RenderScript 让你的 Android 计算速度快的飞上天！

我的简书同步发布：RenderScript 让你的Android计算速度快的飞上天！

在上一篇文章Android自动手绘，圆你儿时画家梦！中结尾提到，我将介绍提升轮廓提取速度相关内容，今天一起学习Android中的RenderScript。看完本文，你将学会如何使用并行计算技术，提高你的app中计算模块速度，尤其是提升图像处理中的复杂计算。

RenderScript介绍

根据Android官方网站的介绍：RenderScript是Android平台上用于运行计算密集任务的框架。RenderScript主要是面向数据并行计算，当然了，RenderScript中使用串行计算效率也很好。RenderScript是充分利用GPU，CPU的计算能力，由于不同的硬件对应的并行执行不同，RenderScript会编译2次，首先是我们的PC编译器编译到apk中，然后在apk安装的时候，再编译一次。这样的好处是，可以充分利用不同的硬件，我们编写的代码无需关心具体的硬件的不同，都能写出高性能的代码。
RenderScript相关文档并不多，导致很难去学好RenderScript。但是其实用起来并不复杂，结合SDK中的两个例子和官方文档，基本可以入门了。

在使用RenderScript之前，请在eclipse的project.properties加上：

renderscript.target=18
renderscript.support.mode=true

Hello RenderScript

概念说太多没啥用，先来一段简单代码。需求很简单，我们需要将一张图片中的每个像素的颜色取反色，即分别将255减去当前像素点的R、G、B，得到的新的RGB作为当前像素点的新颜色。如果不用RenderScript，实现起来也非常简单，通过两个for循环，遍历每个像素点，然后替换像素就好，如下：


int width = mInBitmap.getWidth();
int height = mInBitmap.getHeight();
for (int x = 0; x < width; x++) {
    for (int y = 0; y < height; y++) {
        int color = mInBitmap.getPixel(x, y);
        int r=  255-(Color.red(color) ;
        int g=  255-(Color.green(color) ;
        int b=  255-(Color.blue(color) ;
        int c = Color.rgb(gray, gray, gray);
        mOutBitmap.setPixel(x, y, c);
     }
}

这是使用普通java代码实现，如果对一张较大的图执行这段代码，其耗时可想而知！再去看看RenderScript是如何实现相同的功能的：
首先，在代码目录下（即包目录下）创建rs文件，取名可以任意，我们新建一个hello.rs文件：

#pragma version(1)
#pragma rs java_package_name(com.hc.renderscript)
uchar4 __attribute__((kernel)) invert(uchar4 in)
{
  uchar4 out = in;
  out.r =255- in.r;
  out.g = 255-in.g;
  out.b = 255-in.b;
  return out;

}

看不懂？不要急！我们一行一行解释。仔细看会发现其实大部分跟C语言很像，首先#pragma是给编译器看的,#pragma version(1)是指版本号，目前只能选择1，没有更高的版本了。#pragma rs java_package_name(com.hc.renderscript)是告诉编译器，包的名称。因为每个rs文件都会自动生成对应的Java代码，比如，我们新建的hello.rs文件，会自动生成ScriptC_hello类，因此，我们需要在rs声明包的名称。接下来比较重要的关键字__attribute__((kernel))，它跟函数放在一起，用于声明这个函数是个RenderScript核心函数，而不是一个可调用的函数。什么意思呢？其实可以这样理解，就是这个函数不是个普通函数，是用于并行计算的函数。我们不能显式调用，它是RenderScript内部调用的函数。这时你可能会想，既然我们不能显式调用，那该怎么调用呢？别急，接下来为你揭晓。

我们继续看到invert函数，这个函数有个uchar4类型，不用想，肯定表示占用4个字节，每个字节表示的取值范围0~255。但是接下来的事情就很奇怪了，uchar4 in中直接可以用in.r、in.g、in.b分别取出rgb颜色。我猜想uchar4是个结构体类型，本来想去官网查看一下，找了很久没找到。找到的童鞋麻烦告诉我一下，我可以重新编辑这篇文章。但是就算没找到，我们也可以理解的通，其实，如果从本质上来说，它并不复杂，r表示第一个字节，g表示第二个字节，b表示第三个字节。甚至我们可以可以猜得到，还有in.a表示透明度，然后我测试了一下，发现真的编译通过。另外，从RenderScript Basics Tutorial这篇文章可以知道，还可以通过x、y、z、w分别取出对应的第1、2、3、4个字节。也就是说，in.x与in.r都是一个意思.好了这里不再继续纠结uchar4.

RenderScript的核心我们编写完成了，从上面rs文件的invert函数我们知道，这个函数只对具体一个像素点操作，可是我们的图片有width*height个像素点，我们需要这些像素点并行执行inver函数才能得到我们想要的结果。

我们再看看Java代码如何调用，使之并行计算。

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        mSrcImageView = (ImageView) findViewById(R.id.src);
        mDstImageView = (ImageView) findViewById(R.id.dst);

        mInBitmap = BitmapFactory.decodeResource(getResources(), R.drawable.test);
        mOutBitmap = Bitmap.createBitmap(mInBitmap.getWidth(),mInBitmap.getHeight(), mInBitmap.getConfig());
        mSrcImageView.setImageBitmap(mInBitmap);

        RenderScript rs = RenderScript.create(this);
        mScript = new ScriptC_hello(rs);

        aIn = Allocation.createFromBitmap(rs, mInBitmap);
        aOut = Allocation.createFromBitmap(rs, mInBitmap);


        mScript.forEach_invert(aIn, aOut);
        aOut.copyTo(mOutBitmap);
        mDstImageView.setImageBitmap(mOutBitmap);
        rs.destroy();
    }

运行出来的结果：
这里写图片描述
我们继续解释Java代码：先看到第13行，创建的是一个RenderScript对象。接下来是将我们编写的rs文件对应的自动生成的Java类（即ScriptC_hello类）初始化。到目前为止，这些都很好理解。紧接着是创建了两个Allocation对象，这个对象是干嘛用的呢？从名称可以看出，它是用于分配内存的，createFromBitmap根据Bitmap分配内存。为什么需要创建2个Allocation对象呢？这主要是在执行rs文件里面的并行函数时一个Allocation类型 aIn用于参数传入，一个Allocation类型 aOut用于计算结果输出。这两个Allocation的Element类型必须相同，在函数调用时RenderScript会检查，如果不想同会抛异常。这里提到了Element，Elemtent是指Allocation里的一项。比如我们要处理的是Bitmap，则Element表示的类型是像素。做并行计算时，aIn对应的一个元素（Element）的计算结果会放入aOut对应的位置上。定位到代码：mScript.forEach_invert(aIn, aOut);我们的rs文件里面并没有写forEach_invert函数，但是却在ScriptC_hello 类里面生成了这个函数。请注意，我们编写了invert函数，正因为我们的invert函数加了__attribute__((kernel))关键字，所以，会生成forEach_invert函数，这个函数传入的参数aIn和aOut我们都清楚了，RenderScript会自动将aIn里的每个元素（Element）并行的去执行invert函数.得到的结果放入aOut里。最后调用Allocation的copyTo函数把计算的结果转入到Bitmap中。

另外，值得注意的是，__attribute__((kernel))修饰的函数，其形参该怎么写，为啥我们这里是uchar4而不是uchar3或者是uint32之类的呢？我们该怎么确定好这个参数呢？其实，这主要是跟我们的需求有关，你可以根据需求改动。比如我们的aIn里的元素是像素，而一个像素有RGBA占4个字节，因此我们写成uchar4作为形参。还有就是，后面还可以加形参uint32 x,uint32 y,uint32 z。这些是可选项，可以加也可以不加，不影响函数的调用,但是必须是uint32类型。

还有个可选函数init()，在rs文件里的这个函数会指初始化时调用，并且只会调用一次。

有时候我们希望返回的结果不止一个对象该怎么办？我们可以选择使用全局变量，在rs文件中声明全局变量，在rs文件的函数中把数据写入到rs文件的全局变量中。再从Java代码中读取rs的全局变量即可！那么在Java代码中该怎么读取和设置rs中的全局变量呢？答案是，rs文件对应生成的Java类会自动生成全局变量的get和set方法。比如，在hello.rs文件中定义了全局变量int myVar.自动生成的ScriptC_hello类中会自动生成函数：set_myVar(int v)和get_myVar().这样就可以访问rs文件中的全局变量了。

最后

回到最开始说的，提升上一篇文章的轮廓提取速度。如果没有看过上一篇文章的请跳过，或者是前去： Android自动手绘，圆你儿时画家梦！查看。我们去看看Sobel算法，主要分为2步，首先将彩色图转为灰度图，在CommenUtils类的toGrayscale函数中。然后再是调用Sobelsuanf ,在SobelUtils类的Sobel函数。先看看toGrayscale函数：这个函数是直接调用系统的函数，我们不去管。在Sobel函数中，有两个地方使用了两个for循环，显然可以通过RenderScript进行并行计算，提升速度。篇幅原因，具体的实现这里就不提了。

源码地址：RenderScript