Android窗口显示过程分析4之软件绘制

我们来深入解析 Android 中 View 的软件绘制流程。区别于依赖 GPU 的硬件加速绘制，软件绘制全程由 CPU 借助 Skia 库完成，虽然性能稍逊，但流程更简单清晰，适合作为理解 Android 绘制原理的切入点。

一、软件绘制 vs 硬件加速：核心区别

• 硬件加速：Android 4.0 后默认开启，利用 GPU 并行计算，适合复杂 UI（如动画、3D 效果），但初始化复杂、内存占用大。

• 软件绘制：通过 CPU 调用 Skia 库直接绘制，适合简单 UI 或关闭硬件加速的场景（如在 AndroidManifest 中设置android:hardwareAccelerated="false"）。

核心优势：流程直观，便于理解底层绘制原理（如 Skia 库如何将绘制指令转化为像素数据）。

二、Skia 库：软件绘制的 “画笔”

Skia 是 Google 开源的 2D 图形库，Android 的软件绘制完全依赖它。核心组件：

1. SKBitmap：存储图形数据，相当于 “画纸”，记录每个像素的颜色和位置。

   java

   SkBitmap bitmap = new SkBitmap();
   bitmap.setConfig(SkBitmap.kRGB_565_Config, 800, 480); // 设置格式和尺寸
   bitmap.allocPixels(); // 分配内存空间
   

2. SKCanvas：封装绘制操作，相当于 “画布”，提供画线、矩形、文本等 API。

   java

   SkCanvas canvas(bitmap); // 关联画纸
   canvas.drawColor(SK_ColorRED); // 填充红色
   

3. SkPaint：设置绘制风格，相当于 “画笔”，控制颜色、线条粗细、抗锯齿等。

   java

   SkPaint paint;
   paint.setAntiAlias(true); // 开启抗锯齿
   paint.setColor(SkColorSetRGB(255, 0, 0)); // 红色
   canvas.drawRect(10, 10, 100, 100, paint); // 画红色矩形
   

三、绘制流程起点：ViewRootImpl 触发绘制

当 View 树准备好绘制（如布局完成），ViewRootImpl 的draw方法会根据是否启用硬件加速选择路径：

java

if (isHardwareEnabled()) {
    // 硬件绘制（复杂，暂不展开）
} else {
    drawSoftware(surface, ...); // 软件绘制入口
}

关键方法：drawSoftware

1. 获取画布（lockCanvas） ：从 Surface 获取与缓冲区关联的 Canvas 对象，准备绘制。
2. 绘制 View 树（mView.draw (canvas)） ：遍历 View 树，每个 View 调用onDraw方法，使用 Canvas 绘制自身内容。
3. 提交缓冲区（unlockCanvasAndPost） ：将绘制好的缓冲区提交给系统，等待显示。

四、Canvas 初始化：从 Java 到 Native 的桥梁

1. Java 层：Surface.lockCanvas

• 调用Surface.lockCanvas(dirty)获取 Canvas，实际触发 Native 层操作：

  java

  canvas = mSurface.lockCanvas(dirty); // mSurface是Surface对象
  

• lockCanvas会申请一块图形缓冲区（ANativeWindow_Buffer），并将其与 Canvas 关联。

2. Native 层：构建 SkiaCanvas

• 通过 JNI 调用nativeLockCanvas，在 Native 层创建graphics::Canvas对象，内部封装 Skia 的SkCanvas：

  cpp

  // 将ANativeWindow_Buffer转换为SkBitmap，供SkCanvas使用
  SkBitmap bitmap;
  convert(buffer, dataspace, &bitmap); // buffer是Native缓冲区
  SkiaCanvas skiaCanvas(bitmap); // SkiaCanvas持有SkCanvas实例
  

• 最终，Java 层的 Canvas 对象（mCanvas）背后是 Native 层的 SkiaCanvas，所有绘制操作都会转发到 Skia 库。

五、View 树绘制：从 onDraw 到 Skia 渲染

当mView.draw(canvas)被调用，View 树开始绘制：

1. 遍历 View 树：从根 View（DecorView）开始，递归调用每个 View 的draw方法。

2. 调用 onDraw：自定义 View 重写onDraw，使用 Canvas API 绘制内容：

   java

   @Override
   protected void onDraw(Canvas canvas) {
       Paint paint = new Paint();
       paint.setColor(Color.BLUE);
       canvas.drawRect(100, 100, 200, 200, paint); // 画蓝色矩形
       canvas.translate(300, 0); // 移动画布原点
       paint.setColor(Color.RED);
       canvas.drawCircle(100, 100, 50, paint); // 画红色圆（在新原点）
   }
   

3. Skia 库渲染：Java 层的绘制指令（如drawRect）通过 JNI 转发到 Native 层的 SkiaCanvas，最终操作 SkBitmap 的像素数据。

六、缓冲区提交：从绘制到显示

绘制完成后，通过surface.unlockCanvasAndPost(canvas)提交缓冲区：

1. 解除 Canvas 与缓冲区的关联：断开 SkiaCanvas 与 SkBitmap 的连接，防止后续修改。

2. 提交缓冲区到 BLAST 队列：将包含像素数据的缓冲区提交给系统的缓冲区队列（BLASTBufferQueue），等待 SurfaceFlinger 合成到屏幕。

   cpp

   // Native层关键步骤：解锁缓冲区并提交
   status_t err = surface->unlockAndPost(); 
   // 缓冲区进入队列，后续由系统决定何时显示（如配合Vsync信号）
   

七、关键类关系：从 Java 到 Native 的映射

Java 层类	Native 层对应类	作用
Surface	BBQSurface（Surface 子类）	管理缓冲区，连接 Java 与 Native
Canvas	SkiaCanvas（继承 Canvas）	封装 Skia 绘制操作，关联 SkBitmap
Paint	Paint（继承 SkPaint）	存储绘制样式，转发到 SkPaint
ANativeWindow_Buffer	GraphicBuffer	实际存储像素数据的缓冲区

八、软件绘制的应用场景

1. 简单 UI 场景：如纯文字、静态图片，CPU 绘制足够高效。
2. 硬件加速兼容性问题：某些自定义 View 在硬件加速下可能出现显示错误，关闭硬件加速后用软件绘制兜底。
3. 调试需求：软件绘制流程简单，便于追踪绘制问题（如错位、颜色错误）。

总结：软件绘制的核心流程

1. 准备画布：通过 Surface 获取与缓冲区关联的 Canvas（基于 Skia 的 SkCanvas）。

2. 绘制内容：View 树遍历，调用 onDraw 方法，通过 Skia 库操作 SkBitmap 的像素数据。

3. 提交显示：将绘制好的缓冲区提交到系统队列，等待合成到屏幕。

软件绘制就像 “手工画画”：先准备好画纸（SKBitmap）和画笔（SkPaint），在画布（SKCanvas）上按顺序绘制每个元素，最后将画好的作品交给展示系统（SurfaceFlinger）。虽然没有硬件加速的 “流水线” 高效，但清晰的流程是理解 Android 绘制原理的重要起点。通过掌握软件绘制，能更好地理解 View 的测量、布局与绘制的整体逻辑，为优化复杂 UI 性能打下基础。