Android性能優(yōu)化：Bitmap詳解&你的Bitmap占多大內(nèi)存？

在開發(fā)app時，顯示一張本地圖片，這張圖片在加載時會占用大多內(nèi)存呢？猜測占用內(nèi)存大小和以下幾個因素有關(guān)：

  1. 設計師切圖，圖片本身的分辨率；
  2. 圖片所放文件夾代表的 密度 dpi；
  3. 手機自身的屏幕密度；
  4. 經(jīng)過系統(tǒng)縮放得到的最終加載到手機上圖片的密度和占用的內(nèi)存。

我們知道Android中在加載本地大圖時，很容易OOM，主要原因在于加載的Bitmap占用內(nèi)存太大。接下來將圍繞以下幾個問題說明如何計算一張Bitmap占用的內(nèi)存大小。

  1. 將一張分辨率為 720x1080 的圖片放到 xxhdpi 或者 hdpi ，同放在 xhdpi 標準文件夾下，對于同一臺手機占用內(nèi)存大小是否有變化？
  2. 同一張分辨率為 720x1080 的圖片被不同屏幕分辨率的手機加載，BitmapFactory 的成員變量 inDensity、 inScreenDensity、 inTargetDensity 會怎樣變化？這些值又是怎樣被賦值的，又是怎樣進行縮放的？
  3. 使用 decodeResource() 和 decodeStream() 有什么區(qū)別？
  4. Options 的 inDensity、 inTargetDensity 和 輸出的 Bitmap 的 mDensity 有什么關(guān)系？Bitmap 的 mWidth、 mHeight 與 Options 的 outputWidth、 outputHeight 有什么關(guān)系？
  5. 這些同計算 Bitmap 內(nèi)存占用大小的 長寬有什么關(guān)系？

在回答這些問題之前，先介紹一下DisplayMetrics和Bitmap及其相關(guān)類。

一、DisplayMetrics和Bitmap及其相關(guān)類

DisplayMetrics

說明：屏幕密度相關(guān)類，可以用于獲取屏幕高和寬以及屏幕密度density、每英寸點數(shù)densityDpi . 這里，density 數(shù)值為 1dp = density px；在 DisplayMetrics 中，這兩個是線性相關(guān)：


屏幕密度對照表.png
Bitmap

說明：Bitmap 在 Android 中指的是一張圖片，可以是 png，也可以是 jpg等其他圖片格式。
作用：可以獲取圖像文件信息，對圖像進行剪切、旋轉(zhuǎn)、縮放、壓縮等操作，并可以指定格式保存圖像文件。

Bitmap.Config

說明：Bitmap 格式。除了尺寸外，影響一個圖片占用空間還有色彩細節(jié)。位圖位數(shù)越高表示可以存儲的顏色信息越多，圖像也就越清晰逼真。

  • ALPHA_8：表示8位Alpha位圖，每像素占1byte內(nèi)存；
  • RGB_565：表示R為5位，G為6位，B為5位，一共16位，每像素占2byte內(nèi)存；
  • ARGB_4444：表示16位位圖，每像素占2byte內(nèi)存（poor quality - Android Deprecated）；
  • ARGB_8888：表示32位ARGB位圖，每像素占4byte內(nèi)存（Recommended）。
BitmapFactory

說明：提供解析Bitmap的靜態(tài)工廠方法。

BitmapFactory.Options

說明：用于解碼Bitmap時的各種參數(shù)控制。
幾個重要參數(shù)：

inBitmap：在解析Bitmap時重用該Bitmap，但是必須相同大小的Bitmap & inMutable = true 才可重用；
inMutable ：配置Bitmap是否可更改，如每隔幾個像素給Bmp添加一條直線；
inPreferredConfig：Config顏色位數(shù)，默認值為Bitmap.Config.ARGB_888；
inDither：是否抖動，默認false（Android Depracated）;
inPremultiplied：默認true，一般不改變其值。
inPurgeable：當存儲像素內(nèi)存空間 在系統(tǒng)內(nèi)存不足時 是否可被回收（Android L Deprecated）;
inInputShareable：是否可以共享一個 InputStream （Android L Deprecated）;
inPreferQualityOverSpeed：為true時會優(yōu)先保證 Bitmap 質(zhì)量，其次是解碼速度（Android N Deprecated）;
inTempStorage：解碼時的臨時空間，建議 16K；
inJustDecodeBounds：為true時僅返回 Bitmap 寬高等屬性，返回bmp=null，為false時才返回占內(nèi)存的 bmp；
inSampleSize：表示 Bitmap 的壓縮比例，值必須 > 1 & 是2的冪次方。inSampleSize = 2 時，表示壓縮寬高各1/2，最后返回原始圖1/4大小的Bitmap；
inDensity：表示 Bitmap 像素密度；
inTargetDensity：表示 Bitmap 最終的像素密度；
inScreenDensity：表示當前屏幕的像素密度；
inScaled：默認為true，是否支持縮放，設置為true時，Bitmap將以 inTargetDensity 的值進行縮放；
outputWidth：返回的 Bitmap的寬；
outputHeight：返回的 Bitmap的高。

以一張類圖說明Bitmap、BitmapFactory和BitmapFactory.Options三者之間的關(guān)系，如下圖所示：


Bitmap、BitmapFactory、Options關(guān)系類圖.png

二、ImageView 設置圖片 & Bitmap創(chuàng)建流程

ImageView 設置圖片

一般地，給 ImageView 設置資源圖片時，會用到四種方式：setImageResource(), setImageUri(), setImageBitmap(), setImageDrawable。這四種方式有什么區(qū)別呢？用一張圖來展示：

ImageView設置圖片四種方法流程.png

總結(jié)：由上可知，ImageView設置本地圖片會先生成 Bitmap 再將 Bitmap 轉(zhuǎn)成 Drawable，最終通過 setImageDrawable() 設置；
【所以這步是否可以看做使用 setImageDrawable 會跳過讀取和解碼 Bitmap 操作，為最優(yōu)設置本地圖片方式呢？
—— 需測試內(nèi)存占用情況方可驗證。】

Bitmap創(chuàng)建流程

BitmapFactory 提供了五種方式來創(chuàng)建Bitmap，分別是：decodeFile, decodeResource, decodeByteArray, decodeStream, decodeFileDescription，這里只介紹常見三種方式創(chuàng)建流程如下：

Bitmap創(chuàng)建方法.png

總結(jié)：

  1. 最常用的三個方法：decodeFile, decodeResource, decodeStream，前兩個最終調(diào)用的是 decodeStream;
  2. **decodeStream, decodeByteArray, decodeFileDescription **這三個內(nèi)部則調(diào)用的是 native 方法來創(chuàng)建 Bitmap的【有種說法，Bitmap是Android中唯一通過 native 方法創(chuàng)建的類】；
  3. decodeResourceStream主要做了兩件事：一是對 opts.inDensity 賦值，沒有設置默認值 160；二是對 opts.inTargetDensity 賦值，沒有賦值為當前設備 densityDpi；
  4. decodeStream主要也做了兩件事：一是調(diào)用 native 方法解析 Bitmap；二是對解析得到的 Bitmap 調(diào)用 setDensityFraomOptions(bmp, opts) 進行設置；
  5. setDensityFraomOptions(bmp, opts)主要做了這樣幾件事：一是當opts.inDensity != opts.inTargetDensity || opts.inDensity != opts.inScreenDensity && (inScaled = true || isNinePatch) 時，將設置 outputBitmap.mDensity = inTargetDensity；

decodeResourceStream()方法源碼如下：

public static Bitmap decodeResourceStream(Resources res, TypedValue value,
            InputStream is, Rect pad, Options opts) {

        if (opts == null) {
            opts = new Options();
        }

        if (opts.inDensity == 0 && value != null) {
            final int density = value.density;
            if (density == TypedValue.DENSITY_DEFAULT) {
                opts.inDensity = DisplayMetrics.DENSITY_DEFAULT;
            } else if (density != TypedValue.DENSITY_NONE) {
                opts.inDensity = density;
            }
        }
        
        if (opts.inTargetDensity == 0 && res != null) {
            opts.inTargetDensity = res.getDisplayMetrics().densityDpi;
        }
        
        return decodeStream(is, pad, opts);
    }

setDensityFromOptions(bmp, opts)源碼如下：

private static void setDensityFromOptions(Bitmap outputBitmap, Options opts) {
        if (outputBitmap == null || opts == null) return;

        final int density = opts.inDensity;
        if (density != 0) {
            outputBitmap.setDensity(density);
            final int targetDensity = opts.inTargetDensity;
            if (targetDensity == 0 || density == targetDensity || density == opts.inScreenDensity) {
                return;
            }

            byte[] np = outputBitmap.getNinePatchChunk();
            final boolean isNinePatch = np != null && NinePatch.isNinePatchChunk(np);
            if (opts.inScaled || isNinePatch) {
                outputBitmap.setDensity(targetDensity);
            }
        } else if (opts.inBitmap != null) {
            // bitmap was reused, ensure density is reset
            outputBitmap.setDensity(Bitmap.getDefaultDensity());
        }
    }

三、如何計算Bitmap占用內(nèi)存大小？

常規(guī)方式：
API方法：getByteCount() 獲取 - 不準確

粗略方式：
計算公式：圖片長 * 寬 * 4bytes/ARG_8888 - 不正確

通讀源碼得來的方式：

    /**
     * Returns the minimum number of bytes that can be used to store this bitmap's pixels.
     *
     * <p>As of {@link android.os.Build.VERSION_CODES#KITKAT}, the result of this method can
     * no longer be used to determine memory usage of a bitmap. See {@link
     * #getAllocationByteCount()}.</p>
     */
    public final int getByteCount() {
        // int result permits bitmaps up to 46,340 x 46,340
        return getRowBytes() * getHeight();
    }

    /**
     * Return the number of bytes between rows in the bitmap's pixels. Note that
     * this refers to the pixels as stored natively by the bitmap. If you call
     * getPixels() or setPixels(), then the pixels are uniformly treated as
     * 32bit values, packed according to the Color class.
     *
     * <p>As of {@link android.os.Build.VERSION_CODES#KITKAT}, this method
     * should not be used to calculate the memory usage of the bitmap. Instead,
     * see {@link #getAllocationByteCount()}.
     *
     * @return number of bytes between rows of the native bitmap pixels.
     */
    public final int getRowBytes() {
        if (mRecycled) {
            Log.w(TAG, "Called getRowBytes() on a recycle()'d bitmap! This is undefined behavior!");
        }
        return nativeRowBytes(mNativePtr);
    }

最終通過native源碼方法，可得到：一張ARGB_8888 的Bitmap占用內(nèi)存計算公式：bmpWidth * bmpHeight * 4byte。不是直接使用圖片分辨率進行計算，而是界面后 Bitmap 的寬高進行計算。

然而，這樣計算并不準確。有幾個不同的場景會導致最終計算的結(jié)果不正確。

  • 將一張 720x1080 圖片分別放在不同分辨率drawable文件夾下，在同一個手機上加載；
  • 也是同一張圖片放在指定分辨率的 drawable 文件夾下，在不同手機上加載；
  • 切不同分辨率圖片到對應 drawable 文件夾下，在各分辨率設備上加載。

一般，我們讀取 drawable 目錄下的圖片，會用到 <code>decodeResource</code>獲取 Bitmap，該方法可以直接看上面提到的 decodeResourceStream() 方法源碼，通過源碼可知：

  • 在讀取資源時，使用 openRawResource 方法，然后會對 TypedValue 進行賦值，其中包含了原始資源的 density 等信息，也即是文件夾代表的density；
  • 調(diào)用 decodeResourceStream 對原始資源進行解碼和適配，實際是原始資源 density 到 設備屏幕 density 的映射。

這里看一下 資源文件夾代表的密度：


資源文件夾密度對照表.png

對照 decodeResourceStream() 源碼如何設置 opts.inDensity 邏輯：


資源解碼Bitmap參數(shù)設置流程.png

最后通過查閱 native 源碼，得到計算公式：
一張圖片對應 Bitmap 占用內(nèi)存 = mBitmapHeight * mBitmapWidth * 4byte(ARGB_8888)；
Native 方法中，mBitmapWidth = mOriginalWidth * (scale = opts.inTargetDensity / opts.inDensity) * 1/inSampleSize，
mBitmapHeight = mOriginalHeight * (scale = opts.inTargetDensity / opts.inDensity) * 1/inSampleSize

現(xiàn)在針對介紹的幾種場景，會得到這樣的結(jié)論：

  1. 將一張 720x1080圖片放在 drawable-xhdpi 目錄下（inDensity = 320），
    • 在 720x1080 手機上加載（inTargetDensity = 320），圖片不會被壓縮；
    • 在 480x800 手機上加載（inTargetDensity = 240），圖片會被壓縮 9/16；
    • 在 1080x1920 手機上加載（inTargetDensity = 480），圖片會被放大 2.25；
  2. 切不通分辨率大小的圖片放到對應文件夾下，會根據(jù)屏幕獲取對應文件夾的圖片，就不存在加載圖片時壓縮和放大（針對標準屏）;

拓展問題：只切一套UI圖，是否適用？如何選擇？

注意，上述計算方式是在通過 decodeResource() 方法獲取 Bitmap 的情況下得出，其他幾種方式獲取Bitmap，最后得到占用內(nèi)存Size不會跟資源文件目錄相關(guān)聯(lián)。

四、問題解答

問題一：一張圖片對應 Bitmap 占用內(nèi)存 = mBitmapHeight * mBitmapWidth * 4byte(ARGB_8888)；Native 方法中，mBitmapHeight = mOriginalHeight * (scale = opts.inTargetDensity / opts.inDensity) * 1/inSampleSize ；

由此可知，手機屏幕大小 1280 x 720（inTarget = 320），加載 xxhdpi （inDensity = 480）中的圖片 1920 x 1080，scale = 320 / 480，inSampleSize = 1，最終獲得的 Bitmap 的圖像大小是 ：
mBitmapWidth = opts.outWidth = 1080 * (320 / 480) * 1/1 = 720，
mBitmapHeight = opt.outHeight = 1920 * (320 / 480) * 1/1 = 1280，
getAllocatedMemory() = mBitmapWidth * mBitmapHeight * 4 = Bitmap占用內(nèi)存。

問題三：使用 decodeResource() 和 decodeStream() 有什么區(qū)別？
（1）decodeResource() 流程，會先用 TypedValue 保存圖片信息，然后會根據(jù)條件設置 opts.inDensity = value.inDensity，為0則設置為默認 160dpi； 文件夾代表密度
Opts.inTargetDensity = getDisplayMetrics().densityDpi； 屏幕密度
設置完上述參數(shù)后，最終還是會調(diào)用 decodeStream() 方法；

（2）decodeStream() native 方法得到 Bitmap后，調(diào)用 setDensityFromOptions() 方法來設置 Bitmap.mDensity:
若 opts.inDensity != 0，bitmap.mDensity = opts.inDensity;
若 opts.inTargetDensity != 0 && inDensity != targetDensity && inDensity != screenDensity，繼續(xù)判斷，如果 opts.inScaled || isNinePatch，bitmap.mDensity = targetDensity;

所以，
（1）若使用 decodeResource() 加載本地圖片，inDensity 為加載圖片所在的文件夾代表的 dpi，inTargetDensity 為目標屏幕密度（or 圖片真實像素密度？），
最終 bitmap.mDensity = targetDensity。

（2）若使用 decodeStream() 則不會先記錄圖片信息，得到bitmap 后，直接調(diào)用 setDensityFromOptions() 方法，所以最終 bitmap.mDensity = defaultDensity() = DENSITY_DEVICE。

參考源碼API-26
參考：http://dev.qq.com/topic/591d61f56793d26660901b4e
???????????https://www.tuicool.com/articles/3eMNr2n
如有誤，請指正！

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