硬件渲染是指通过GPU进行渲染，软件渲染是指通过CPU进行渲染。

    在Android中，硬件渲染的过程是通过CPU对需要绘制的内容使用指令进行标记，再通过GPU将标记的指令转换为对应的OpenGL指令进行渲染。从Android4.0开始，UI绘制默认开启硬件加速。在Android5.0之前，Android UI线程和渲染线程是同一个线程，但在Android5.0之后，渲染过程在单独的线程中进行，这个线程就是RenderThread。

一.硬件加速渲染的开启

    在Android中，硬件渲染环境的初始化是从ViewRootImpl的setView方法开始的。

    在ViewRootImpl的setView方法中，主要做了三件事：

1）判断参数中的View是否为RootViewSurfaceTaker。如果为RootViewSurfaceTaker，则调用willYouTakeTheSurface方法，获取SurfaceHolder.Callback2，并保存到mSurfaceHolderCallback中。

2）如果mSurfaceHolderCallback不为空，说明开发者接管了当前Activity的Surface，则创建TakenSurfaceHolder，并保存在mSurfaceHolder中。

3）如果mSurfaceHolder为空，说明开发者没有接管当前Activity的Surface，则调用enableHardwareAcceleration方法开启硬件加速。

    当在Activity中调用Window的takeSurface方法接管Activity的Surface后，Activity的渲染会脱离Android的View体系，相当于整个Activity都是SurfaceView。

class TestActivity : AppCompatActivity() {
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        // 通过这种方式可以脱离Android View体系，相当于整个Activity都是SurfaceView
        window.takeSurface(object : SurfaceHolder.Callback2 {
            override fun surfaceCreated(holder: SurfaceHolder) {
            }

            override fun surfaceChanged(
                holder: SurfaceHolder,
                format: Int,
                width: Int,
                height: Int
            ) {
            }

            override fun surfaceDestroyed(holder: SurfaceHolder) {
            }

            override fun surfaceRedrawNeeded(holder: SurfaceHolder) {
            }
        })
    }
}

    在ViewRootImpl的enableHardwareAcceleration方法中主要做了三件事：

1）通过ThreadedRenderer的静态方法create创建ThreadedRenderer。

2）将创建的ThreadedRenderer保存到mAttachInfo的mThreadedRenderer字段上。

3）为ThreadedRenderer设置SurfaceControl。

1.ThreadedRenderer的初始化

    ThreadedRenderer继承自HardwareRenderer。在ThreadedRenderer的构造方法中，会直接创建ThreadedRenderer并返回。

    在HardwareRenderer的构造方法中，主要做了三件事：

1）创建Native层的RootRenderNode，作为窗口的渲染根节点，并返回对应的地址。

2）将返回的地址封装成Java层的RenderNode。

3）创建Native层的RenderProxy并返回对应的地址，RenderProxy负责从UI线程向Render线程发送渲染指令。

2.RenderProxy的创建

    HardwareRenderer的nCreateProxy方法对应的Native实现为android_graphics_HardwareRenderer的android_view_ThreadedRenderer_createProxy函数。

    在android_view_ThreadedRenderer_createProxy函数中，主要做了两件事：

1）获取Native层的RootRenderNode。

2）会创建RenderProxy，RenderProxy负责从UI线程向Render线程发送渲染指令。

    在RenderProxy的构造方法中，会创建RenderThread、CanvasContext和DrawFrameTask。

• RenderThread：负责监听与请求VSync信号，在VSync信号到来时执行任务并请求下一次VSync信号。
• CanvasContext：负责渲染节点的渲染与渲染管线的管理。
• DrawFrameTask：负责硬件渲染中每一帧渲染任务的管理，包括布局的测量构建、多层级的管理等。

二.RenderProxy中组件的初始化

1.RenderThread的创建

    RenderThread继承自ThreadBase，ThreadBase继承自Thread。

    在RenderThread的getInstance方法中，主要做了两件事：

1）创建RenderThread。

2）并调用RenderThread的start方法启动线程。

    在RenderThread的父类ThreadBase的构造方法中，会创建Looper和WorkQueue。Looper用于线程的消息驱动。WorkQueue用于存储RenderThread中执行的任务，WorkQueue中存储的任务类型为WorkItem。

    在RenderThread的start方法中，会调用threadLoop方法开始循环执行任务。在RenderThread的threadLoop方法中，主要做了两件事：

1）调用initThreadLocals方法，初始化组件。

2）开启循环，执行任务。

2.CanvasContext的创建

    CanvasContext在RenderProxy中创建。RenderProxy将CanvasContext的create方法封装成任务，添加到RenderThread的WorkQueue中等待执行。

    在CanvasContext的create方法中，主要做了两件事：

1）根据指定类型创建对应的渲染管线。

2）创建CanvasContext。

3.DrawFrameTask的初始化

    DrawFrameTask在RenderProxy中创建，通过setContext方法初始化。在DrawFrameTask的setContext方法中，会保存CanvasContext、RootRenderNode、RenderThread。

三.RenderThread的启动

1.RenderThread中组件的初始化

    在RenderThread的initThreadLocals方法中，主要做了三件事：

1）调用initializeChoreographer方法，初始化VSync信号请求接收组件。

2）创建EglManager，EglManager用在初始化Open GL渲染上下文。

3）创建RenderState，RenderState用于记录渲染状态。

    在RenderThread的initializeChoreographer方法中，主要做了三件事：

1）创建AChoreographer。AChoreographer是Native层Choreographer的代理类，AChoreographer是对Choreographer指针的强制转换，当需要调用VSync信号相关的方法时，会将AChoreographer强制转换回Choreographer。两者关系与ACanvas和Canvas类似。Native层Choreographer继承自DisplayEventDispatcher。

2）通过向Looper添加文件描述符的方式的监听VSync信号的分发。

3）创建ChoreographerSource。ChoreographerSource是对AChoreographer的封装，用于在RenderThread中请求与接收VSync信号。ChoreographerSource继承自VSyncSource，VSyncSource定义了请求与处理VSync信号的方法。

2.RenderThread中任务的处理

    在RenderThread的threadLoop方法中，当组件初始化完成后，会开while启循环处理任务。在while循环中，主要做了三件事：

1）根据上一次任务队列执行完毕后返回的时间，对线程进行阻塞等待。

2）执行任务队列中的任务，并计算等待时间。

3）处理动画帧任务。

    waitForWork方法定义在RenderThread的父类ThreadBase中。在ThreadBase的waitForWork方法中，主要做了三件事：

1）获取队列中下一个待任务任务的开始时间。

2）通过减去当前的时间，计算出线程需要阻塞的时间。

3）阻塞线程开启休眠。

3.RenderThread中动画帧的处理

    当外部需要执行动画帧任务时，会调用RenderThread的postFrameCallback方法，在RenderThread的postFrameCallback方法中会对任务进行保存。

    在RenderThread的threadLoop方法的循环中，在处理完WorkQueue中的任务后，如果发现有需要处理的动画帧任务，会去处理动画帧任务。

    关于动画帧任务的处理，主要做了四件事：

1）对未分发的VSync信号进行分发，触发动画帧任务的执行。

2）将mPendingRegistrationFrameCallbacks中的动画帧任务转移到mFrameCallbacks中。

3）清空mPendingRegistrationFrameCallbacks。

4）请求下一次的VSync信号。

    在ChoreographerSource的drainPendingEvents方法中，会调用AChoreographer_handlePendingEvents函数分发VSync信号。

3.1 VSync信号的请求

    在RenderThread的requestVsync方法中，会调用ChoreographerSource的requestNextVsync方法。requestNextVsync方法内部又调用了AChoreographer_postVsyncCallback函数。

    在AChoreographer_postVsyncCallback函数中，将AChoreographer转换为Choreographer，并调用Choreographer的postFrameCallbackDelayed方法。

    在Choreographer的postFrameCallbackDelayed方法中，主要做了两件事：

1）将回调封装成FrameCallback并保存。

2）请求VSync信号。

3.2 VSync信号的分发

    当VSync信号到来时，RenderThread的Looper会从Choreographer的Fd中检测到Looper::EVENT_INPUT消息，并回调RenderThread静态方法的choreographerCallback。

    在RenderThread的静态方法choreographerCallback中，主要做了两件事：

1）获取RenderThread和AChoreographer。

2）调用AChoreographer_handlePendingEvents函数。

    在AChoreographer_handlePendingEvents函数中，会调用Choreographer的handleEvent方法。handleEvent方法在Choreographer的父类DisplayEventDispatcher中实现。

    在DisplayEventDispatcher的handleEvent方法中，会调用dispatchVsync方法，该方法在子类Choreographer中实现。

    在Choreographer的dispatchVsync方法中，主要做了两件事：

1）收集满足时间要求的FrameCallback。

2）调用FrameCallback中的回调方法。

    由于RenderThread在请求VSync信号时传入了静态方法extendedFrameCallback。因此当VSync信号到来时会调用RenderThread的静态方法extendedFrameCallback。

    在RenderThread的静态方法extendedFrameCallback中，主要做了两件事：

1）获取RenderThread。

2）调用RenderThread的frameCallback方法。

    在RenderThread的frameCallback方法中，主要做了两件事：

1）计算动画帧任务执行的目标时间点。

2）对dispatchFrameCallbacks方法进行封装，插入到WorkQueue中，等待到达目标时间点时threadLoop方法的循环任务处理。

    当RenderThread唤醒后，会执行任务队列中的任务，会调用dispatchFrameCallbacks方法。在RenderThread的dispatchFrameCallbacks方法中，主要做了两件事：

1）请求VSync信号。

2）执行动画帧任务。

四.Surface的绑定

    在ViewRootImpl的performTraversals方法中，会通过relayoutWindow方法创建Surface。当Surface创建好后，会调用ThreadedRenderer的initialize方法进行绑定。

    在ThreadedRenderer的initialize方法中，会调用setSurface方法。在ThreadedRenderer的setSurface方法中，会调用父类HardwareRenderer的setSurface方法。

    在HardwareRenderer的setSurface方法中，会调用nSetSurface方法。

    HardwareRenderer的nSetSurface方法对应Native实现为android_graphics_HardwareRenderer的android_view_ThreadedRenderer_setSurface函数。

    在android_view_ThreadedRenderer_setSurface函数中，主要做了三件事：

1）获取RenderProxy。

2）将Java层Surface指针封装成ANativeWindow。

3）为RenderProxy设置Surface。

    在RenderProxy的setSurface方法中，会对CanvasContext的setSurface方法封装，添加到RenderThread的WorkQueue中等待执行。

    当RenderThread执行任务时，会调用CanvasContext的setSurface方法。在CanvasContext的setSurface方法中，主要做了三件事：

1）将ANativeWindow封装成ReliableSurface，ReliableSurface用于Hook拦截ANativeWindow的方法调用。

2）初始化ReliableSurface。

3）初始化渲染管线。

    在CanvasContext的setupPipelineSurface方法中，主要做了两件事：

1）获取ANativeWindow。

2）为渲染管线设置Surface。

五.总结

1.硬件渲染开启流程

    硬件渲染的开启发生在ViewRootImpl中。开启硬件渲染会进行两步操作：第一步是ThreadedRenderer的创建，第二步是ThreadedRenderer与Surface的绑定。

2.ThreadedRenderer的创建

    ThreadedRenderer的创建会触发Native层RootRenderNode和RenderProxy的创建。RootRenderNode是窗口渲染根节点。RenderProxy负责从UI线程向Render线程发送渲染指令。

2.1 RenderProxy的创建

    RenderProxy的创建会触发RenderThread、CanvasContext、DrawFrameTask的创建。RenderThread负责监听与请求VSync信号，在VSync信号到来时执行任务并请求下一次VSync信号。CanvasContext负责渲染节点的渲染与渲染管线的管理。DrawFrameTask负责硬件渲染中每一帧渲染任务的管理，包括布局的测量构建、多层级的管理等。

3.ThreadedRenderer与Surface的绑定

    ThreadedRenderer与Surface的绑定本质上是将Surface与CanvasContext中渲染管线的绑定。Java层Surface在进入Native层后会被封装成ANativeWindow。