从视图树到GPU：探索Android渲染机制

简介

在 Android 中，渲染技术可以分为 CPU 渲染和 GPU 渲染两种方式。CPU 渲染是直接使用 CPU 处理数据，并将其显示在屏幕上，而 GPU 渲染则是将数据传递给 GPU 进行处理和显示。

具体的渲染技术如下：

Canvas绘图：Android 中最基础的 2D 渲染技术，主要使用 Canvas 进行图像的绘制和变换。
OpenGL ES：基于 OpenGL ES 实现的 3D 渲染技术，可以实现复杂的图像渲染和特效展示。
SurfaceView：通过创建 SurfaceView，并在其上绘制图形，可以在 Android 中实现相对较高的帧率和相对较低的延迟。
TextureView：TextureView 可以直接将 OpenGL ES 绘制的纹理作为内容进行显示。
RenderScript：基于 CPU/GPU 加速的并行计算框架，可以在 Android 平台上实现高性能的计算。
WebView：通过 WebView 加载 HTML、CSS、JS 等 Web 技术实现的网页渲染。
Hardware Acceleration：硬件加速技术，可以加速应用程序的绘制和布局过程，提高性能和帧率。

常用Android渲染技术

Android渲染技术有很多种，包括View体系、SurfaceFlinger、OpenGL ES等等。下面对它们的原理进行简要分析：

View体系渲染

View体系渲染是Android应用程序的基本组成部分，它是一个事件驱动的架构，View通过监听InputEvent的方式获取用户的操作，然后将渲染请求发送到系统的UI线程。在UI线程中，View的onDraw方法被调用，通过Canvas类来实现界面绘制。Canvas类的主要作用是提供绘制各种图形的方法，通过调用这些方法，可以实现UI界面的绘制。

SurfaceFlinger渲染

SurfaceFlinger是Android的一个系统级别的服务，主要作用是管理所有的Surface（可以理解为一个可绘制的区域），它负责合成屏幕上所有的Surface并将其显示到物理屏幕上。SurfaceFlinger的工作流程是这样的：首先它会收集所有需要显示的Surface，并将它们按照一定的顺序进行排序，然后将它们合成到一个大的Surface中，最后再将这个大的Surface显示到物理屏幕上。SurfaceFlinger采用双缓冲机制，可以有效避免图像的撕裂现象。

OpenGL ES渲染

OpenGL ES是一种跨平台的图形渲染API，它是OpenGL在移动设备上的一种实现。在Android中，OpenGL ES通常用于处理3D图形和游戏等需要高性能图形渲染的场景。OpenGL ES的工作原理是将3D图形或纹理转化成二维图像，然后渲染到屏幕上。OpenGL ES支持很多种不同的渲染技术，包括点、线、三角形等，开发者可以根据自己的需求选择最合适的渲染技术。

总的来说，Android渲染技术的实现原理非常复杂，需要开发者对硬件、软件以及系统底层原理有深入的了解。不同的渲染技术各有优缺点，开发者需要根据自己的需求选择最适合的渲染方式。

Android渲染常用技术代码示例

以下是Android渲染中常用的技术及其代码示例说明：

SurfaceView

SurfaceView是Android系统中提供的一个视图，可以在独立的线程中渲染图像，以提高性能。它通过SurfaceHolder来控制图像的显示，SurfaceHolder可以获取和管理Surface对象，通过对Surface对象进行操作，可以实现高效的图像渲染。

以下是使用SurfaceView显示一张图片的示例代码：

javaCopy codepublic class MySurfaceView extends SurfaceView implements SurfaceHolder.Callback {
    private SurfaceHolder holder;
    private Bitmap bitmap;
    private Rect rect;

    public MySurfaceView(Context context) {
        super(context);
        holder = getHolder();
        holder.addCallback(this);
        bitmap = BitmapFactory.decodeResource(getResources(), R.drawable.image);
        rect = new Rect(0, 0, getWidth(), getHeight());
    }

    @Override
    public void surfaceCreated(SurfaceHolder holder) {
        Canvas canvas = holder.lockCanvas();
        canvas.drawBitmap(bitmap, null, rect, null);
        holder.unlockCanvasAndPost(canvas);
    }

    @Override
    public void surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width, int height) {

    }

    @Override
    public void surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder) {

    }
}

TextureView

TextureView也是一个视图，可以在UI线程中进行渲染，但是它是基于OpenGL ES实现的，因此可以支持3D渲染和视频播放。它也可以像普通的视图一样添加到布局中。

以下是使用TextureView显示一张图片的示例代码：

javaCopy codepublic class MyTextureView extends TextureView implements TextureView.SurfaceTextureListener {
    private Bitmap bitmap;
    private Surface surface;

    public MyTextureView(Context context) {
        super(context);
        setSurfaceTextureListener(this);
        bitmap = BitmapFactory.decodeResource(getResources(), R.drawable.image);
    }

    @Override
    public void onSurfaceTextureAvailable(SurfaceTexture surface, int width, int height) {
        this.surface = new Surface(surface);
        Canvas canvas = surface.lockCanvas(null);
        canvas.drawBitmap(bitmap, null, new Rect(0, 0, width, height), null);
        surface.unlockCanvasAndPost(canvas);
    }

    @Override
    public void onSurfaceTextureSizeChanged(SurfaceTexture surface, int width, int height) {

    }

    @Override
    public boolean onSurfaceTextureDestroyed(SurfaceTexture surface) {
        return false;
    }

    @Override
    public void onSurfaceTextureUpdated(SurfaceTexture surface) {

    }
}

GLSurfaceView

GLSurfaceView是一个可以渲染OpenGL ES图形的视图，它比TextureView更加灵活，可以自定义渲染器、纹理等。在GLSurfaceView中，渲染器(Renderer)负责绘制图形，通常需要实现GLSurfaceView.Renderer接口。

以下是使用GLSurfaceView显示一张图片的示例代码：

javaCopy codepublic class MyGLSurfaceView extends GLSurfaceView implements GLSurfaceView.Renderer {
    private Bitmap bitmap;
    private int textureId;

    public MyGLSurfaceView(Context context) {
        super(context);
        setEGLContextClientVersion(2);
        setRenderer(this);
        bitmap = BitmapFactory.decodeResource(getResources(), R.drawable.image);
    }

    @Override

全文主要浅析Android开发中的渲染技术，介绍了一下常用的渲染技术原理，简单代码示例；更多Android的核心技术深入学习可以参考《Android核心技术手册》点击可以查看详细类目获取相关。

文末

Android渲染技术是Android系统中重要的一部分，涉及到图形处理、UI界面显示等方面。在Android系统中，常用的渲染技术有View系统、SurfaceView、TextureView、GLSurfaceView、RenderScript等。

其中，View系统是Android系统中最常用的UI渲染技术，它的主要作用是将View层次结构渲染到屏幕上。SurfaceView是一种高性能的UI渲染技术，它可以在一个独立的线程中绘制UI界面，从而提高渲染性能。TextureView是一种支持硬件加速的渲染技术，可以将视频等纹理资源直接渲染到屏幕上，同时还支持矩阵变换和透明度设置。GLSurfaceView是一种基于OpenGL ES的渲染技术，支持3D渲染和高性能动画，但需要对OpenGL ES有一定的了解和掌握。RenderScript是一种高性能的计算引擎，可以在多核处理器上执行复杂的数学和图像处理任务。

综上所述，不同的Android渲染技术适用于不同的场景，开发者可以根据实际需求选择合适的技术进行开发，从而提高应用的性能和用户体验。