Android Bitmap面面观

Posted 2022-12-03 zhouli_csdn

转自android程序员：http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA4MjU5NTY0NA==&mid=404530070&idx=1&sn=e2580b69d6ec73dabf8160216aa6702a&scene=23&srcid=#rd

开通赞赏后的第一篇文章，仍然由大家熟悉的冯建同学投稿，他的这几篇文章可以说风格类似，都是某一个专题的详细整理，这次轮到Bitmap了。点击这里可以快速访问他的上一篇投稿： 你应该知道的那些Android小经验

在日常开发中，可以说和Bitmap低头不见抬头见，基本上每个应用都会直接或间接的用到，而这里面又涉及到大量的相关知识。
所以这里把Bitmap的常用知识做个梳理，限于经验和能力，不做太深入的分析。

1. 区别decodeResource()和decodeFile()

这里的区别不是指方法名和参数的区别，而是对于解码后图片尺寸在处理上的区别：

decodeFile()用于读取SD卡上的图，得到的是图片的原始尺寸
decodeResource()用于读取Res、Raw等资源，得到的是图片的原始尺寸 * 缩放系数

可以看的出来，decodeResource()比decodeFile()多了一个缩放系数，缩放系数的计算依赖于屏幕密度，当然这个参数也是可以调整的：

// 通过BitmapFactory.Options的这几个参数可以调整缩放系数
public class BitmapFactory
public static class Options
// 默认true
public boolean inScaled;
// 无dpi的文件夹下默认160
public int inDensity;
// 取决具体屏幕
public int inTargetDensity;


我们分具体情况来看，现在有一张720x720的图片:

inScaled属性

如果inScaled设置为false，则不进行缩放，解码后图片大小为720x720; 否则请往下看。

如果inScaled设置为true或者不设置，则根据inDensity和inTargetDensity计算缩放系数。

默认情况

把这张图片放到drawable目录下, 默认：

以720p的红米3为例子，缩放系数 = inTargetDensity(具体320 / inDensity（默认160）= 2 = density，解码后图片大小为1440x1440。

以1080p的MX4为例子，缩放系数 = inTargetDensity(具体480 / inDensity（默认160）= 3 = density, 解码后图片大小为2160x2160。

*dpi文件夹的影响

把图片放到drawable或者draw这样不带dpi的文件夹，会按照上面的算法计算。

如果放到xhdpi会怎样呢？ 在MX4上，放到xhdpi，解码后图片大小为1080 x 1080。

因为放到有dpi的文件夹，会影响到inDensity的默认值，放到xhdpi为160 x 2 = 320; 所以缩放系数 = 480（屏幕） / 320 （xhdpi） = 1.5; 所以得到的图片大小为1080 x 1080。

手动设置缩放系数

如果你不想依赖于这个系统本身的density，你可以手动设置inDensity和inTargetDensity来控制缩放系数：

BitmapFactory.Options options =
new BitmapFactory.Options();
options.inJustDecodeBounds = false;
options.inSampleSize = 1;
options.inDensity = 160;
options.inTargetDensity = 160;
bitmap = BitmapFactory.decodeResource(getResources(), R.drawable.origin, options);

// MX4上，虽然density = 3
// 但是通过设置inTargetDensity / inDensity = 160 / 160 = 1
// 解码后图片大小为720x720
System.out.println(“w:” + bitmap.getWidth() + “, h:” + bitmap.getHeight());
2. recycle()方法

官方说法

首先，Android对Bitmap内存(像素数据)的分配区域在不同版本上是有区分的：

As of Android 3.0 (API level 11), the pixel data is stored on the Dalvik heap along with the associated bitmap.

从3.0开始，Bitmap像素数据和Bitmap对象一起存放在Dalvik堆中，而在3.0之前，Bitmap像素数据存放在Native内存中。

所以，在3.0之前，Bitmap像素数据在Nativie内存的释放是不确定的，容易内存溢出而Crash，官方强烈建议调用recycle()（当然是在确定不需要的时候）；而在3.0之后，则无此要求。

参考链接：Managing Bitmap Memory
http://developer.android.com/intl/zh-cn/training/displaying-bitmaps/manage-memory.html
一点讨论

3.0之后官方无recycle()建议，是不是就真的不需要recycle()了呢？

在医生的这篇文章：Bitmap.recycle引发的血案(http://blog.csdn.net/eclipsexys/article/details/50581162) 最后指出：“在不兼容Android2.3的情况下，别在使用recycle方法来管理Bitmap了，那是GC的事！”。文章开头指出了原因在于recycle()方法的注释说明:

/**
* … This is an advanced call, and normally need not be called,
* since the normal GC process will free up this memory when
* there are no more references to this bitmap.
*/
public void recycle()
事实上这个说法是不准确的，是不能作为recycle()方法不调用的依据的。

因为从commit history中看，这行注释早在08年初始化代码的就有了，但是早期的代码并没有因此不需要recycle()方法了。

如果3.0之后真的完全不需要主动recycle()，最新的AOSP源码应该有相应体现，我查了SystemUI和Gallery2的代码，并没有取缔Bitmap的recycle()方法。

所以，我个人认为，如果Bitmap真的不用了，recycle一下又有何妨？

PS：至于医生说的那个bug，显然是一种优化策略，APP开发中加个两个bitmap不相等的判断条件即可。
3. Bitmap到底占多大内存

这个已经有一篇bugly出品的绝好文章讲的很清楚：
Android 开发绕不过的坑：你的 Bitmap 究竟占多大内存？
http://bugly.qq.com/bbs/forum.php?mod=viewthread&tid=498
4. inBitmap

BitmapFactory.Options.inBitmap是Android3.0新增的一个属性，如果设置了这个属性则会重用这个Bitmap的内存从而提升性能。

但是这个重用是有条件的，在Android4.4之前只能重用相同大小的Bitmap，Android4.4+则只要比重用Bitmap小即可。

在官方网站有详细介绍，这里列举示例代码的两个方法了解一下：

private static void addInBitmapOptions(
BitmapFactory.Options options, ImageCache cache)
// inBitmap only works with mutable bitmaps,
// so force the decoder to return mutable bitmaps
options.inMutable = true;

if (cache != null) 
    // Try to find a bitmap to use for inBitmap.
    Bitmap inBitmap = cache.getBitmapFromReusableSet(options);

    if (inBitmap != null) 
        // If a suitable bitmap has been found,
        // set it as the value of inBitmap.
        options.inBitmap = inBitmap;
    

static boolean canUseForInBitmap(
Bitmap candidate, BitmapFactory.Options targetOptions)

if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.KITKAT) 
    // From Android 4.4 (KitKat) onward we can re-use
    // if the byte size of the new bitmap is smaller than
    // the reusable bitmap candidate
    // allocation byte count.
    int width = targetOptions.outWidth / targetOptions.inSampleSize;
    int height = targetOptions.outHeight / targetOptions.inSampleSize;
    int byteCount = width * height * getBytesPerPixel(candidate.getConfig());

    return byteCount <= candidate.getAllocationByteCount();


// On earlier versions,
// the dimensions must match exactly and the inSampleSize must be 1
return candidate.getWidth() == targetOptions.outWidth
&& candidate.getHeight() == targetOptions.outHeight
&& targetOptions.inSampleSize == 1;

参考链接：
Managing Bitmap Memory
http://developer.android.com/intl/zh-cn/training/displaying-bitmaps/m

anage-memory.htmlBitmap对象的复用
http://hukai.me/android-performance-oom/
5. LRU缓存算法

LRU，Least Recently Used，Discards the least recently used items first。

在最近使用的数据中，丢弃使用最少的数据。与之相反的还有一个MRU，丢弃使用最多的数据。

这就是著名的局部性原理。

实现思路

1.新数据插入到链表头部；
2.每当缓存命中（即缓存数据被访问），则将数据移到链表头部；
3.当链表满的时候，将链表尾部的数据丢弃。

LruCache

在Android3.1和support v4中均提供了Lru算法的实现类LruCache。

内部使用LinkedHashMap实现。

DiskLruCache

LruCache的所有对象和数据都是在内存中（或者说LinkedHashMap中），而DiskLruCache是磁盘缓存，不过它的实现要稍微复杂一点。

使用DiskLruCache后就不用担心文件或者图片太多占用过多磁盘空间，它能把那些不常用的图片自动清理掉。

DiskLruCache系统中并没有正式提供，需要另外下载: DiskLruCache
https://android.googlesource.com/platform/libcore/+/jb-mr2-release/luni/src/main/java/libcore/io/DiskLruCache.java
6. 计算inSampleSize

使用Bitmap节省内存最重要的技巧就是加载合适大小的Bitmap，因为以现在相机像素，很多照片都巨无霸的大，这些大图直接加载到内存，最容易OOM。

加载合适的Bitmap需要先读取Bitmap的原始大小，按缩小了合适的倍数的大小进行加载。

那么，这个缩小的倍数的计算就是inSampleSize的计算。

// 根据maxWidth, maxHeight计算最合适的inSampleSize
public static int $sampleSize(BitmapFactory.Options options, int maxWidth, int maxHeight)

// raw height and width of image
int rawWidth = options.outWidth;
int rawHeight = options.outHeight;

// calculate best sample size
int inSampleSize = 0;

if (rawHeight > maxHeight || rawWidth > maxWidth) 
float ratioWidth = (float) rawWidth / maxWidth;
float ratioHeight = (float) rawHeight / maxHeight;    
inSampleSize = (int) Math.min(ratioHeight, ratioWidth);

inSampleSize = Math.max(1, inSampleSize);

return inSampleSize;

关于inSampleSize需要注意，它只能是2的次方，否则它会取最接近2的次方的值。

1. 缩略图

为了节省内存，需要先设置BitmapFactory.Options的inJustDecodeBounds为true，这样的Bitmap可以借助decodeFile方法把高和宽存放到Bitmap.Options中，但是内存占用为空（不会真正的加载图片）。

有了具备高宽信息的Options，结合上面的inSampleSize算法算出缩小的倍数，我们就能加载本地大图的某个合适大小的缩略图了。

/**
* 获取缩略图
* 支持自动旋转
* 某些型号的手机相机图片是反的，可以根据exif信息实现自动纠正
* @return
*/
public static Bitmap $thumbnail(String path, int maxWidth, int maxHeight, boolean autoRotate) int angle = 0; if (autoRotate) angle = ImageLess.$exifRotateAngle(path);

BitmapFactory.Options options = new BitmapFactory.Options();
options.inJustDecodeBounds = true;   
// 获取这个图片的宽和高信息到options中, 此时返回bm为空
Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeFile(path, options);
options.inJustDecodeBounds = false;   
// 计算缩放比
int sampleSize = $sampleSize(options, maxWidth, maxHeight);
options.inSampleSize = sampleSize;
options.inPreferredConfig = Bitmap.Config.RGB_565;
options.inPurgeable = true;
options.inInputShareable = true;

if (bitmap != null && !bitmap.isRecycled()) 
    bitmap.recycle();


bitmap = BitmapFactory.decodeFile(path, options);
if (autoRotate && angle != 0) 
    bitmap = $rotate(bitmap, angle);


return bitmap;

系统内置了一个ThumbnailUtils也能生成缩略图，细节上不一样但原理是相同的。

1. Matrix变形

学过线性代数或者图像处理的同学们一定深知Matrix的强大，很多常见的图像变换一个Matrix就能搞定，甚至更复杂的也是如此。

// Matrix matrix = new Matrix();
// 每一种变化都包括set，pre，post三种，分别为设置、矩阵先乘、矩阵后乘。
平移：matrix.setTranslate()
缩放：matrix.setScale()
旋转：matrix.setRotate()
斜切：matrix.setSkew()

下面我举两个例子说明一下。

旋转

借助Matrix的postRotate方法旋转一定角度。

Matrix matrix = new Matrix();
// angle为旋转的角度
matrix.postRotate(angle);
Bitmap rotatedBitmap = Bitmap.createBitmap(
originBitmap,
0,
0,
originBitmap.getWidth(),
originBitmap.getHeight(),
matrix,
true);
缩放

借助Matrix的postScale方法旋转一定角度。

Matrix matrix = new Matrix();
// scaleX，scaleY分别为为水平和垂直方向上缩放的比例
matrix.postScale(scaleX, scaleY);
Bitmap scaledBitmap = Bitmap.createBitmap(
originBitmap,
0,
0,
originBitmap.getWidth(),
originBitmap.getHeight(),
matrix,
true);
Bitmap本身也带了一个缩放方法，不过是把bitmap缩放到目标大小，原理也是用Matrix，我们封装一下：

// 水平和宽度缩放到指定大小，注意，这种情况下图片很容易变形
Bitmap scaledBitmap = Bitmap.createScaledBitmap(
originBitmap,
dstWidth,
dstHeight,
true);
通过组合可以实现更多效果。

1. 裁剪

图片的裁剪的应用场景还是很多的：头像剪切，照片裁剪，圆角，圆形等等。

矩形

矩阵形状的裁剪比较简单，直接用createBitmap方法即可：

Canvas canvas = new Canvas(originBitmap);
draw(canvas);
// 确定裁剪的位置和裁剪的大小
Bitmap clipBitmap = Bitmap.createBitmap(
originBitmap,
left,
top,
clipWidth,
clipHeight);
圆角

对于圆角我们需要借助Xfermode和PorterDuffXfermode，把圆角矩阵套在原Bitmap上取交集得到圆角Bitmap。

// 准备画笔
Paint paint = new Paint();
paint.setAntiAlias(true);

// 准备裁剪的矩阵
Rect rect = new Rect(0, 0,
originBitmap.getWidth(),
originBitmap.getHeight());

RectF rectF = new RectF(new Rect(0, 0,
originBitmap.getWidth(),
originBitmap.getHeight()));

Bitmap roundBitmap = Bitmap.createBitmap(
originBitmap.getWidth(),
originBitmap.getHeight(),
Bitmap.Config.ARGB_8888);
Canvas canvas = new Canvas(roundBitmap);

// 圆角矩阵，radius为圆角大小
canvas.drawRoundRect(
rectF, radius, radius, paint);

// 关键代码，关于Xfermode和SRC_IN请自行查阅
paint.setXfermode(
new PorterDuffXfermode(PorterDuff.Mode.SRC_IN));
canvas.drawBitmap(originBitmap, rect, rect, paint);
圆形

和上面的圆角裁剪原理相同，不过画的是圆形套在上面。
为了从中间裁剪出圆形，我们需要计算绘制原始Bitmap的left和top值。

int min = originBitmap.getWidth() > originBitmap.getHeight() ? originBitmap.getHeight() : originBitmap.getWidth();

Paint paint = new Paint();
paint.setAntiAlias(true);
Bitmap circleBitmap = Bitmap.createBitmap(min, min, Bitmap.Config.ARGB_8888);
Canvas canvas = new Canvas(circleBitmap);

// 圆形
canvas.drawCircle(min / 2, min / 2, min / 2, paint);
paint.setXfermode(
new PorterDuffXfermode(PorterDuff.Mode.SRC_IN));

// 居中显示
int left = - (originBitmap.getWidth() - min) / 2;
int top = - (originBitmap.getHeight() - min) / 2;
canvas.drawBitmap(originBitmap, left, top, paint);
从圆角、圆形的处理上我们应该能看的出来绘制任意多边形都是可以的。

1. 保存Bitmap

很多图片应用都支持裁剪功能，滤镜功能等等，最终还是需要把处理后的Bitmap保存到本地，不然就是再强大的功能也是白忙活了。

public static String $save(
Bitmap bitmap,
Bitmap.CompressFormat format,
int quality, File destFile)

try 
    FileOutputStream out = new FileOutputStream(destFile);

    if (bitmap.compress(format, quality, out)) 
        out.flush();
        out.close();
    

    if (bitmap != null && !bitmap.isRecycled()) 
        bitmap.recycle();
    

    return destFile.getAbsolutePath(); 
 catch (FileNotFoundException e) 
    e.printStackTrace();
 catch (IOException e) 
    e.printStackTrace();

return null;

如果想更稳定或者更简单的保存到SDCard的包名路径下，可以再封装一下：

// 保存到本地，默认路径/mnt/sdcard/[package]/save/，用随机UUID命名文件
public static String $save(
Bitmap bitmap,
Bitmap.CompressFormat format,
int quality, Context context)

if (!Environment.getExternalStorageState()
    .equals(Environment.MEDIA_MOUNTED)) 
    return null;


File dir = new File(Environment.getExternalStorageDirectory() + "/" + context.getPackageName() + "/save/");

if (!dir.exists()) 
    dir.mkdirs();


File destFile = new File(dir, UUID.randomUUID().toString());

return $save(bitmap, format, quality, destFile);

11. 巨图加载

巨图加载，当然不能使用常规方法，必OOM。
原理比较简单，系统中有一个类BitmapRegionDecoder：

public static BitmapRegionDecoder newInstance(
byte[] data, int offset,
int length, boolean isShareable) throws IOException

public static BitmapRegionDecoder newInstance(
FileDescriptor fd, boolean isShareable) throws IOException

public static BitmapRegionDecoder newInstance(
InputStream is, boolean isShareable) throws IOException

public static BitmapRegionDecoder newInstance(
String pathName, boolean isShareable) throws IOException

可以按区域加载:

public Bitmap decodeRegion(Rect rect, BitmapFactory.Options options)

微博的大图浏览也是通过这个BitmapRegionDecoder实现的，具体可自行查阅。

1. 颜色矩阵ColorMatrix

图像处理其实是一门很深奥的学科，所幸Android提供了颜色矩阵ColorMatrix类，可实现很多简单的特效，以灰阶效果为例子：

Bitmap grayBitmap = Bitmap.createBitmap(
originBitmap.getWidth(),
originBitmap.getHeight(),
Bitmap.Config.RGB_565);
Canvas canvas = new Canvas(grayBitmap);
Paint paint = new Paint();
ColorMatrix colorMatrix = new ColorMatrix();

// 设置饱和度为0，实现了灰阶效果
colorMatrix.setSaturation(0);
ColorMatrixColorFilter colorMatrixColorFilter =
    new ColorMatrixColorFilter(colorMatrix);
paint.setColorFilter(colorMatrixColorFilter);
canvas.drawBitmap(originBitmap, 0, 0, paint);

除了饱和度，我们还能调整对比度，色相变化等等。

1. ThumbnailUtils剖析

ThumbnailUtils是系统提供的一个专门生成缩略图的方法，我专门写了一篇文章分析，内容较多，请移步：理解ThumbnailUtils
http://www.jayfeng.com/2016/03/16/理解ThumbnailUtils/
14. 小结

既然与Bitmap经常打交道，那就把它都理清楚弄明白，这是很有必要的。

难免会有遗漏，欢迎留言，我会酌情补充。

本文部分代码已经集成到LessCode，欢迎Follow参考。
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