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Android圖形顯示子系統(tǒng)概述
Android圖形顯示系統(tǒng)，是Android比較重要的一個(gè)子系統(tǒng)，和很多其他子系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)緊密。想象一下，沒有圖形顯示系統(tǒng)的手機(jī)是什么樣子，可能連對講機(jī)都不如吧。圖形顯示系統(tǒng)比較復(fù)雜，從Android誕生到現(xiàn)在，幾經(jīng)修改，已經(jīng)變的越來越龐大了?？偟恼f來，圖形顯示系統(tǒng)可以分為兩大部分來理解：
- 圖形系統(tǒng)
- 顯示系統(tǒng)
圖形系統(tǒng)
圖形系統(tǒng)也就是圖形支持系統(tǒng)，提供繪圖和圖形處理支持。包括最初的2D繪圖API Skia，后來的3D繪圖API OpenGLES，RenderScript，OpenCV，到最近的Vulkan。也包括圖片解碼庫，jpg，png，gif等。以及它們所需要的各種Driver支持。
但是Android為了方便大家，我們在做應(yīng)用開發(fā)的時(shí)候，并不用大家直接用各種API去繪制界面，也不用直接用解碼庫去解碼。Android已經(jīng)給大家提供了一個(gè)界面繪制機(jī)制，有很多widget和view，Android的應(yīng)用開發(fā)者，用現(xiàn)有的widget就能夠繪制出比較酷炫的界面。
Android提供的大多view和widget都是2D的繪圖，2D繪圖比較慢，也發(fā)揮不出GPU的作用，因此Android又設(shè)計(jì)了一套加速系統(tǒng)，硬件加速。其目的就是將2D的繪圖操作轉(zhuǎn)換為一個(gè)個(gè)的3D（Opengl）繪圖，再采用部分更新的方式，只去重繪界面中有更新的部分view，這樣就大大提升界面繪制的速度。
顯示系統(tǒng)
圖形繪制好了后，需要送到LCD顯示屏上，我們才能看到。繪制界面時(shí)，我們只關(guān)心單個(gè)界面，顯示的時(shí)候，可能就有多個(gè)界面了。做過Android應(yīng)該開發(fā)的都知道，我們需要繼承一個(gè)Activity，用Activity呈現(xiàn)我們的界面。Activity的生命周期管理，也就伴隨了窗口的管理。這中間就涉及了兩個(gè)Android中兩個(gè)主要的服務(wù)，AMS（ActivityManagerService）和WMS（WindowManagerService）。View，AMS，WMS可以說是整個(gè)上層顯示系統(tǒng)的三駕馬車。
在Android中，一個(gè)窗口用一個(gè)Surface描述。多個(gè)窗口（窗口不一定都是Activity），需要同時(shí)顯示，我們就需要將多個(gè)窗口進(jìn)行合并。這就需要顯示系統(tǒng)中重量級的服務(wù)SurfaceFlinger，Surfaceflinger控制窗口的合成，將多個(gè)窗口合并成一個(gè)，再送到LCD。
Surfaceflinger是Native的服務(wù)，Surfaceflinger中怎么去描述一個(gè)窗口呢？Surfaceflinger采用圖層的概念，即Layer。SurfaceFlinger合成，就是基于Display HAL的實(shí)現(xiàn)，將多個(gè)Layer合并。Display HAL，各個(gè)廠商的實(shí)現(xiàn)就千差萬別了。
Buffer管理
前面討論了怎么繪制，怎么顯示。但是，繪制，繪在什么地方，拿什么去顯示。答案只能是內(nèi)存Buffer。Android的系統(tǒng)中，采用GraphicBuffer對buffer進(jìn)行封裝，而buffer采用ion實(shí)現(xiàn)，能在進(jìn)程間共享。
Surface屬性應(yīng)用進(jìn)程，Layer屬于SurfaceFlinger進(jìn)程。如果只用一個(gè)Buffer，那么兩個(gè)進(jìn)程都有可能同時(shí)在用Buffer，這就可能會(huì)造成我們看到的屏幕顯示不對，存在撕裂。另外，只用一個(gè)Buffer，效率也不高啊，繪制本來就是GPU在繪制，顯示這邊是CPU或者是其他的硬件模塊，一個(gè)工作，另外一個(gè)不工作，且不浪費(fèi)。所以Android采用Buffer隊(duì)列的方式，即BufferQueue。繪制的是一個(gè)Buffer，顯示的是一個(gè)buffer，各自處理完后，交換一下Buffer。這樣效率就高很多了。這中間再采用一個(gè)生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型，Buffer是載體，Surface應(yīng)用這邊是Producer，SurfaceFlinger這邊是是Consumer。這樣就更好理解了。
顯示系統(tǒng)的架構(gòu)
有了前面的描述，是不是對Android的圖形顯示系統(tǒng)有了大概的認(rèn)識(shí)了？沒有關(guān)系，我們直接來看架構(gòu)圖。架構(gòu)圖來自Androd的官網(wǎng)， https://source.android.com/devices/graphics/ ,
大家可以對照圖再回味一下，前面的描述。有些地方，這個(gè)圖并不能很好的體現(xiàn)，不過沒有關(guān)系，接下來我們會(huì)詳細(xì)的介紹各個(gè)模塊和流程。
換一種方式來描述Android的顯示系統(tǒng)，架構(gòu)圖如下：
再和前面Android的圖進(jìn)行對照，是不是更清楚一些了。
這個(gè)圖里，前面的描述里有點(diǎn)沒有說到，SurfaceFlinger到OpenGLES，大家是不是覺得有點(diǎn)奇怪。其實(shí)是這樣的，SurfaceFlinger合成，有兩種方式，Client和Device。Client就是Client合成完Layer后再將合成后的數(shù)據(jù)給到HWComposer，HWComposer此時(shí)做的工作很少，直接給到Display。Device則是將未合成的Layer，給到硬件合成的設(shè)備，合成完后再給到Display。
可能大家還是很迷茫，沒有關(guān)系～，我們接下來將參照Android的源碼，逐一為大家講解。
從應(yīng)用的角度理解Android
做Android開發(fā)，我們都講了太多的架構(gòu)，也聽了太多的架構(gòu)。不知道大家有沒有從應(yīng)用的角度去看過Android的系統(tǒng)？我們先來看Android的整體系統(tǒng)架構(gòu)。
Android基于Linux內(nèi)核，我們是不是可以將上層Android理解為Linux內(nèi)核的一個(gè)應(yīng)用。這個(gè)應(yīng)用非常龐大，集集了電話，BT，WiFi，音視頻播放，Camera等功能。
基于Linux內(nèi)核的系統(tǒng)非常的多，比如常用的，Debian系列的Ubuntu，Debian；Redhat系統(tǒng)的RedHat，F(xiàn)edora等。你可以理解Android自成一個(gè)系列。所以，我們也可以基于Linux內(nèi)核去開發(fā)自己的系統(tǒng)。
回到Android，Android在Linux中加了很多驅(qū)動(dòng)，再采用硬件抽象的方式，向上提供接口，這就是我們所說的HAL層。所以我們要增加一個(gè)模塊，需要增加Linux驅(qū)動(dòng)，然后實(shí)現(xiàn)HAL，以供上層使用。當(dāng)然，我們也可以基于Android的HAL去開發(fā)上層的系統(tǒng)，又可以將基于HAL的系統(tǒng)看成一個(gè)應(yīng)用。據(jù)了解，F(xiàn)irefoxOS，360OS，YunOS等，基本都是基于Android的HAL的方式去開發(fā)的（Oops~如有褻瀆，神靈保佑...）。
基于HAL的Android Framework，分為Native Framework和JavaFramework。HAL層是C++寫的，按里說，Native的 Framework應(yīng)該就夠了，什么還要去實(shí)現(xiàn)Java的Framework呢？Android的應(yīng)用大多數(shù)都是用Java開發(fā)，中間還有一個(gè)Java虛擬機(jī)，和JNI。
其實(shí)，這是有歷史原因的?，F(xiàn)在Android已經(jīng)形成了一個(gè)很大的生態(tài)鏈，但是想想當(dāng)初，Android系統(tǒng)剛才發(fā)布，得有開發(fā)者呀，沒有開發(fā)者的支持，如何能形成生態(tài)鏈。所以，Android就采用了這種Java開發(fā)方式，大大籠絡(luò)了Java開發(fā)人員。
再回到我們的顯示子系統(tǒng)，Surfaceflinger基于HAL HWComposer，管理和控制著整個(gè)Android的顯示。而上層，則是WMS，AMS，View等系統(tǒng)服務(wù)管理和控制著整個(gè)Android的顯示。
回到上一章給出的Display架構(gòu)圖，我們是不是可以直接基于Native的Framework進(jìn)行應(yīng)用的開發(fā)呢，答案是肯定的。Android也為此提供了NDK，以便于Android Native應(yīng)用的開發(fā)。
下面，讓我們從一個(gè)Native應(yīng)用開始，揭開Android顯示系統(tǒng)的面紗～
