Android 图形系统概述！
作者：ltlovezh 链接：https://juejin.im/post/6844903955709820936
图形系统是 Android 中非常重要的子系统，与其他子系统相互协作，完成图形界面的渲染和显示。
概述
官方提供了一个图形系统的关键组件协作图，如下所示：
这幅图大致描述了图形数据的流转：OpenGL ES、MediaPlayer 等生产者生产图形数据到 Surface，Surface 通过 IGraphicBufferProducer把 GraphicBuffer 跨进程传输给消费者SurfaceFlinger。
SurfaceFlinger 根据 WMS 提供的窗口信息合成所有的 Layer（对应于 Surface ），具体的合成策略由 hwcomposerHAL 模块决定并实施，最后也是由该模块送显到 Display，而 Gralloc 模块则负责分配图形缓冲区。
不过该图缺乏层次感，通过下图我们详细分析整个流程。
大体上，应用开发者可以通过两种方式将图像绘制到屏幕上：
- Canvas
- OpenGL ES
Canvas 是一个2D图形 API ，是 Android View 树实际的渲染者。Canvas 又可分为Skia 软件绘制和 hwui 硬件加速绘制。
Android 4.0 之前默认是 Skia 绘制，该方式完全通过 CPU 完成绘图指令，并且全部在主线程操作，在复杂场景下单帧容易超过16ms导致卡顿。
从 Android 4.0 开始，默认开启硬件加速渲染，而且 5.0 开始把渲染操作拆分到了两个线程：主线程和渲染线程，主线程负责记录渲染指令，渲染线程负责通过 OpenGL ES 完成渲染，两个线程可以并发执行。
除了Canvas，开发者还可以在异步线程直接通过 OpenGL ES 进行渲染，一般适用于游戏、视频播放等独立场景。
从应用侧来看，不管是 Canvas ，还是 OpenGL ES，最终渲染到的目标都是 Surface ，现在比较流行的跨平台UI框架 Flutter 在 Android 平台上也是直接渲染到 Surface 。
Surface是一个窗口，例如：一个Activity是一个Surface、一个Dialog也是一个Surface，承载了上层的图形数据，与SurfaceFlinger侧的Layer相对应。
Native层Surface实现了ANativeWindow结构体，在构造函数中持有一个IGraphicBufferProducer，用于和 BufferQueue 进行交互。
BufferQueue 是连接 Surface 和 Layer 的纽带，当上层图形数据渲染到 Surface 时，实际是渲染到了BufferQueue中的一个GraphicBuffer，然后通过IGraphicBufferProducer 把 GraphicBuffer 提交到 BufferQueue ，让 SurfaceFlinger 进行后续的合成显示工作。
SurfaceFlinger 负责合成所有的 Layer 并送显到 Display ，这些Layer主要有两种合成方式：
- OpenGL ES：把这些图层合成到 FrameBuffer，然后把FrameBuffer提交给hwcomposer 完成剩余合成和显示工作。
- hwcomposer：通过HWC模块合成部分图层和FrameBuffer，并显示到Display。
BufferQueue
Android 图形系统包含了两对生产者和消费者模型，它们都通过 BufferQueue 进行连接：
- Canvas 和 OpenGL ES 生产图形数据，SurfaceFlinger消 费图形数据。
- SurfaceFlinger合成所有图层的图形数据，Display显示合成结果。
Surface属于APP进程，Layer属于系统进程，如果它们之间只用一个Buffer，那么必然存在显示和性能问题，所以图形系统引入了BufferQueue，一个Buffer用于绘制，一个Buffer用于显示，双方处理完之后，交换一下Buffer，这样效率就高很多了。
BufferQueue的通信流程如下所示：
- 生产者从BufferQueue出队一个空闲GraphicBuffer，交给上层填充图形数据；
- 数据填充后，生产者把装载图形数据的GraphicBuffer入队到BufferQueue，也可以丢弃这块Buffer，直接cancelBuffer送回到BufferQueue；
- 消费者通过acquireBuffer获取一个有效缓存；
- 完成内容消费后（比如上屏），消费者调用releaseBuffer把Buffer交还给BufferQueue。
- GraphicBuffer代表的图形缓冲区是由Gralloc模块分配的，并且可以跨进程传输（实际传输的只是一个指针）。
- 通常而言，APP端使用的是BufferQueue的IGraphicBufferProducer接口（在Surface类里面），用于生产；SurfaceFlinger端使用的是BufferQueue的IGraphicBufferConsumer接口（在GLConsumer类里面），用于消费。
Surface 与 SurfaceFlinger
Surface 表示 APP 进程的一个窗口，承载了窗口的图形数据，SurfaceFlinger 是系统进程合成所有窗口（Layer）的系统服务，负责合成所有 Surface 提供的图形数据，然后送显到屏幕。
SurfaceFlinger 既是上层应用的消费者，又是 Display 的生产者，起到了承上启下的作用。官方提供了一个架构图，如下所示：
该图可能较抽象，我们通过一个实例理解下这层关系，下图是微信添加朋友的弹窗界面：
我们可以通过adb shell dumpsys SurfaceFlinger查看该界面包含几个窗口（Surface）：
从SurfaceFlinger的dump信息可以看到：
- com.tencent.mm/com.tencent.mm.ui.LauncherUI#0是微信的主窗口，并且铺满了整个屏幕(0,0,1080,2340)。
- PopupWindow:7020633#0是弹起的 PopupWindow，它是一个独立的窗口（Surface），屏幕坐标范围是(599,210,1058,983)。
- StatusBar#0 表示系统状态栏，由系统进程负责绘制，屏幕坐标范围是(0,0,1080,80)，即此状态栏高80像素。
- NavigationBar#0 表示系统导航栏，由系统进程负责绘制，屏幕坐标范围是(0,2214,1080,2340)，即此导航栏高126像素。
- 最后两个窗口也是系统窗口，具体作用不知。
- 上述所有图层的合成类型都是Device，即HWC硬件模块负责合成这些Layer。
- SurfaceFlinger会合成上述所有图层（Layer），并送显到内嵌的Display 0。
总结
本篇文章从上到下简述了 Android 图形系统的流转流程，以及承载图形数据流转的重要结构：BufferQueue ，最后通过dump信息论证了多 Surface 实例。
关键词
主线程
流程
图层
生产者
模块
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