自定义控件三部曲之绘图篇（十）——Paint之setXfermode(一)
前言：
不应该一路失望
又一路等待
时间它说
世界还有不同的海
但不要告诉我
现实它很坏
我想看看
自己的能耐
——莫文蔚《境外》
一、GPU硬件加速
1、概述
GPU英文全称Graphic Processing Unit，中文翻译为“图形处理器”。与CPU不同，GPU是专门为处理图形任务而产生的芯片。在GPU出现之前，CPU一直负责着所有的运算工作，CPU的架构是有利于X86指令集的串行架构，CPU从设计思路上适合尽可能快的完成一个任务。但当面对类似多媒体、图形图像处理类型的任务时，就显得力不从心。因为在多媒体计算中通常要求更高的运算密度、多并发线程和频繁地存储器访问；显然当你打游戏时，屏幕上的动画是需要实时刷新的，这些都需要频繁的计算、存取动作；如果CPU不能及时响应，那么屏幕就会显得很卡……你的队友可能会发一句……我等的花都谢了，你咋还不动呢……
为了专门处理多媒体的计算、存储任务，GPU就应运而生了，GPU中自带处理器和存储器，以用来专门计算和存储多媒体任务。
对于Andorid来讲，在API 11之前是没有GPU的概念的，在API 11之后，在程序集中加入了对GPU加速的支持，在API 14之后，硬件加速是默认开启的！我们可以显式地强制图像计算时使用GPU而不使用CPU.
在CPU绘制和GPU绘制时，在流程上是有区别的：
在基于软件的绘制模型下，CPU主导绘图，视图按照两个步骤绘制：
- 让View层次结构失效
- 绘制View层次结构
- 让View层次结构失效
- 记录、更新显示列表
- 绘制显示列表
所以使用GPU加速的优点显而易见：硬件加速提高了Android系统显示和刷新的速度；
它有缺点也显而易见：
1、 兼容性问题:由于是将绘制函数转换成OpenGL命令来绘制，定然会存在OpenGL并不能完全支持原始绘制函数的问题，所以这就会造成在打开GPU加速时，效果会失效的问题。
2、内存消耗问题:由于需要OpenGL的指令，所以需要把系统中的OpenGL相关的包加载到内存中来，所以单纯OpenGL API调用就会占用8MB，而实际上会占用更多内存；
3、电量消耗问题:多使用了一个部件，当然会更耗电……
下图显示了一些特殊函数硬件加速开始支持的平台等级：（红叉表示任何平台都不支持，不在列表中的默认在API 11就开始支持）
图片摘自《google官方文档：硬件加速》
我再重复一遍，上面我们涉及了两个API等级，在API 11以后，在程序集中加入了对GPU加速的支持，在API 14之后，硬件加速是默认开启的！也就是说在API 11——API 13虽然是支持硬件加速的，但是默认是关闭的。
2、禁用GPU硬件加速方法
那么问题就来了，如果你的APP跑在API 14版本以后，而你洽好要用那些不支持硬件加速的函数要怎么办？那就只好禁用硬件加速喽，针对不同类型的东东，Android给我们提供了不同的禁用方法：
硬件加速分全局（Application）、Activity、Window、View 四个层级
1.在AndroidManifest.xml文件为application标签添加如下的属性即可为整个应用程序开启/关闭硬件加速：
<application android:hardwareAccelerated="true" ...>2.在Activity 标签下使用 hardwareAccelerated 属性开启或关闭硬件加速：
<activity android:hardwareAccelerated="false" />3. 在Window 层级使用如下代码开启硬件加速：(Window层级不支持关闭硬件加速)
getWindow().setFlags( WindowManager.LayoutParams.FLAG_HARDWARE_ACCELERATED, WindowManager.LayoutParams.FLAG_HARDWARE_ACCELERATED);4.View 级别如下关闭硬件加速：（view 层级上不支持开启硬件加速）
setLayerType(View.LAYER_TYPE_SOFTWARE, null);或者使用android:layerType=”software”来关闭硬件加速：比如
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
android:layout_width="fill_parent"
android:layout_height="fill_parent"
android:orientation="vertical"
android:paddingLeft="2dp"
android:layerType="software"
android:paddingRight="2dp" >
二、setXfermode(Xfermode xfermode)之AvoidXfermode
这个函数是图像混合里最难的一个了，它的功能也是相当强大的，这个模式叫做图形混合模式。与setColorFilter一样，派生自Xfermode的有三个类：
1、概述——基本流程
从上面可以看出，派生自Xfermode的有AvoidXfermode，PixelXorXfermode，PorterDuffXfermode;从硬件加速不支持的函数列表中，我们可以看到AvoidXfermode，PixelXorXfermode是完全不支持的，而PorterDuffXfermode是部分不支持的。
所以在使用Xfermode时，为了保险起见，我们需要做两件事：
1、禁用硬件加速：
setLayerType(View.LAYER_TYPE_SOFTWARE, null);2、使用离屏绘制
//新建图层 int layerID = canvas.saveLayer(0,0,width,height,mPaint,Canvas.ALL_SAVE_FLAG); //TODO 核心绘制代码 //还原图层 canvas.restoreToCount(layerID);有关离屏绘制的原因，这节就先不给大家引申了，后面会单独拉出来两篇文章讲离屏绘制，大家只需要知道，我们需要把绘制的核心代码放在saveLayer()和restoreToCount()之间即可。
下面我们先简单讲解AvoidXfermode的用法，然后写个例子，看下SetXfermode()的使用方法和效果
AvoidXfermode的声明如下：
public AvoidXfermode(int opColor, int tolerance, Mode mode)当Mode取Mode.TARGET时，它的意义表示将opColor参数所指定的颜色替换成画笔的颜色。
- 第一个参数opColor：一个16进制的AARRGGBB的颜色值；
- 第二个参数tolerance：表示容差，这个概念我们后面再细讲
- 第三个参数mode：取值有两个Mode.TARGET和Mode.AVOID；这里我们先知道Mode.TARGET的意义就可以了，Mode.TARGET表示将指定的颜色替换掉
然后我们把小狗身上白色的地方换成红色
效果图如下：
看下代码实现：
public class MyView extends View {
private Paint mPaint;
private Bitmap mBmp;
public MyView(Context context, AttributeSet attrs) {
super(context, attrs);
mPaint = new Paint();
mBmp = BitmapFactory.decodeResource(getResources(),R.drawable.dog);
setLayerType(View.LAYER_TYPE_SOFTWARE, null);
}
@Override
protected void onDraw(Canvas canvas) {
super.onDraw(canvas);
int width = 500;
int height = width * mBmp.getHeight()/mBmp.getWidth();
mPaint.setColor(Color.RED);
int layerID = canvas.saveLayer(0,0,width,height,mPaint,Canvas.ALL_SAVE_FLAG);
canvas.drawBitmap(mBmp,null,new Rect(0,0,width,height),mPaint);
mPaint.setXfermode(new AvoidXfermode(Color.WHITE,100, AvoidXfermode.Mode.TARGET));
canvas.drawRect(0,0,width,height,mPaint);
canvas.restoreToCount(layerID);
}
}除了禁用硬件加速和离屏绘制，最关键的代码就是在离屏绘制中间的部分：
canvas.drawBitmap(mBmp,null,new Rect(0,0,width,height),mPaint); mPaint.setXfermode(new AvoidXfermode(Color.WHITE,100, AvoidXfermode.Mode.TARGET)); canvas.drawRect(0,0,width,height,mPaint);这段代码只有三句话，看起来很容易理解的样子，其实不然……下面我们就来看看它是怎么来做的吧。
第一句：画一个小狗的bitmap
canvas.drawBitmap(mBmp,null,new Rect(0,0,width,height),mPaint);所以此时的屏幕应该是这样子的：
第二句：是找选区
mPaint.setXfermode(new AvoidXfermode(Color.WHITE,100, AvoidXfermode.Mode.TARGET));这一点与Photoshop是类似的，就是以白色为目标色，容差为100找到对应的选区；
容差是以颜色差异为基础的，任何两个颜色之间的颜色差异是从0-255的范围内的。具体两个颜色之间的差异的的数值为多少是需要靠公式来计算的： 《维基百科：颜色差异》
而容差的概念就是指与目标色所能容忍的最大颜色差异，所以容差越大，所覆盖的颜色区域就越大；所以当容差为0时，就表示只选择与目标色一模一样的颜色区域；当容差为100时，就表示与目标色值的颜色差异在100范围内的都是可以的；而由于最大的颜色差异是255，所以当我们的容差是255时，所有的颜色都将被选中；
我们使用Photoshop来演示下：
在Photoshop中，有个魔棒工具，它有一个容差的参数，默认是0；指的是只与目标色一致的颜色。我们分别看下当容差为100和容差为255的区域选择范围：
从效果图中可以看出，当容差为100时，只选中白色周边的颜色，而当容差为255时，会选中全图;
第三句：将目标图像对应选区的图像更新到原图上
在拿到选区以后，我们又画了一个纯红的与小狗图片一样大的图片：
canvas.drawRect(0,0,width,height,mPaint);这句的意思就是把这个纯红色对应选区的图片截取后，覆盖到原图片上面
下面我们使用Photoshop来演示下这个过程：
最后我们再来对比下我们代码产生的效果图：
看起来差不多，但是使用photoshop选中的区域会更多一点。这是为什么呢？
这是因为android中计算颜色差值的算法与photoshop的不一样。
前面我们讲了颜色差异的最大值是255，所以当容差为255时，选区应该是整个小狗图片；所以做出来的效果应该是红色会把整个图片覆盖，效果图应该是如下的：
使用photoshop来演示这个过程如下：
而使用代码出来的情况却是这样的：
对应的代码如下
protected void onDraw(Canvas canvas) {
super.onDraw(canvas);
int width = 500;
int height = width * mBmp.getHeight()/mBmp.getWidth();
mPaint.setColor(Color.RED);
int layerID = canvas.saveLayer(0,0,width,height,mPaint,Canvas.ALL_SAVE_FLAG);
canvas.drawBitmap(mBmp,null,new Rect(0,0,width,height),mPaint);
mPaint.setXfermode(new AvoidXfermode(Color.WHITE,255, AvoidXfermode.Mode.TARGET));
canvas.drawRect(0,0,width,height,mPaint);
canvas.restoreToCount(layerID);
}明显可以看出，红色并没有完全覆盖整个图片，仍然也只是一部分；这就是Android比较蛋疼的地方，做出来的效果与Photoshop不一致，这就因为android中计算颜色差值的算法与photoshop的不一样,photoshop中当容差为255时表示选中所有颜色，而在android中却不是！所以选区的大小也只能靠猜……至于Android是如何来计算两个颜色之间差异的，我也懒得去找了，在现实使用中的地方比较少，一般会用来用一个图片替换另一个图片中的一部分，比如上面的，我们需要把两张图片溶合
我另外做了一张图片，加了些半透明的小红花，图片背景色设为白色；
然后利用代码将第二张图片替换小狗身上的白色位置：
protected void onDraw(Canvas canvas) {
super.onDraw(canvas);
int width = 500;
int height = width * mBmp.getHeight()/mBmp.getWidth();
mPaint.setColor(Color.RED);
int layerID = canvas.saveLayer(0,0,width,height,mPaint,Canvas.ALL_SAVE_FLAG);
canvas.drawBitmap(mBmp,null,new Rect(0,0,width,height),mPaint);
mPaint.setXfermode(new AvoidXfermode(Color.WHITE,100, AvoidXfermode.Mode.TARGET));
canvas.drawBitmap(BitmapFactory.decodeResource(getResources(),R.drawable.flower_2),null,new Rect(0,0,width,height),mPaint);
canvas.restoreToCount(layerID);
}效果图如下：
就效果图来看，替换效果还是可以的。
2、canvas脏区域更新原理
上面我们讲到“第三句：将目标图像对应选区的图像更新到原图上”时讲到，在拿到选区以后，把第二张图片所对应的选区的图片直接截取后，覆盖到原图片上面其实，这个“覆盖”是不正确的，其实Android在绘图时会先检查该画笔Paint对象有没有设置Xfermode，如果没有设置Xfermode，那么直接将绘制的图形覆盖Canvas对应位置原有的像素；如果设置了Xfermode，那么会按照Xfermode具体的规则来更新Canvas中对应位置的像素颜色。
所以对于AvoidXfermode而言，这个规则就是先把把目标区域（选区）中的颜色值先清空，然后再把目标颜色给替换上；
我们再来做个示例,我们把Activity的背景色设置为纯蓝色，而我们如果把选区设置为透明色以后，结果会怎样
(1)、先将Activity的背景色设置为纯蓝色
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
android:orientation="vertical"
android:layout_width="fill_parent"
android:layout_height="fill_parent"
android:background="#0000ff"
>
<com.harvic.BlogXMode.MyView
android:layout_width="wrap_content"
android:layout_height="wrap_content"/>
</LinearLayout>
（2）、然后将选区填充为纯透明
public class MyView extends View {
private Paint mPaint;
private Bitmap mBmp;
public MyView(Context context, AttributeSet attrs) {
super(context, attrs);
mPaint = new Paint();
mBmp = BitmapFactory.decodeResource(getResources(),R.drawable.dog);
setLayerType(View.LAYER_TYPE_SOFTWARE, null);
}
@Override
protected void onDraw(Canvas canvas) {
super.onDraw(canvas);
int width = 500;
int height = width * mBmp.getHeight()/mBmp.getWidth();
int layerID = canvas.saveLayer(0,0,width,height,mPaint,Canvas.ALL_SAVE_FLAG);
canvas.drawBitmap(mBmp,null,new Rect(0,0,width,height),mPaint);
mPaint.setXfermode(new AvoidXfermode(Color.WHITE,100, AvoidXfermode.Mode.TARGET));
//将画笔设置为纯透明
mPaint.setARGB(0x00,0xff,0xff,0xff);
canvas.drawRect(0,0,width,height,mPaint);
canvas.restoreToCount(layerID);
}
}
效果图如下：
这段代码不难理解，所以正是由于把选区改为了全透明，所以才露出底部Activity的背景色。
所以这也证明了，我们提到的canvas的脏区域更新原理：
如果没有设置Xfermode，那么直接将绘制的图形覆盖Canvas对应位置原有的像素；如果设置了Xfermode，那么会按照Xfermode具体的规则来更新Canvas中对应位置的像素颜色。
所以对于AvoidXfermode而言，这个规则就是先把把目标区域（选区）中的颜色值先清空，然后再把目标颜色给替换上；