Android 重学系列 View的绘制流程(六) 硬件渲染(上)

Posted 2023-03-07

参考技术A 本文开始聊聊android中的硬件渲染。如果跟着我的文章顺序，从SF进程到App进程的绘制流程一直阅读，我们到这里已经有了一定的基础，可以试着进行横向比对如Chrome浏览器渲染流程，看看软件渲染，硬件渲染，SF合成都做了什么程度的优化。

先让我们回顾一下负责硬件渲染的主体对象ThreadedRenderer在整个绘制流程中做了哪几个步骤。

在硬件渲染的过程中，有一个很核心的对象RenderNode，作为每一个View绘制的节点对象。

当每一次进行准备进行绘制的时候，都会雷打不动执行如下三个步骤：

如果遇到什么问题欢迎来到 https://www.jianshu.com/p/c84bfa909810 下进行讨论

实际上整个硬件渲染的设计还是比较庞大。因此本文先聊聊ThreadedRender整个体系中主要对象的构造以及相关的原理。

首先来认识下面几个重要的对象有一个大体的印象。

在Java层中面向Framework中，只有这么多，下面是一一映射的简图。

能看到实际上RenderNode也会跟着View 树的构建同时一起构建整个显示层级。也是因此ThreadedRender也能以RenderNode为线索构建出一套和软件渲染一样的渲染流程。

仅仅这样？如果只是这么简单，知道我习惯的都知道，我喜欢把相关总结写在最后。如果把总揽写在正文开头是因为设计比较繁多。因为我们如果以流水线的形式进行剖析容易造成迷失细节的困境。

让我继续介绍一下，在硬件渲染中native层的核心对象。

如下是一个思维导图：

有这么一个大体印象后，就不容易迷失在源码中。我们先来把这些对象的实例化以及上面列举的ThreadedRenderer在ViewRootImpl中执行行为的顺序和大家来聊聊其原理，先来看看ThreadedRenderer的实例化。

当发现mSurfaceHolder为空的时候会调用如下函数：

而这个方法则调用如下的方法对ThreadedRenderer进行创建：

文件：/ frameworks / base / core / java / android / view / ThreadedRenderer.java

能不能创建的了ThreadedRenderer则决定于全局配置。如果ro.kernel.qemu的配置为0，说明支持OpenGL 则可以直接返回true。如果qemu.gles为-1说明不支持OpenGL es返回false，只能使用软件渲染。如果设置了qemu.gles并大于0，才能打开硬件渲染。

我们能看到ThreadedRenderer在初始化，做了三件事情：

关键是看1-3点中ThreadRenderer都做了什么。

文件：/ frameworks / base / core / jni / android_view_ThreadedRenderer.cpp

能看到这里是直接实例化一个RootRenderNode对象，并把指针的地址直接返回。

能看到RootRenderNode继承了RenderNode对象，并且保存一个JavaVM也就是我们所说的Java虚拟机对象，一个java进程全局只有一个。同时通过getForThread方法，获取ThreadLocal中的Looper对象。这里实际上拿的就是UI线程的Looper。

在这个构造函数有一个mDisplayList十分重要，记住之后会频繁出现。接着来看看RenderNode的头文件：
文件：/ frameworks / base / libs / hwui / RenderNode.h

实际上我把几个重要的对象留下来：

文件：/ frameworks / base / core / java / android / view / RenderNode.java

能看到很简单，就是包裹一个native层的RenderNode返回一个Java层对应的对象开放Java层的操作API。

能看到这个过程生成了两个对象：

这个对象实际上让RenderProxy持有一个创建动画上下文的工厂。RenderProxy可以通过ContextFactoryImpl为每一个RenderNode创建一个动画执行对象的上下文AnimationContextBridge。

文件：/ frameworks / base / libs / hwui / renderthread / RenderProxy.cpp

在这里有几个十分重要的对象被实例化，当然这几个对象在聊TextureView有聊过( SurfaceView和TextureView 源码浅析 )：

我们依次看看他们初始化都做了什么。

文件：/ frameworks / base / libs / hwui / renderthread / RenderThread.cpp

能看到其实就是简单的调用RenderThread的构造函数进行实例化，并且返回对象的指针。

RenderThread是一个线程对象。先来看看其头文件继承的对象：
文件：/ frameworks / base / libs / hwui / renderthread / RenderThread.h

其中RenderThread的中进行排队处理的任务队列实际上是来自ThreadBase的WorkQueue对象。

文件：/ frameworks / base / libs / hwui / thread / ThreadBase.h

ThreadBase则是继承于Thread对象。当调用start方法时候其实就是调用Thread的run方法启动线程。

另一个更加关键的对象，就是实例化一个Looper对象到WorkQueue中。而直接实例化Looper实际上就是新建一个Looper。但是这个Looper并没有获取当先线程的Looper，这个Looper做什么的呢？下文就会揭晓。

WorkQueue把一个Looper的方法指针设置到其中，其作用可能是完成了某一件任务后唤醒Looper继续工作。

而start方法会启动Thread的run方法。而run方法最终会走到threadLoop方法中，至于是怎么走进来的，之后有机会会解剖虚拟机的源码线程篇章进行讲解。

在threadloop中关键的步骤有如下四个：

在这个过程中创建了几个核心对象：

另一个核心的方法就是initializeDisplayEventReceiver，这个方法为WorkQueue的Looper注册了监听：

能看到在这个Looper中注册了对DisplayEventReceiver的监听，也就是Vsync信号的监听，回调方法为displayEventReceiverCallback。

我们暂时先对RenderThread的initializeDisplayEventReceiver方法探索到这里，我们稍后继续看看回调后的逻辑。

文件：/ frameworks / base / libs / hwui / thread / ThreadBase.h

能看到这里的逻辑很简单实际上就是调用Looper的pollOnce方法，阻塞Looper中的循环，直到Vsync的信号到来才会继续往下执行。详细的可以阅读我写的 Handler与相关系统调用的剖析 系列文章。

文件：/ frameworks / base / libs / hwui / thread / ThreadBase.h

实际上调用的是WorkQueue的process方法。

文件：/ frameworks / base / libs / hwui / thread / WorkQueue.h

能看到这个过程中很简单，几乎和Message的loop的逻辑一致。如果Looper的阻塞打开了，则首先找到预计执行时间比当前时刻都大的WorkItem。并且从mWorkQueue移除，最后添加到toProcess中，并且执行每一个WorkItem的work方法。而每一个WorkItem其实就是通过从某一个压入方法添加到mWorkQueue中。

到这里，我们就明白了RenderThread中是如何消费渲染任务的。那么这些渲染任务又是哪里诞生呢？

上文聊到了在RenderThread中的Looper会监听Vsync信号，当信号回调后将会执行下面的回调。

能看到这个方法的核心实际上就是调用drainDisplayEventQueue方法，对ui渲染任务队列进行处理。

能到在这里mVsyncRequested设置为false，且mFrameCallbackTaskPending将会设置为true，并且调用queue的postAt的方法执行ui渲染方法。

还记得queue实际是是指WorkQueue，而WorkQueue的postAt方法实际实现如下：
/ frameworks / base / libs / hwui / thread / WorkQueue.h

情景带入，当一个Vsync信号达到Looper的监听者，此时就会通过WorkQueue的drainDisplayEventQueue 压入一个任务到队列中。

每一个默认的任务都是执行dispatchFrameCallback方法。这里的判断mWorkQueue中是否存在比当前时间更迟的时刻，并返回这个WorkItem。如果这个对象在头部needsWakeup为true，说明可以进行唤醒了。而mWakeFunc这个方法指针就是上面传下来：

把阻塞的Looper唤醒。当唤醒后就继续执行WorkQueue的process方法。也就是执行dispatchFrameCallbacks方法。

在这里执行了两个事情：

先添加到mPendingRegistrationFrameCallbacks集合中，在上面提到过的threadLoop中，会执行如下逻辑：

如果mPendingRegistrationFrameCallbacks大小不为0，则的把mPendingRegistrationFrameCallbacks中的IFrameCallback全部迁移到mFrameCallbacks中。

而这个方法什么时候调用呢？稍后就会介绍。其实这部分的逻辑在TextureView的解析中提到过。

接下来将会初始化一个重要对象：

这个对象名字叫做画布的上下文，具体是什么上下文呢？我们现在就来看看其实例化方法。
文件：/ frameworks / base / libs / hwui / renderthread / CanvasContext.cpp

文件：/ device / generic / goldfish / init.ranchu.rc

在init.rc中默认是opengl，那么我们就来看看下面的逻辑：

首先实例化一个OpenGLPipeline管道，接着OpenGLPipeline作为参数实例化CanvasContext。

文件：/ frameworks / base / libs / hwui / renderthread / OpenGLPipeline.cpp

能看到在OpenGLPipeline中，实际上就是存储了RenderThread对象，以及RenderThread中的mEglManager。透过OpenGLPipeline来控制mEglManager进而进一步操作OpenGL。

做了如下操作：

文件：/ frameworks / base / libs / hwui / renderstate / RenderState.cpp

文件：/ frameworks / base / libs / hwui / renderthread / DrawFrameTask.cpp

实际上就是保存这三对象RenderThread；CanvasContext；RenderNode。

文件：/ frameworks / base / core / jni / android_view_ThreadedRenderer.cpp

能看到实际上就是调用RenderProxy的setName方法给当前硬件渲染对象设置名字。

文件：/ frameworks / base / libs / hwui / renderthread / RenderProxy.cpp

能看到在setName方法中，实际上就是调用RenderThread的WorkQueue，把一个任务队列设置进去，并且调用runSync执行。

能看到这个方法实际上也是调用post执行排队执行任务，不同的是，这里使用了线程的Future方式，阻塞了执行，等待CanvasContext的setName工作完毕。