示状态。当收到invalidate()信号时，系统只需要更改需要重绘的视图的display list，而其他未发生改变的视图只需要使用原来的display list即可，整个过程分为三部分：

• Invalidate the hierarchy
• Record and update display lists
• Draw the display lists

使用这种方式，就可以避免软件绘图中第二点的bug。

例如，假设有一个包含了一个Button对象的ListView对象的LinearLayout布局，那么LinearLayout布局的显示列表如下：

1. DrawDisplayList(ListView);

2.DrawDisplayList(Button)

假设现在要改变ListView对象的不透明度，那么在调用ListView对象的setAlpha(0.5f)方法时，显示列表就包含了以下处理：

1.SaveLayerAlpha(0.5);

2.DrawDisplayList(ListView);

3. Restore；

4.DrawDisplayList(Button)

不支持硬件加速的绘图方法

如果应用程序受到这些错误的功能或限制的影响，那么能够通过调用setLayerType(View.LAYER_TYPE_SOFTWARE, null)方法针对应用程序受到影响的部分来关闭硬件加速。

具体哪些方法不支持硬件加速可以参考Google开发者网站上的这篇文档 http://developer.android.com/guide/topics/graphics/hardware-accel.html

View Layers

在所有的Android版本中，View都可以通过Canvas.saveLayer()方法来获得离屏缓冲的能力，离屏缓冲区或层有多种用途，特别是在呈现复杂的动画或使用组合效果时，能够获得更好的性能。例如，使用Canvas.saveLayer()可以实现淡入淡出的效果，先暂时把一个View对象渲染在一个层中，然后把它和不透明因子合成到屏幕上显示。

从Android3.0（API Level 11）开始，用View.setLayerType()方法使用层的方式和时机会更多的控制。这个API需要两个参数：一个是层的类型，另一个是可选的，用于描述层应该如何被合成的Paint对象。能够使用这个Paint对象来进行颜色过滤、特殊的混合模式、或者层的透明度。View对象能够使用以下三种层类型：

• LAYER_TYPE_NONE：View对象用普通的方式来呈现，并且不是由屏幕外缓存来返回的。这种类型是默认的行为；
• LAYER_TYPE_HARDWARE：如果应用程序是硬件加速的，那么该View对象被呈现在硬件的一个硬件纹理中。如果没有被硬件加速，那么这种层类型的行为与LAYER_TYPE_SOFTWARE相同。
• LAYER_TYPE_SOFTWARE：View对象会被呈现在软件的一个位图中。

使用哪种层的类型，依赖以下目标：

• 性能：使用硬件层类型，把View呈现到一个硬件纹理中。一旦该View对象被呈现到一个层中，那么它的绘图代码直到调用该View对象的invalidate()方法时才会被执行。对于某些动画，如alpha动画，就能够直接使用该层，这么做对于GPU来说是非常高效的。
•  视觉效果：使用硬件或软件层类型和一个Paint对象，能够把一些特殊的视觉处理应用给一个View对象。例如，使用ColorMatrixColorFilter对象绘制一个黑白相间的View对象。
•  兼容性：使用软件层类型会强制把一个View对象呈现在软件中。如果View对象被硬件加速（例如，如果整个应用程序都被硬件加速）发生呈现问题，那么使用软件层类型来解决硬件呈现管道的限制是一个容易的方法。

View layers and animations

当应用层使用硬件加速的时候，手机显示硬件可以让动画、显示效果更加平滑。如果你的动画效果不够流畅，那么就需要考虑在View层面上使用硬件加速来进行优化。在Android中，有些视图操作使用硬件加速是非常高效的，因为这些操作不需要让对象失效后重绘，例如：

1. alpha：改变层的透明度

2. x,y,translation,translation：改变层的位置

3. scaleX,scaleY：改变成的缩放

4. rotation,rotation,rotationY：改变3D空间中视图的方向

5. pivotX,pivotY：改变层的变换控制点

对于以上属性的动画，在开启硬件加速后将会得到非常高效的绘制，下面的代码展示了如何高效的在3D空间中围绕Y轴旋转View对象，代码如下所示：

view.setLayerType(View.LAYER_TYPE_HARDWARE,null);
ObjectAnimator.ofFloat(view,"rotationY",180).start();

但是由于硬件加速会消耗系统内存，因此强烈建议在动画结束后取消硬件加速，代码如下所示：

View.setLayerType(View.LAYER_TYPE_HARDWARE, null);
ObjectAnimator animator = ObjectAnimator.ofFloat(view, "rotationY", 180);
animator.addListener(new AnimatorListenerAdapter() {
    @Override
    public void onAnimationEnd(Animator animation) {
        view.setLayerType(View.LAYER_TYPE_NONE, null);
    }
});
animator.start();

硬件加速的缺点

当我们使用硬件加速时，会消耗更多的内存（将近4倍），如果分给应用的内存没有这么多，那么就会从系统剩于内存中进行划分，因此，硬件加速不适用于系统的核心进程。好的应用，应该在硬件加速（GPU）与软件绘制（CPU）中找到平衡点。

        另外，需要注意的是，App中进行UI渲染是无法使用并发的，多核心无法带来显示上的性能提升。同时，分辨率也是影响流畅度的一个非常重要的方面，为了能够在更高的分辨率上进行流畅的绘制效果，那么就需要使用更加强大的GPU进行渲染。