第8章 深入理解Surface系统

8.1 概述

Surface是继Audio系统后要破解第二个复杂的系统。它的难度和复杂度远远超过了Audio。基于这种情况，本章将集中精力打通Surface系统的“任督二脉”，这任督二脉分别是：

• 任脉：应用程序和Surface的关系。
• 督脉：Surface和SurfaceFlinger之间的关系。

当这二脉打通后，我们就可以自行修炼更高层次的功夫了。图8-1显示了这二脉的关系：

图8-1 Surface系统的任督二脉

其中，左图是任脉，右图是督脉。

• 先看左图。可以发现，不论是使用Skia绘制二维图像，还是用OpenGL绘制三维图像，最终Application都要和Surface交互。Surface就像是UI的画布，而App则像是在Surface上作画。所以要想打通任脉，就须破解App和Surface之间的关系。
• 再看右图。Surface和SurfaceFlinger的关系，很像Audio系统中AudioTrack和AudioFlinger的关系。Surface向SurfaceFlinger提供数据，而SurfaceFlinger则混合数据。所谓打通督脉的关键，就是破解Surface和SurfaceFlinger之间的关系。

目标已清楚，让我们开始“运功”破解代码吧！

说明：为书写方便起见，后文将SurfaceFlinger简写为SF。

8.2 一个Activity的显示

一般来说，应用程序的外表是通过Activity来展示的。那么，Activity是如何完成界面绘制工作的呢？根据前面所讲的知识，应用程序的显示和Surface有关，那么具体到Activity上，它和Surface又是什么关系呢？

本节就来讨论这些问题。首先从Activity的创建说起。

8.2.1 Activity的创建

我们已经知道了Activity的生命周期，如onCreate、onDestroy等，但大家是否考虑过这样一个问题：

• 如果没有创建Activity，那么onCreate和onDestroy就没有任何意义，可这个Activity究竟是在哪里创建的？。

第4章中的“Zygote分裂”一节已讲过，Zygote在响应请求后会fork一个子进程，这个子进程是App对应的进程，它的入口函数是ActivityThread类的main函数。ActivityThread类中有一个handleLaunchActivity函数，它就是创建Activity的地方。一起来看这个函数，代码如下所示：

ActivityThread.java

private final voidhandleLaunchActivity(ActivityRecord r, Intent customIntent) {//①performLaunchActivity返回一个ActivityActivity a = performLaunchActivity(r, customIntent);if(a != null) {r.createdConfig = new Configuration(mConfiguration);Bundle oldState = r.state;//②调用handleResumeActivityhandleResumeActivity(r.token, false, r.isForward);}......
}

handleLaunchActivity函数中列出了两个关键点，下面对其分别介绍。

1. 创建Activity

第一个关键函数performLaunchActivity返回一个Activity，这个Activity就是App中的那个Activity（仅考虑App中只有一个Activity的情况），它是怎么创建的呢？其代码如下所示：

ActivityThread.java

private final Activity performLaunchActivity(ActivityRecord r, Intent customIntent) {ActivityInfo aInfo = r.activityInfo;......//完成一些准备工作//Activity定义在Activity.java中Activity activity = null;try {java.lang.ClassLoader cl = r.packageInfo.getClassLoader();/*mInstrumentation为Instrumentation类型，源文件为Instrumentation.java。它在newActivity函数中根据Activity的类名通过Java反射机制来创建对应的Activity，这个函数比较复杂，待会我们再分析它。*/activity = mInstrumentation.newActivity(cl,component.getClassName(), r.intent);r.intent.setExtrasClassLoader(cl);if (r.state != null) {r.state.setClassLoader(cl);}} catch (Exception e) {......}try {Application app = r.packageInfo.makeApplication(false,mInstrumentation);if (activity != null) {//在Activity中getContext函数返回的就是这个ContextImpl类型的对象ContextImpl appContext = new ContextImpl();......//下面这个函数会调用Activity的onCreate函数mInstrumentation.callActivityOnCreate(activity, r.state);......return activity;}

好了，performLaunchActivity函数的作用明白了吧？

• 根据类名以Java反射的方法创建一个Activity。
• 调用Activity的onCreate函数，开始SDK中大书特书Activity的生命周期。

那么，在onCreate函数中，我们一般会做什么呢？在这个函数中，和UI相关的重要工作就是调用setContentView来设置UI的外观。接下去，需要看handleLaunchActivity中第二个关键函数handleResumeActivity。

2. 分析handleResumeActivity

上面已创建好了一个Activity，再来看handleResumeActivity。它的代码如下所示：

ActivityThread.java

final void handleResumeActivity(IBinder token,boolean clearHide, boolean isForward) {boolean willBeVisible = !a.mStartedActivity;if (r.window == null && !a.mFinished&& willBeVisible) {r.window= r.activity.getWindow();//①获得一个View对象Viewdecor = r.window.getDecorView();decor.setVisibility(View.INVISIBLE);//②获得ViewManager对象ViewManagerwm = a.getWindowManager();......//③把刚才的decor对象加入到ViewManager中wm.addView(decor,l);}......//其他处理
}

上面有三个关键点。这些关键点似乎已经和UI部分（如View、Window）有联系了。那么这些联系是在什么时候建立的呢？在分析上面代码中的三个关键点之前，请大家想想在前面的过程中，哪些地方会和UI挂上钩呢？

• 答案就在onCreate函数中，Activity一般都在这个函数中通过setContentView设置UI界面。

看来，必须先分析setContentView，才能继续后面的征程。

3. 分析setContentView

setContentView有好几个同名函数，现在只看其中的一个就可以了。代码如下所示：

Activity.java

public void setContentView(View view) {//getWindow返回的是什么呢？一起来看看。getWindow().setContentView(view);
}
public Window getWindow() {return mWindow; //返回一个类型为Window的mWindow，它是什么？
}

上面出现了两个和UI有关系的类：View和Window[①]。来看SDK文档是怎么描述这两个类的。这里先给出原文描述，然后进行对应翻译：

• Window：abstract base class for a top-levelwindow look and behavior policy. An instance of this class should be used asthe top-level view added to the window manager. It provides standard UIpolicies such as a background, title area, default key processing, etc.

中文的意思是：Window是一个抽象基类，用于控制顶层窗口的外观和行为。做为顶层窗口它有什么特殊的职能呢？即绘制背景和标题栏、默认的按键处理等。

这里面有一句比较关键的话：它将做为一个顶层的view加入到Window Manager中。

• View：This class represents the basicbuilding block for user interface components. A View occupies a rectangulararea on the screen and is responsible for drawing and event handling.

View的概念就比较简单了，它是一个基本的UI单元，占据屏幕的一块矩形区域，可用于绘制，并能处理事件。

从上面的View和Window的描述，再加上setContentView的代码，我们能想象一下这三者的关系，如图8-2所示：

图8-2 Window/View的假想关系图

根据上面的介绍，大家可能会产生两个疑问：

• Window是一个抽象类，它实际的对象到底是什么类型？
• Window Manager究竟是什么？

如果能有这样的疑问，就说明我们非常细心了。下面试来解决这两个问题。

（1）Activity的Window
据上文讲解可知，Window是一个抽象类。它实际的对象到底属于什么类型？先回到Activity创建的地方去看看。下面正是创建Activity时的代码，可当时没有深入地分析。

activity = mInstrumentation.newActivity(cl, component.getClassName(), r.intent);

代码中调用了Instrumentation的newActivity，再去那里看看。

Instrumentation.java

public Activity newActivity(Class<?>clazz, Context context,IBinder token, Application application, Intent intent,ActivityInfo info, CharSequencetitle, Activity parent,String id,Object lastNonConfigurationInstance)throws InstantiationException, IllegalAccessException{Activity activity = (Activity)clazz.newInstance();ActivityThread aThread = null;//关键函数attach!!activity.attach(context, aThread, this, token, application, intent,info, title,parent, id, lastNonConfigurationInstance,new Configuration());return activity;
}

看到关键函数attach了吧？Window的真相马上就要揭晓了，让我们用咆哮体②来表达内心的激动之情吧！！！！

Activity.java

final void attach(Context context,ActivityThread aThread,Instrumentation instr, IBinder token, int ident,Application application, Intent intent, ActivityInfo info,CharSequence title, Activity parent, String id,Object lastNonConfigurationInstance,HashMap<String,Object> lastNonConfigurationChildInstances,Configuration config) {......//利用PolicyManager来创建Window对象mWindow = PolicyManager.makeNewWindow(this);mWindow.setCallback(this);......//创建WindowManager对象mWindow.setWindowManager(null, mToken, mComponent.flattenToString());if(mParent != null) {mWindow.setContainer(mParent.getWindow());}//保存这个WindowManager对象mWindowManager = mWindow.getWindowManager();mCurrentConfig = config;
}

此刻又有一点失望吧？这里冒出了个PolicyManager类，Window是由它的makeNewWindow函数所创建，因此还必须再去看看这个PolicyManager。

（2）水面下的冰山——PolicyManager
PolicyManager定义于PolicyManager.java文件，该文件在一个非常独立的目录下，现将其单独列出来：

• frameworks/policies/base/phone/com/android/internal/policy/impl

注意，上面路径中的灰色目录phone是针对智能手机这种小屏幕的；另外还有一个平级的目录叫mid，是针对Mid设备的。mid目录的代码比较少，可能目前还没有开发完毕。

下面来看这个PolicyManager，它比较简单。

PolicyManager.java

public final class PolicyManager {private static final String POLICY_IMPL_CLASS_NAME = "com.android.internal.policy.impl.Policy";private static final IPolicy sPolicy;static{//try {Class policyClass = Class.forName(POLICY_IMPL_CLASS_NAME);//创建Policy对象sPolicy = (IPolicy)policyClass.newInstance();}catch (ClassNotFoundException ex) {......}private PolicyManager() {}//通过Policy对象的makeNewWindow创建一个Windowpublicstatic Window makeNewWindow(Context context) {return sPolicy.makeNewWindow(context);}......}

这里有一个单例的sPolicy对象，它是Policy类型，请看它的定义。

（3）真正的Window
Policy类型的定义代码如下所示：

Policy.java

public class Policy implements IPolicy {private static final String TAG = "PhonePolicy";private static final String[] preload_classes = {"com.android.internal.policy.impl.PhoneLayoutInflater","com.android.internal.policy.impl.PhoneWindow","com.android.internal.policy.impl.PhoneWindow$1","com.android.internal.policy.impl.PhoneWindow$ContextMenuCallback","com.android.internal.policy.impl.PhoneWindow$DecorView","com.android.internal.policy.impl.PhoneWindow$PanelFeatureState","com.android.internal.policy.impl.PhoneWindow$PanelFeatureState$SavedState",};static{//加载所有的类for (String s : preload_classes) {try {Class.forName(s);} catch (ClassNotFoundException ex) {......}}}public PhoneWindow makeNewWindow(Contextcontext) {//makeNewWindow返回的是PhoneWindow对象return new PhoneWindow(context);}......
}

至此，终于知道了代码：

mWindow = PolicyManager.makeNewWindow(this);

返回的Window，原来是一个PhoneWindow对象。它的定义在PhoneWindow.java中。

mWindow的真实身份搞清楚了，还剩下个WindowManager。现在就来揭示其真面目。

（4）真正的WindowManager
先看WindowManager创建的代码，如下所示：

Activity.java

     ......//创建mWindow对象//调用mWindow的setWindowManager函数mWindow.setWindowManager(null, mToken,mComponent.flattenToString());.....

上面的函数设置了PhoneWindow的WindowManager，不过第一个参数是null，这是什么意思？在回答此问题之前，先来看PhoneWindow的定义，它是从Window类派生。

PhoneWindow.java::PhoneWindow定义

public class PhoneWindow extends Windowimplements MenuBuilder.Callback

前面调用的setWindowManager函数，其实是由PhoneWindow的父类Window类来实现的，来看其代码，如下所示：

Window.java

public void setWindowManager(WindowManagerwm,IBinder appToken, String appName) {     //注意，传入的wm值为nullmAppToken = appToken;mAppName = appName;if(wm == null) {//如果wm为空的话，则创建WindowManagerImpl对象wm = WindowManagerImpl.getDefault();}//mWindowManager是一个LocalWindowManagermWindowManager = new LocalWindowManager(wm);
}

LocalWindowManager是在Window中定义的内部类，请看它的构造函数，其定义如下所示：

Window.java::LocalWindowManager定义

private class LocalWindowManager implementsWindowManager {LocalWindowManager(WindowManager wm) {mWindowManager = wm;//还好，只是简单地保存了传入的wm参数mDefaultDisplay = mContext.getResources().getDefaultDisplay(mWindowManager.getDefaultDisplay());}......

如上面代码所示，LocalWindowManager将保存一个WindowManager类型的对象，这个对象的实际类型是WindowManagerImpl。而WindowManagerImpl又是什么呢？来看它的代码，如下所示：

WindowManagerImpl.java

public class WindowManagerImpl implementsWindowManager {......public static WindowManagerImpl getDefault()
{return mWindowManager; //返回的就是WindowManagerImpl对象
}
private static WindowManagerImpl mWindowManager = new WindowManagerImpl();
}

看到这里，是否有点头晕眼花？很多朋友读我的一篇与此内容相关的博文后，普遍也有如此反应。对此，试配制了一剂治晕药方，如图8-3所示：

图8-3 Window和WindowManger的家族图谱

根据上图，可得出以下结论：

• Activity的mWindow成员变量其真实类型是PhoneWindow，而mWindowManager成员变量的真实类型是LocalWindowManager。
• LocalWindowManager和WindowManagerImpl都实现了WindowManager接口。这里采用的是Proxy模式，表明LocalWindowManager将把它的工作委托WindowManagerImpl来完成。

（5）setContentView的总结
了解了上述知识后，重新回到setContentView函数。这次希望能分析得更深入些。

Activity.java

public void setContentView(View view) {getWindow().setContentView(view);//getWindow返回的是PhoneWindow
}

一起来看PhoneWindow的setContentView函数，代码如下所示：

PhoneWindow

public void setContentView(View view) {//调用另一个setContentViewsetContentView(view,new ViewGroup.LayoutParams(MATCH_PARENT,MATCH_PARENT));
}public void setContentView(View view,ViewGroup.LayoutParams params) {//mContentParent为ViewGroup类型，它的初值为nullif(mContentParent == null) {installDecor();}else {mContentParent.removeAllViews();}//把view加入到ViewGroup中mContentParent.addView(view, params);......
}

mContentParent是一个ViewGroup类型，它从View中派生，所以也是一个UI单元。从它名字中“Group”所表达的意思分析，它还可以包含其他的View元素。这又是什么意思呢？

• 也就是说，在绘制一个ViewGroup时，它不仅需要把自己的样子画出来，还需要把它包含的View元素的样子也画出来。读者可将它想象成一个容器，容器中的元素就是View。

这里采用的是23种设计模式中的Composite模式，它是UI编程中常用的模式之一。

再来看installDecor函数，其代码如下所示：

PhoneWindow.java

private void installDecor() {if (mDecor == null) {//创建mDecor，它为DecorView类型，从FrameLayout派生mDecor= generateDecor();......}if(mContentParent == null) {//得到这个mContentParentmContentParent = generateLayout(mDecor);//创建标题栏mTitleView= (TextView)findViewById(com.android.internal.R.id.title);......
}

generateLayout函数的输入参数为mDecor，输出为mContentParent，代码如下所示：

PhoneWindow

protected ViewGroup generateLayout(DecorViewdecor){......int layoutResource;int features = getLocalFeatures();if((features & ((1 << FEATURE_LEFT_ICON) |(1 <<FEATURE_RIGHT_ICON))) != 0) {if(mIsFloating) {//根据情况取得对应标题栏的资源idlayoutResource =  com.android.internal.R.layout.dialog_title_icons;}......
}mDecor.startChanging();View in = mLayoutInflater.inflate(layoutResource, null);//加入标题栏decor.addView(in,new ViewGroup.LayoutParams(MATCH_PARENT, MATCH_PARENT));/*ID_ANDROID_CONTENT的值为”com.android.internal.R.id.content”这个contentParent由findViewById返回，实际上就是mDecorView的一部分。*/ViewGroup contentParent = (ViewGroup)findViewById(ID_ANDROID_CONTENT);......mDecor.finishChanging();return contentParent;
}

下面看findViewById是如何实现的。它定义在Window.java中，代码如下所示：

Window.java

public View findViewById(int id) {//getDecorView将返回mDecorView,所以contentParent确实是DecorView的一部分return getDecorView().findViewById(id);}

大家还记得图8-2吗？介绍完上面的知识后，根据图8-2，可绘制更细致的图8-4：

图8-4 一个Activity中的UI组件

可从上图中看出，在Activity的onCreate函数中，通过setContentView设置的View，其实只是DecorView的子View。DecorView还处理了标题栏显示等一系列的工作。

注意，这里使用了设计模式中的Decorator（装饰）模式，它也是UI编程中常用的模式之一。

4. 重回handleResumeActivity

看完setContentView的分析后，不知大家是否还记得这样一个问题：为什么要分析这个setContentView函数？在继续前行之前，先来回顾一下被setContentView打断的流程。

当时，我们正在分析handleResumeActivity，代码如下所示：

ActivityThread.java

final void handleResumeActivity(IBinder token,boolean clearHide,boolean isForward) {boolean willBeVisible = !a.mStartedActivity;......if (r.window == null && !a.mFinished&& willBeVisible) {r.window= r.activity.getWindow();//①获得一个View对象。现在知道这个view就是DecorViewViewdecor = r.window.getDecorView();decor.setVisibility(View.INVISIBLE);//②获得ViewManager对象,这个wm就是LocalWindowManagerViewManagerwm = a.getWindowManager();WindowManager.LayoutParamsl = r.window.getAttributes();a.mDecor= decor;l.type =WindowManager.LayoutParams.TYPE_BASE_APPLICATION;if(a.mVisibleFromClient) {a.mWindowAdded= true;//③把刚才的decor对象加入到ViewManager中wm.addView(decor,l);}
......//其他处理
}

在上面的代码中，由于出现了多个之前不熟悉的东西，如View、ViewManager等，而这些东西的来源又和setContentView有关，所以我们才转而去分析setContentView了。想起来了吧？

由于代码比较长，跳转关系也很多，在分析代码时，请读者把握流程，在大脑中建立一个代码分析的堆栈。

下面就从addView的分析开始。如前面所介绍的，它的调用方法是：

wm.addView(decor, l);//wm类型实际是LocalWindowManager

来看这个addView函数，它的代码如下所示：

Window.javaLocalWindowManager

public final void addView(View view,ViewGroup.LayoutParams params) {WindowManager.LayoutParams wp =(WindowManager.LayoutParams)params;CharSequence curTitle = wp.getTitle();...... //做一些操作，可以不管它//还记得前面提到过的Proxy模式吗？mWindowManager对象实际上是WindowManagerImpl类型mWindowManager.addView(view, params);
}

看来，要搞清楚这个addView函数还是比较麻烦的，因为现在必须到WindowManagerImpl中去看看。它的代码如下所示：

WindowManagerImpl.java

private void addView(View view,ViewGroup.LayoutParams params, boolean nest)
{ViewRoot root; //ViewRoot，幕后的主角终于登场了！synchronized(this) {//①创建ViewRootroot =new ViewRoot(view.getContext());root.mAddNesting = 1;view.setLayoutParams(wparams);if(mViews == null) {index = 1;mViews = new View[1];mRoots= new ViewRoot[1];mParams = new WindowManager.LayoutParams[1];} else{......}index--;mViews[index]= view;mRoots[index]= root;//保存这个rootmParams[index]= wparams;//②setView,其中view是刚才我们介绍的DecorViewroot.setView(view,wparams, panelParentView);//
}

“ViewRoot，ViewRoot …”，主角终于出场了！即使没介绍它的真实身份，不禁也想欢呼几声。可为避免高兴得过早，还是应该先冷静地分析一下它。这里，列出了ViewRoot的两个重要关键点。

（1）ViewRoot是什么？
ViewRoot是什么？看起来好像和View有些许关系，至少名字非常像。事实上，它的确和View有关系，因为它实现了ViewParent接口。SDK的文档中有关于ViewParent的介绍。但它和Android基本绘图单元中的View却不太一样，比如：ViewParent不处理绘画，因为它没有onDraw函数。

如上所述，ViewParent和绘画没有关系，那么，它的作用是什么？先来看它的代码，如下所示：

ViewRoot.java::ViewRoot定义

public final class ViewRoot extends Handlerimplements ViewParent,View.AttachInfo.Callbacks //从Handler类派生{private final Surface mSurface = new Surface();//这里创建了一个Surface对象final W mWindow; //这个是什么？View mView;}

上面这段代码传达出了一些重要信息：

• ViewRoot继承了Handler类，看来它能处理消息。ViewRoot果真重写了handleMessage函数。稍侯再来看它。
• ViewRoot有一个成员变量叫mSurface，它是Surface类型。
• ViewRoot还有一个W类型的mWindow和一个View类型的mView变量。

其中，W是ViewRoot定义的一个静态内部类：

static class W extends IWindow.Stub

这个类将参与Binder的通信，以后对此再做讲解，先来介绍Surface类。

（2）神笔马良乎？
这里冒出来一个Surface类。它是什么？在回答此问题之前，先来考虑这样一个问题：

• 前文介绍的View、DecorView等都是UI单元，这些UI单元的绘画工作都在onDraw函数中完成。如果把onDraw想象成画图过程，那么画布是什么？

Android肯定不是“马良”，它也没有那支可以在任何物体上作画的“神笔”，所以我们需要一块实实在在的画布，这块画布就是Surface。SDK文档对Surface类的说明是：Handle on to a raw buffer thatis being managed by the screen compositor。这句话的意思是：

• 有一块Raw buffer，至于是内存还是显存，不必管它。
• Surface操作这块Raw buffer。
• Screen compositor（其实就是SurfaceFlinger）管理这块Raw buffer。

Surface和SF、ViewRoot有什么关系呢？相信，聪明的你此时已经明白些了，这里用图8-5描绘一下心中的想法：

图8-5 马良的神笔工作原理

结合之前所讲的知识，图8-5清晰地传达了如下几条信息：

• ViewRoot有一个成员变量mSurface，它是Surface类型，它和一块Raw Buffer有关联。
• ViewRoot是一个ViewParent，它的子View的绘画操作，是在画布Surface上展开的。
• Surface和SurfaceFlinger有交互，这非常类似AudioTrack和AudioFlinger之间的交互。

既然本章题目为“深入理解Surface系统”，那么就需要重点关注Surface和SurfaceFlinger间的关系。建立这个关系需ViewRoot的参与，所以应先来分析ViewRoot的创建和它的setView函数。

（3）ViewRoot的创建和对setView的分析
来分析ViewRoot的构造。关于它所包含内容，代码如下所示：

ViewRoot.java

public ViewRoot(Context context) {super();....// getWindowSession？我们进去看看getWindowSession(context.getMainLooper());......//ViewRoot的mWindow是一个W类型，注意它不是Window类型，而是IWindow类型mWindow= new W(this, context);
}

getWindowsession函数，将建立Activity的ViewRoot和WindowManagerService的关系。代码如下所示：

ViewRoot.java

public static IWindowSessiongetWindowSession(Looper mainLooper) {synchronized (mStaticInit) {if(!mInitialized) {try {InputMethodManagerimm =InputMethodManager.getInstance(mainLooper);//下面这个函数先得到WindowManagerService的Binder代理，然后调用它的openSessionsWindowSession = IWindowManager.Stub.asInterface(ServiceManager.getService("window")).openSession(imm.getClient(), imm.getInputContext());mInitialized = true;} catch (RemoteException e) {}}return sWindowSession;}}

WindowSession？WindowManagerService？第一次看到这些东西时，我快疯了。复杂，太复杂，无比复杂！要攻克这些难题，应先来回顾一下与Zygote相关的知识：

• WindowManagerService（以后简称WMS）由System_Server进程启动，SurfaceFlinger服务也在这个进程中。

看来，Activity的显示还不单纯是它自己的事，还需要和WMS建立联系才行。继续看。先看setView的处理。这个函数很复杂，注意其中关键的几句。

openSession的操作是一个使用Binder通信的跨进程调用，暂且记住这个函数，在精简流程之后再来分析。

代码如下所示：

ViewRoot.java

public void setView(View view, WindowManager.LayoutParamsattrs,View panelParentView){//第一个参数view是DecorView......mView= view;//保存这个viewsynchronized (this) {requestLayout(); //待会先看看这个。try {//调用IWindowSession的add函数，第一个参数是mWindowres =sWindowSession.add(mWindow, mWindowAttributes,getHostVisibility(), mAttachInfo.mContentInsets);}......}

ViewRoot的setView函数做了三件事：

• 保存传入的view参数为mView，这个mView指向PhoneWindow的DecorView。

• 调用requestLayout。

• 调用IWindowSession的add函数，这是一个跨进程的Binder通信，第一个参数是mWindow，它是W类型，从IWindow.stub派生。

先来看这个requestLayout函数，它非常简单，就是往handler中发送了一个消息。注意，ViewRoot是从Handler派生的，所以这个消息最后会由ViewRoot自己处理，代码如下所示：

ViewRoot.java

public void requestLayout() {checkThread();mLayoutRequested = true;scheduleTraversals();}public void scheduleTraversals() {if(!mTraversalScheduled) {mTraversalScheduled = true;sendEmptyMessage(DO_TRAVERSAL); //发送DO_TRAVERSAL消息}}

好，requestLayout分析完毕。

从上面的代码中可发现，ViewRoot和远端进程SystemServer的WMS有交互，先来总结一下它和WMS的交互流程：

• ViewRoot调用openSession，得到一个IWindowSession对象。

• 调用WindowSession对象的add函数，把一个W类型的mWindow对象做为参数传入。

5. ViewRoot和WMS的关系

上面总结了ViewRoot和WMS的交互流程，其中一共有两个跨进程的调用。一起去看。

（1）调用流程分析
WMS的代码在WindowManagerService.java中：

WindowManagerService.java

public IWindowSessionopenSession(IInputMethodClient client,IInputContextinputContext) {......return new Session(client, inputContext);}

Session是WMS定义的内部类。它支持Binder通信，并且属于Bn端，即响应请求的服务端。

再来看它的add函数。代码如下所示：

WindowManagerService.java::Session

public int add(IWindow window,WindowManager.LayoutParams attrs,int viewVisibility, Rect outContentInsets) {//调用外部类对象的addWindow,也就是WMS的addWindowreturnaddWindow(this, window, attrs, viewVisibility,outContentInsets);}

WindowManagerService.java

public int addWindow(Session session, IWindowclient,WindowManager.LayoutParams attrs, int viewVisibility,Rect outContentInsets) {......//创建一个WindowStatewin = new WindowState(session, client, token,attachedWindow, attrs,viewVisibility);......//调用attach函数win.attach();......return res;}

WindowState类也是在WMS中定义的内部类，直接看它的attach函数，代码如下所示：

WMS.java::WindowState]

void attach() {//mSession就是Session对象，调用它的windowAddedLocked函数mSession.windowAddedLocked();}

WMS.java::Session]

void windowAddedLocked() {if(mSurfaceSession == null) {......//创建一个SurfaceSession对象mSurfaceSession= new SurfaceSession();......}mNumWindow++;}

这里出现了另外一个重要的对象SurfaceSession。在讲解它之前，急需理清一下现有的知识点，否则可能会头晕。

（2）ViewRoot和WMS的关系梳理
ViewRoot和WMS之间的关系，可用图8-6来表示：

图8-6 ViewRoot和WMS的关系

总结一下图8-6中的知识点：

• ViewRoot通过IWindowSession和WMS进程进行跨进程通信。IWindowSession定义在IWindowSession.aidl文件中。这个文件在编译时由aidl工具处理，最后会生成类似于Native Binder中Bn端和Bp端的代码，后文会介绍它。

• ViewRoot内部有一个W类型的对象，它也是一个基于Binder通信的类，W是IWindow的Bn端，用于响应请求。IWindow定义在另一个aidl文件IWindow.aidl中。

为什么需要这两个特殊的类呢？简单介绍一下：

首先，来看IWindowSession.aidl对自己的描述：

• System private per-application interface to the window manager：也就是说每个App进程都会和WMS建立一个IWindowSession会话。这个会话被App进程用于和WMS通信。后面会介绍它的requestLayout函数。

再看对IWindow.adil的描述：

• API back to a client window that the Window Manager uses to informit of interesting things happening：这句话的大意是IWindow是WMS用来做事件通知的。每当发生一些事情时，WMS就会把这些事告诉某个IWindow。可以把IWindow想象成一个回调函数。

IWindow的描述表达了什么意思呢？不妨看看它的内容，代码如下所示：

IWindow.aidl定义

void dispatchKey(in KeyEvent event);void dispatchPointer(in MotionEvent event, longeventTime,boolean callWhenDone);void dispatchTrackball(in MotionEvent event,long eventTime,boolean callWhenDone);

明白了？这里的事件指的就是按键、触屏等事件。那么，一个按键事件是如何被分发的呢？下面是它大致的流程：

• WMS所在的SystemServer进程接收到按键事件。

• WMS找到UI位于屏幕顶端的进程所对应的IWindow对象，这是一个Bp端对象。

• 调用这个IWindow对象的dispatchKey。IWindow对象的Bn端位于ViewRoot中，ViewRoot再根据内部View的位置信息找到真正处理这个事件的View，最后调用dispatchKey函数完成按键的处理。

其实这些按键事件的分发机制可以拿Windows的UI编程来做类比，在Windows中应用程序的按键处理流程是：

• 每一个按键事件都会转化成一个消息，这个消息将由系统加入到对应进程的消息队列中。该进程的消息在派发处理时，会根据消息的句柄找到对应的Window（窗口），继而该消息就由这个Window处理了。

注意：上面的描述实际上大大简化了真实的处理流程，读者可在了解大体知识后进行更深入的研究。

上面介绍的是ViewRoot和WMS的交互，但是我们最关心的Surface还没有正式介绍，在此之前，还是先介绍Activity的流程。

8.2.2 Activity的UI绘制

ViewRoot的setView函数中，会有一个requestLayout。根据前面的分析可知，它会向ViewRoot发送一个DO_TRAVERSAL消息，来看它的handleMessage函数，代码如下所示：

ViewRoot.java

public void handleMessage(Message msg) {switch (msg.what) {......case DO_TRAVERSAL:......performTraversals();//调用performTraversals函数......break;......}}

再去看performTraversals函数，这个函数比较复杂，先只看它的关键部分，代码如下所示：

ViewRoot.java

private void performTraversals() {finalView host = mView;//还记得这mView吗？它就是DecorView喔booleaninitialized = false;booleancontentInsetsChanged = false;booleanvisibleInsetsChanged;try {relayoutResult= //①关键函数relayoutWindowrelayoutWindow(params, viewVisibility,insetsPending);}......draw(fullRedrawNeeded);// ②开始绘制......}

1. relayoutWindow的分析

performTraversals函数比较复杂，暂时只关注其中的两个函数relayoutWindow和draw即可。先看第一个relayoutWindow，代码如下所示：

ViewRoot.java

private intrelayoutWindow(WindowManager.LayoutParams params,int viewVisibility, boolean insetsPending)throws RemoteException {//原来是调用IWindowSession的relayOut，暂且记住这个调用int relayoutResult = sWindowSession.relayout(mWindow, params,(int) (mView.mMeasuredWidth * appScale + 0.5f),(int) (mView.mMeasuredHeight * appScale + 0.5f),viewVisibility, insetsPending, mWinFrame,mPendingContentInsets, mPendingVisibleInsets,mPendingConfiguration, mSurface); mSurface做为参数传进去了。}......}

relayoutWindow中会调用IWindowSession的relayout函数，暂且记住这个调用，在精简流程后再进行分析。

2. draw的分析

再来看draw函数。这个函数非常重要，它可是Acitivity漂亮脸蛋的塑造大师啊，代码如下所示：

ViewRoot.java

private void draw(boolean fullRedrawNeeded) {Surface surface = mSurface;//mSurface是ViewRoot的成员变量......Canvas canvas;try {int left = dirty.left;int top = dirty.top;int right = dirty.right;int bottom = dirty.bottom;//从mSurface中lock一块Canvascanvas = surface.lockCanvas(dirty);......mView.draw(canvas);//调用DecorView的draw函数，canvas就是画布的意思啦！......//unlock画布，屏幕上马上就会见到漂亮宝贝的长相了。surface.unlockCanvasAndPost(canvas);}......}

UI的显示好像很简单嘛！真的是这样的吗？在揭露这个“惊天秘密”之前我们先总结一下Activity的显示流程。

8.2.3 Activity总结

不得不承认的是前面几节的内容很多也很繁杂，为了让后面分析的过程更流畅轻松一些，所以我们必须要总结一下。关于Activity的创建和显示，前面几节的信息可提炼成如下几条：

• Activity的顶层View是DecorView，而我们在onCreate函数中通过setContentView设置的View只不过是这个DecorView中的一部分罢了。DecorView是一个FrameLayout类型的ViewGroup。
• Activity和UI有关，它包含一个Window（真实类型是PhoneWindow）和一个WindowManager（真实类型是LocalWindowManager）对象。这两个对象将控制整个Activity的显示。
• LocalWindowManager使用了WindowManagerImpl做为最终的处理对象（Proxy模式），这个WindowManagerImpl中有一个ViewRoot对象。
• ViewRoot实现了ViewParent接口，它有两个重要的成员变量，一个是mView，它指向Activity顶层UI单元的DecorView，另外有一个mSurface，这个Surface包含了一个Canvas（画布）。除此之外，ViewRoot还通过Binder系统和WindowManagerService进行了跨进程交互。
• ViewRoot能处理Handler的消息，Activity的显示就是由ViewRoot在它的performTraversals函数中完成的。
• 整个Activity的绘图流程就是从mSurface中lock一块Canvas，然后交给mView去自由发挥画画的才能，最后unlockCanvasAndPost释放这块Canvas。

这里和显示有关的就是最后三条了，其中最重要的内容都和Surface相关，既然mSurface是ViewRoot的本地变量，那就直接去看Surface。上面的代码分析一路走下来，真是比较流畅，波澜不惊，可事实果真如此吗？

8.3 初识Surface

本节将介绍Surface对象。它可是纵跨Java/JNI层的对象，想必读者朋友已经摩拳擦掌，跃跃欲试了。

8.3.1 和Surface有关的流程总结

这里，先总结一下前面讲解中和Surface有关的流程：

• 在ViewRoot构造时，会创建一个Surface，它使用无参构造函数，代码如下所示：

private final Surface mSurface = new Surface();

• ViewRoot通过IWindowSession和WMS交互，而WMS中会调用的一个attach函数，会构造一个SurfaceSession，代码如下所示：

void windowAddedLocked() {
if(mSurfaceSession == null) {
mSurfaceSession = new SurfaceSession();

    mNumWindow++;

}

}

• ViewRoot在performTransval的处理过程中会调用IWindowSession的relayout函数。这个函数还没有分析。

• ViewRoot调用Surface的lockCanvas，得到一块画布。

• ViewRoot调用Surface的unlockCanvasAndPost释放这块画布。

这里从relayout函数开始分析，来看。

8.3.2 Surface之乾坤大挪移

1. 乾坤大挪移的表象
   relayout的函数是一个跨进程的调用，由WMS完成实际处理。先到ViewRoot中看看调用方的用法，代码如下所示：

ViewRoot.java

private intrelayoutWindow(WindowManager.LayoutParams params,int viewVisibility, boolean insetsPending)throws RemoteException {int relayoutResult = sWindowSession.relayout(mWindow, params,(int) (mView.mMeasuredWidth * appScale + 0.5f),(int) (mView.mMeasuredHeight * appScale + 0.5f),viewVisibility, insetsPending, mWinFrame,mPendingContentInsets, mPendingVisibleInsets,mPendingConfiguration, mSurface);//mSurface传了进去......return relayoutResult;}

再看接收方的处理。它在WMS的Session中，代码如下所示：

WindowManagerService.java::Session

public int relayout(IWindow window,WindowManager.LayoutParams attrs,int requestedWidth, int requestedHeight, int viewFlags,boolean insetsPending, Rect outFrame, Rect outContentInsets,Rect outVisibleInsets, Configuration outConfig,Surface outSurface) {//注意最后这个参数的名字，叫outSurface//调用外部类对象的relayoutWindowreturnrelayoutWindow(this, window, attrs,requestedWidth,requestedHeight, viewFlags, insetsPending,outFrame, outContentInsets,outVisibleInsets, outConfig,outSurface);}

WindowManagerService.java

public int relayoutWindow(Session session,IWindow client,WindowManager.LayoutParams attrs, int requestedWidth,int requestedHeight, int viewVisibility, boolean insetsPending,Rect outFrame, Rect outContentInsets, Rect outVisibleInsets,Configuration outConfig, SurfaceoutSurface){.....try {//win就是WinState，这里将创建一个本地的Surface对象Surfacesurface = win.createSurfaceLocked();if(surface != null) {//先创建一个本地surface，然后在outSurface的对象上调用copyFrom//将本地Surface的信息拷贝到outSurface中，为什么要这么麻烦呢？outSurface.copyFrom(surface);......}

WindowManagerService.java::WindowState]

Surface createSurfaceLocked() {......try {//mSurfaceSession就是在Session上创建的SurfaceSession对象//这里，以它为参数，构造一个新的Surface对象mSurface = new Surface(mSession.mSurfaceSession, mSession.mPid,mAttrs.getTitle().toString(),0, w, h, mAttrs.format, flags);}Surface.openTransaction();//打开一个事务处理......Surface.closeTransaction();//关闭一个事务处理。关于事务处理以后再分析......}

上面的代码段好像有点混乱。用图8-7来表示一下这个流程：

图8-7 复杂的Surface创建流程

根据图8-7可知：

• WMS中的Surface是乾坤中的乾，它的构造使用了带SurfaceSession参数的构造函数。

• ViewRoot中的Surface是乾坤中的坤，它的构造使用了无参构造函数。

• copyFrom就是挪移，它将乾中的Surface信息，拷贝到坤中的Surface即outSurface里。

要是觉得乾坤大挪移就是这两三下，未免就太小看它了。为彻底揭示这期间的复杂过程，我们将使用必杀技——aidl工具。

1. 揭秘Surface的乾坤大挪移
   aidl可以把XXX.aidl文件转换成对应的Java文件。刚才所说的乾坤大挪移发生在ViewRoot调用IWindowSession的relayout函数中，它在IWindowSession.adil中的定义如下：

IWindowSesson.aidl

interface IWindowSession {......intrelayout(IWindow window, in WindowManager.LayoutParams attrs,int requestedWidth, int requestedHeight, int viewVisibility,boolean insetsPending, out Rect outFrame, out Rect outContentInsets,out Rect outVisibleInsets, out Configuration outConfig,out Surface outSurface);

下面，拿必杀技aidl来编译一下这个aidl文件，其使用方法如下：

在命令行下可以输入：

aidl –Ie:\froyo\source\frameworks\base\core\java\ -Ie:\froyo\source\frameworks\base\Graphics\java e:\froyo\source\frameworks\base\core\java\android\view\IWindowSession.aidltest.java

新生成的Java文件叫test.java。其中，-I参数指定include目录，例如aidl文件中使用了别的Java文件中的类，所以需要指定这些Java文件所在的目录。

先看ViewRoot这个客户端生成的代码，如下所示：

test.java::Bp端::relayout

public int relayout(android.view.IWindow window,android.view.WindowManager.LayoutParams attrs,int requestedWidth, intrequestedHeight,int viewVisibility, boolean insetsPending,android.graphics.Rect outFrame,android.graphics.Rect outContentInsets,android.graphics.Rect outVisibleInsets,android.content.res.Configuration outConfig,android.view.Surface outSurface)//outSurface是第11个参数throwsandroid.os.RemoteException{android.os.Parcel_data = android.os.Parcel.obtain();android.os.Parcel_reply = android.os.Parcel.obtain();int_result;try {_data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);_data.writeStrongBinder((((window!=null))?(window.asBinder()):(null)));if((attrs!=null)) {_data.writeInt(1);attrs.writeToParcel(_data,0);}else {_data.writeInt(0);}_data.writeInt(requestedWidth);_data.writeInt(requestedHeight);_data.writeInt(viewVisibility);_data.writeInt(((insetsPending)?(1):(0)));//奇怪，outSurface的信息没有写到请求包_data中，就直接发送请求消息了mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_relayout,_data, _reply, 0);_reply.readException();_result= _reply.readInt();if((0!=_reply.readInt())) {outFrame.readFromParcel(_reply);}....if((0!=_reply.readInt())) {outSurface.readFromParcel(_reply);//从Parcel中读取信息来填充outSurface}}......return_result;}

奇怪！ViewRoot调用requestlayout竟然没有把outSurface信息传进去，这么说，服务端收到的Surface对象应该就是空吧？那怎么能调用copyFrom呢？还是来看服务端的处理，先看首先收到消息的onTransact函数，代码如下所示：

test.java::Bn端::onTransact

public boolean onTransact(int code,android.os.Parcel data,android.os.Parcelreply, int flags)throwsandroid.os.RemoteException{switch(code){caseTRANSACTION_relayout:{data.enforceInterface(DESCRIPTOR);android.view.IWindow_arg0;android.view.Surface_arg10;//刚才讲了，Surface信息并没有传过来，那么在relayOut中看到的outSurface是怎么//出来的呢？看下面这句可知，原来在服务端这边竟然new了一个新的Surface!!!_arg10= new android.view.Surface();int_result = this.relayout(_arg0, _arg1, _arg2, _arg3, _arg4,_arg5,_arg6, _arg7, _arg8, _arg9, _arg10);reply.writeNoException();reply.writeInt(_result);//_arg10就是调用copyFrom的那个outSurface，那怎么传到客户端呢？if((_arg10!=null)) {reply.writeInt(1);//调用Surface的writeToParcel，把信息写到reply包中。//注意最后一个参数为PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE_arg10.writeToParcel(reply,android.os.Parcelable.PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE);}}......return true;}

看完这个，会让人有点毛骨悚然。我最开始一直在JNI文件中寻找大挪移的踪迹，但有几个关键点始终不能明白，万不得已就使用了这个aidl必杀技，于是终于揭露出其真相了。

1. 乾坤大挪移的真相
   这里，总结一下乾坤大挪移的整个过程，如图8-8表示：

图8-8 乾坤大挪移的真面目

上图非常清晰地列出了乾坤大挪移的过程，我们可结合代码来加深理解。

注意，这里，将BpWindowSession作为了IWindowSessionBinder在客户端的代表。

8.3.3 分析乾坤大挪移的JNI层

前文讲述的内容都集中在Java层，下面要按照流程顺序分析JNI层的内容。

1. Surface的无参构造分析

在JNI层，第一个被调用的是Surface的无参构造函数，其代码如下所示：

Surface.java

public Surface() {......//CompatibleCanvas从Canvas类派生mCanvas = new CompatibleCanvas();}

Canvas是什么？根据SDK文档的介绍可知，画图需要“四大金刚”相互合作，这四大金刚是：

• Bitmap：用于存储像素，也就是画布。可把它当做一块数据存储区域。
• Canvas：用于记载画图的动作，比如画一个圆，画一个矩形等。Canvas类提供了这些基本的绘图函数。
• Drawing primitive：绘图基元，例如矩形、圆、弧线、文本、图片等。
• Paint：它用来描述绘画时使用的颜色、风格（如实线、虚线等）等。

在一般情况下，Canvas会封装一块Bitmap，而作图就是基于这块Bitmap的。前面说的画布，其实指的就是Canvas中的这块Bitmap。

这些知识稍了解即可，不必去深究。Surface的无参构造函数没有什么有价值的内容，接着看下面的内容。

2. SurfaceSession的构造

现在要分析的是SurfaceSession，其构造函数如下所示：

SurfaceSession.java

public SurfaceSession() {init();//这是一个native函数}

init是一个native函数。去看看它的JNI实现，它在android_view_Surface.cpp中，代码如下所示：

android_view_Surface.cpp

static void SurfaceSession_init(JNIEnv* env,jobject clazz){//创建一个SurfaceComposerClient对象sp<SurfaceComposerClient> client = new SurfaceComposerClient;client->incStrong(clazz);//在Java对象中保存这个client对象的指针，类型为SurfaceComposerClientenv->SetIntField(clazz, sso.client, (int)client.get());}

这里先不讨论SurfaceComposerClient的内容，拟继续把乾坤大挪移的流程走完。

3. Surface的有参构造

下一个调用的是Surface的有参构造，其参数中有一个SurfaceSession。先看Java层的代码，如下所示：

Surface.java

    publicSurface(SurfaceSession s,//传入一个SurfaceSession对象int pid, String name, int display, int w, int h, int format, int flags)throws OutOfResourcesException {......mCanvas = new CompatibleCanvas();//又一个native函数，注意传递的参数：display以后再说，w,h代表绘图区域的宽高值init(s,pid,name,display,w,h,format,flags);mName = name;}

Surface的native init函数的JNI实现，也在android_view_Surface.cpp中，一起来看：

android_view_Surface.cpp

static void Surface_init(JNIEnv*env, jobject clazz,jobject session,jint pid, jstring jname, jint dpy, jint w, jint h, jint format, jintflags){//从SurfaceSession对象中取出之前创建的那个SurfaceComposerClient对象SurfaceComposerClient* client =(SurfaceComposerClient*)env->GetIntField(session, sso.client);sp<SurfaceControl> surface;//注意它的类型是SurfaceControlif (jname == NULL) {/*调用SurfaceComposerClient的createSurface函数，返回的surface是一个SurfaceControl类型。*/surface = client->createSurface(pid, dpy, w, h, format, flags);} else{......}//把这个surfaceControl对象设置到Java层的Surface对象中，对这个函数就不再分析了setSurfaceControl(env, clazz, surface);}

4. copyFrom的分析

现在要分析的就是copyFrom了。它就是一个native函数。看它的JNI层代码：

android_view_Surface.cpp

static void Surface_copyFrom(JNIEnv* env,jobject clazz, jobject other){//根据JNI函数的规则，clazz是copyFrom的调用对象，而other是copyFrom的参数。//目标对象此时还没有设置SurfaceControl，而源对象在前面已经创建了SurfaceControlconstsp<SurfaceControl>& surface = getSurfaceControl(env, clazz);constsp<SurfaceControl>& rhs = getSurfaceControl(env, other);if (!SurfaceControl::isSameSurface(surface, rhs)) {//把源SurfaceControl对象设置到目标Surface中。setSurfaceControl(env, clazz, rhs);}}

这一步还是比较简单的，下面看第五步writeToParcel函数的调用。

5. writeToParcel的分析

多亏了必杀技aidl工具的帮忙，才挖出这个隐藏的writeToParcel函数调用，下面就来看看它，代码如下所示：

android_view_Surface.cpp

static void Surface_writeToParcel(JNIEnv* env,jobject clazz,jobject argParcel, jint flags){Parcel* parcel = (Parcel*)env->GetIntField(argParcel, no.native_parcel);//clazz就是Surface对象，从这个Surface对象中取出保存的SurfaceControl对象const sp<SurfaceControl>&control(getSurfaceControl(env, clazz));/*把SurfaceControl中的信息写到Parcel包中，然后利用Binder通信传递到对端，对端通过readFromParcel来处理Parcel包。*/SurfaceControl::writeSurfaceToParcel(control, parcel);if (flags & PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE) {//还记得PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE吗？flags的值就等于它//所以本地Surface对象的SurfaceControl值被置空了setSurfaceControl(env, clazz, 0);}}

6. readFromParcel的分析

再看作为客户端的ViewRoot所调用的readFromParcel函数。它也是一个native函数，JNI层的代码如下所示：

android_view_Surface.cpp

static void Surface_readFromParcel(JNIEnv* env, jobject clazz, jobject argParcel){Parcel* parcel = (Parcel*)env->GetIntField( argParcel,no.native_parcel);//注意下面定义的变量类型是Surface，而不是SurfaceControlconst sp<Surface>&control(getSurface(env, clazz));//根据服务端传递的Parcel包来构造一个新的surface。sp<Surface> rhs = new Surface(*parcel);if (!Surface::isSameSurface(control, rhs)) {//把这个新surface赋给ViewRoot中的mSurface对象。setSurface(env,clazz, rhs);}}

7. Surface乾坤大挪移的小结

可能有人会问，乾坤大挪移怎么这么复杂？这期间出现了多少对象？来总结一下，在此期间一共有三个关键对象（注意我们这里只考虑JNI层的Native对象），它们分别是：

• SurfaceComposerClient。

• SurfaceControl。

• Surface，这个Surface对象属于Native层，和Java层的Surface相对应。

其中转移到ViewRoot成员变量mSurface中的，就是最后这个Surface对象了。这一路走来，真是异常坎坷。来回顾并概括总结一下这段历程。至于它的作用应该是很清楚了。以后要破解SurfaceFlinger，靠的就是这个精简的流程。

• 创建一个SurfaceComposerClient。

• 调用SurfaceComposerClient的createSurface得到一个SurfaceControl对象。

• 调用SurfaceControl的writeToParcel把一些信息写到Parcel包中。

• 根据Parcel包的信息构造一个Surface对象。这个Surface对象保存到Java层的mSurface对象中。这样，大挪移的结果是ViewRoot得到一个Native的Surface对象。

精简流程后，寥寥数语就可把过程说清楚。以后我们在研究代码时，也可以采取这种方式。

这个Surface对象非常重要，可它到底有什么用呢？这正是下一节要讲的内容。

8.3.4 Surface和画图

下面，来看最后两个和Surface相关的函数调用：一个是lockCanvas；另外一个是unlockCanvasAndPost。

1. lockCanvas的分析
   要对lockCanvas进行分析，须先来看Java层的函数，代码如下所示：

Surface.java::lockCanvas()

public Canvas lockCanvas(Rect dirty)throws OutOfResourcesException,IllegalArgumentException{return lockCanvasNative(dirty);//调用native的lockCanvasNative函数。}

android_view_Surface.cpp::Surface_lockCanvas()]

static jobject Surface_lockCanvas(JNIEnv* env,jobject clazz, jobject dirtyRect){//从Java中的Surface对象中，取出费尽千辛万苦得到的Native的Surface对象constsp<Surface>& surface(getSurface(env, clazz));......// dirtyRect表示需要重绘的矩形块，下面根据这个dirtyRect设置dirtyRegionRegiondirtyRegion;if(dirtyRect) {Rect dirty;dirty.left  =env->GetIntField(dirtyRect, ro.l);dirty.top   =env->GetIntField(dirtyRect, ro.t);dirty.right = env->GetIntField(dirtyRect, ro.r);dirty.bottom=env->GetIntField(dirtyRect, ro.b);if(!dirty.isEmpty()) {dirtyRegion.set(dirty);   }} else{dirtyRegion.set(Rect(0x3FFF,0x3FFF));}//调用NativeSurface对象的lock函数，//传入了一个参数Surface::SurfaceInfo info和一块表示脏区域的dirtyRegionSurface::SurfaceInfo info;status_t err = surface->lock(&info, &dirtyRegion);......//Java的Surface对象构造的时候会创建一个CompatibleCanvas。//这里就取出这个CompatibleCanvas对象jobject canvas = env->GetObjectField(clazz, so.canvas);env->SetIntField(canvas, co.surfaceFormat, info.format);//从Canvas对象中取出SkCanvas对象SkCanvas* nativeCanvas =(SkCanvas*)env->GetIntField(canvas, no.native_canvas);SkBitmap bitmap;ssize_t bpr = info.s *bytesPerPixel(info.format);bitmap.setConfig(convertPixelFormat(info.format), info.w, info.h, bpr);......if (info.w > 0 && info.h > 0) {//info.bits指向一块存储区域。bitmap.setPixels(info.bits);} else{bitmap.setPixels(NULL);}//给这个SkCanvas设置一个Bitmap，还记得前面说的，画图需要的四大金刚吗？//这里将Bitmap设置到这个Canvas中，这样进UI绘画时就有画布了。nativeCanvas->setBitmapDevice(bitmap);......return canvas;}

lockCanvas还算比较简单：

• 先获得一块存储区域，然后将它和Canvas绑定到一起，这样，UI绘画的结果就记录在这块存储区域里了。

注意，本书不拟讨论Android系统上Skia和OpenGL方面的知识，有兴趣的读者可自行研究。

接下来看unlockCanvasAndPost函数，它也是一个native函数：

1. unlockCanvasAndPost的分析
   来看unlockCanvasAndPost的代码，如下所示：

android_view_Surface.cpp

static void Surface_unlockCanvasAndPost(JNIEnv*env, jobject clazz,jobject argCanvas){jobjectcanvas = env->GetObjectField(clazz, so.canvas);//取出Native的Surface对象const sp<Surface>& surface(getSurface(env,clazz));//下面这些内容，不拟讨论，读者若有兴趣，可结合Skia库，自行研究。SkCanvas* nativeCanvas =(SkCanvas*)env->GetIntField(canvas,no.native_canvas);intsaveCount = env->GetIntField(clazz, so.saveCount);nativeCanvas->restoreToCount(saveCount);nativeCanvas->setBitmapDevice(SkBitmap());env->SetIntField(clazz, so.saveCount, 0);//调用Surface对象的unlockAndPost函数。status_t err = surface->unlockAndPost();......}

unlockCanvasAndPost也很简单，这里就不再多说了。

8.3.5 初识Surface总结

在本节的最后，我们来概括总结一下这一节所涉及到和Surface相关的调用流程，以备攻克下一个难关，如图8-9所示 ：

图8-9 Surface的精简流程图

8.4 深入分析Surface

这一节，拟基于图8-9中的流程，对Surface进行深入分析。在分析之前，还需要介绍一些Android平台上图形/图像显示方面的知识，这里统称之为与Surface相关的基础知识。

8.4.1 与Surface相关的基础知识介绍

1. 显示层（Layer）和屏幕组成

你了解屏幕显示的漂亮界面是如何组织的吗？来看图8-10所展示的屏幕组成示意图：

图8-10 屏幕组成示意图

从图8-10中可以看出：

• 屏幕位于一个三维坐标系中，其中Z轴从屏幕内指向屏幕外。

• 编号为①②③的矩形块叫显示层（Layer）。每一层有自己的属性，例如颜色、透明度、所处屏幕的位置、宽、高等。除了属性之外，每一层还有自己对应的显示内容，也就是需要显示的图像。

在Android中，Surface系统工作时，会由SurfaceFlinger对这些按照Z轴排好序的显示层进行图像混合，混合后的图像就是在屏幕上看到的美妙画面了。这种按Z轴排序的方式符合我们在日常生活中的体验，例如前面的物体会遮挡住后面的物体。

注意，Surface系统中定义了一个名为Layer类型的类，为了区分广义概念上的Layer和代码中的Layer，这里称广义层的Layer为显示层，以免混淆。

Surface系统提供了三种属性，一共四种不同的显示层。简单介绍一下：

• 第一种属性是eFXSurfaceNormal属性，大多数的UI界面使用的就是这种属性。它有两种模式：

   1）Normal模式，这种模式的数据，是通过前面的mView.draw(canvas)画上去的。这也是绝大多数UI所采用的方式。2）PushBuffer模式，这种模式对应于视频播放、摄像机摄录/预览等应用场景。以摄像机为例，当摄像机运行时，来自Camera的预览数据直接push到Buffer中，无须应用层自己再去draw了。
  

• 第二种属性是eFXSurfaceBlur属性，这种属性的UI有点朦胧美，看起来很像隔着一层毛玻璃。

• 第三种属性是eFXSurfaceDim属性，这种属性的UI看起来有点暗，好像隔了一层深色玻璃。从视觉上讲，虽然它的UI看起来有点暗，但并不模糊。而eFXSurfaceBlur不仅暗，还有些模糊。

图8-11展示了最后两种类型的视觉效果图，其中左边的是Blur模式，右边的是Dim模式。

图8-11 Blur和Dim效果图

注意，关于Surface系统的显示层属性定义，读者可参考ISurfaceComposer.h。

本章将重点分析第一种属性的两类显示层的工作原理。

2. FrameBuffer和PageFlipping

我们知道，在Audio系统中，音频数据传输的过程是：

• 由客户端把数据写到共享内存中。

• 然后由AudioFlinger从共享内存中取出数据再往Audio HAL中发送。

根据以上介绍可知，在音频数据传输的过程中，共享内存起到了数据承载的重要作用。 无独有偶，Surface系统中的数据传输也存在同样的过程，但承载图像数据的是鼎鼎大名的FrameBuffer（简称FB）。下面先来介绍FrameBuffer，然后再介绍Surface的数据传输过程。

（1）FrameBuffer的介绍
FrameBuffer的中文名叫帧缓冲，它实际上包括两个不同的方面：

• Frame：帧，就是指一幅图像。在屏幕上看到的那幅图像就是一帧。

• Buffer：缓冲，就是一段存储区域，可这个区域存储的是帧。

FrameBuffer的概念很清晰，它就是一个存储图形/图像帧数据的缓冲。这个缓冲来自哪里？理解这个问题，需要简单介绍一下Linux平台的虚拟显示设备FrameBuffer Device（简称FBD）。FBD是Linux系统中的一个虚拟设备，设备文件对应为/dev/fb%d（比如/dev/fb0）。这个虚拟设备将不同硬件厂商实现的真实设备统一在一个框架下，这样应用层就可以通过标准的接口进行图形/图像的输入和输出了。图8-12展示了FBD示意图：

图8-12 Linux系统中的FBD示意图

从上图中可以看出，应用层通过标准的ioctl或mmap等系统调用，就可以操作显示设备，用起来非常方便。这里，把mmap的调用列出来，相信大部分读者都知道它的作用了。

FrameBuffer中的Buffer，就是通过mmap把设备中的显存映射到用户空间的，在这块缓冲上写数据，就相当于在屏幕上绘画。

注意：上面所说的框架将引出另外一个概念Linux FrameBuffer（简称LFB）。LFB是Linux平台提供的一种可直接操作FB的机制，依托这个机制，应用层通过标准的系统调用，就可以操作显示设备了。从使用的角度来看，它和Linux Audio中的OSS有些类似。

为加深读者对此节内容的理解，这里给出一个小例子，就是在DDMS工具中实现屏幕截图功能，其代码在framebuffer_service.c中，如下所示：

framebuffer_service.c

struct fbinfo {//定义一个结构体unsigned int version;unsigned int bpp;unsigned int size;unsigned int width;unsigned int height;unsigned int red_offset;unsigned int red_length;unsigned int blue_offset;unsigned int blue_length;unsigned int green_offset;unsigned int green_length;unsigned int alpha_offset;unsigned int alpha_length;} __attribute__((packed));//fd是一个文件的描述符，这个函数的目的，是把当前屏幕的内容写到一个文件中void framebuffer_service(int fd, void *cookie){structfb_var_screeninfo vinfo;intfb, offset;charx[256];structfbinfo fbinfo;unsigned i, bytespp;//Android系统上的fb设备路径在/dev/graphics目录下fb =open("/dev/graphics/fb0", O_RDONLY);if(fb< 0) goto done;//取出屏幕的属性if(ioctl(fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo) < 0) goto done;fcntl(fb, F_SETFD, FD_CLOEXEC);bytespp = vinfo.bits_per_pixel / 8;//根据屏幕的属性填充fbinfo结构，这个结构要写到输出文件的头部fbinfo.version = DDMS_RAWIMAGE_VERSION;fbinfo.bpp = vinfo.bits_per_pixel;fbinfo.size = vinfo.xres * vinfo.yres * bytespp;fbinfo.width = vinfo.xres;fbinfo.height = vinfo.yres;/*下面几个变量和颜色格式有关，以RGB565为例，简单介绍一下。RGB565表示一个像素点中R分量为5位，G分量为6位，B分量为5位，并且没有Alpha分量。这样一个像素点的大小为16位，占两个字节，比RGB888格式的一个像素少一个字节（它一个像素是三个字节）。x_length的值为x分量的位数，例如，RGB565中R分量就是5位。x_offset的值代表x分量在内存中的位置。如RGB565一个像素占两个字节，那么x_offeset表示x分量在这两个字节内存区域中的起始位置，但这个顺序是反的，也就是B分量在前，R在最后。所以red_offset的值就是11，而blue_offset的值是0,green_offset的值是6。这些信息在做格式转换时（例如从RGB565转到RGB888的时候）有用。*/fbinfo.red_offset = vinfo.red.offset;fbinfo.red_length = vinfo.red.length;fbinfo.green_offset = vinfo.green.offset;fbinfo.green_length = vinfo.green.length;fbinfo.blue_offset = vinfo.blue.offset;fbinfo.blue_length = vinfo.blue.length;fbinfo.alpha_offset = vinfo.transp.offset;fbinfo.alpha_length = vinfo.transp.length;offset= vinfo.xoffset * bytespp;offset+= vinfo.xres * vinfo.yoffset * bytespp;//将fb信息写到文件头部if(writex(fd, &fbinfo, sizeof(fbinfo))) goto done;lseek(fb, offset, SEEK_SET);for(i= 0; i < fbinfo.size; i += 256) {if(readx(fb, &x, 256)) goto done;//读取FBD中的数据if(writex(fd, &x, 256)) goto done;//将数据写到文件}if(readx(fb, &x, fbinfo.size % 256)) goto done;if(writex(fd, &x, fbinfo.size % 256)) goto done;done:if(fb>= 0) close(fb);close(fd);}

上面函数的目的就是截屏，这个例子可加深我们对FB的直观感受，相信读者下次再碰到FB时就不会犯怵了。

注意：我们可根据这段代码，写一个简单的Native可执行程序，然后adb push到设备上运行。注意上面写到文件中的是RGB565格式的原始数据，如想在台式机上看到这幅图片，可将它转换成BMP格式。我的个人博客上提供一个RGB565转BMP的程序，读者可以下载或自己另写一个，这样或许有助于更深入理解图形/图像方面的知识。

在继续分析前，先来问一个问题：

前面在Audio系统中讲过，CB对象通过读写指针来协调生产者/消费者的步调，那么Surface系统中的数据传输过程，是否也需通过读写指针来控制呢？

答案是肯定的，但不像Audio中的CB那样复杂。

（2）PageFlipping
图形/图像数据和音频数据不太一样，我们一般把音频数据叫音频流，它是没有边界的, 而图形/图像数据是一帧一帧的，是有边界的。这一点非常类似UDP和TCP之间的区别。所以在图形/图像数据的生产/消费过程中，人们使用了一种叫PageFlipping的技术。

PageFlipping的中文名叫画面交换，其操作过程如下所示：

• 分配一个能容纳两帧数据的缓冲，前面一个缓冲叫FrontBuffer，后面一个缓冲叫BackBuffer。

• 消费者使用FrontBuffer中的旧数据，而生产者用新数据填充BackBuffer，二者互不干扰。

• 当需要更新显示时，BackBuffer变成FrontBuffer，FrontBuffer变成BackBuffer。如此循环，这样就总能显示最新的内容了。这个过程很像我们平常的翻书动作，所以它被形象地称为PageFlipping。

说白了，PageFlipping其实就是使用了一个只有两个成员的帧缓冲队列，以后在分析数据传输的时候还会见到诸如dequeue和queue的操作。

3. 图像混合

我们知道，在AudioFlinger中有混音线程，它能将来自多个数据源的数据混合后输出，那么，SurfaceFlinger是不是也具有同样的功能呢？

答案是肯定的，否则它就不会叫Flinger了。Surface系统支持软硬两个层面的图像混合：

• 软件层面的混合：例如使用copyBlt进行源数据和目标数据的混合。

• 硬件层面的混合：使用Overlay系统提供的接口。

无论是硬件还是软件层面，都需将源数据和目标数据进行混合，混合需考虑很多内容，例如源的颜色和目标的颜色叠加后所产生的颜色。关于这方面的知识，读者可以学习计算机图形/图像学。这里只简单介绍一下copyBlt和Overlay。

• copyBlt，从名字上看，是数据拷贝，它也可以由硬件实现，例如现在很多的2D图形加速就是将copyBlt改由硬件来实现，以提高速度的。但不必关心这些，我们只需关心如何调用copyBlt相关的函数进行数据混合即可。

• Overlay方法必须有硬件支持才可以，它主要用于视频的输出，例如视频播放、摄像机摄像等，因为视频的内容往往变化很快，所以如改用硬件进行混合效率会更高。

总体来说，Surface是一个比较庞大的系统，由于篇幅和精力所限，本章后面的内容将重点关注Surface系统的框架和工作流程。在掌握框架和流程后，读者就可以在大的脉络中迅速定位到自己感兴趣的地方，然后展开更深入的研究了。

下面通过图8-9所示的精简流程，深入分析Android的Surface系统。

8.4.2 SurfaceComposerClient的分析

SurfaceComposerClient的出现是因为：

Java层SurfaceSession对象的构造函数会调用Native的SurfaceSession_init函数，而该函数的主要目的就是创建SurfaceComposerClient。

先回顾一下SurfaceSession_init函数，代码如下所示：

android_view_Surface.cpp

static void SurfaceSession_init(JNIEnv* env,jobject clazz)

{
//new 一个SurfaceComposerClient对象

sp client = newSurfaceComposerClient;

//sp的使用也有让人烦恼的地方，有时需要显式地增加强弱引用计数，要是忘记，可就麻烦了

client->incStrong(clazz);

env->SetIntField(clazz, sso.client,(int)client.get());

}

上面代码中，显式地构造了一个SurfaceComposerClient对象。接下来看它是何方神圣。

1. 创建SurfaceComposerClient
   SurfaceComposerClient这个名字隐含的意思是：

这个对象会和SurfaceFlinger进行交互，因为SurfaceFlinger派生于SurfaceComposer。

通过它的构造函数来看是否是这样的。代码如下所示：

SurfaceComposerClient.cpp

SurfaceComposerClient::SurfaceComposerClient()

{
//getComposerService()将返回SF的Binder代理端的BpSurfaceFlinger对象

sp sm(getComposerService());

//先调用SF的createConnection，再调用_init

_init(sm, sm->createConnection());

if(mClient != 0) {Mutex::Autolock _l(gLock);//gActiveConnections是全局变量，把刚才创建的client保存到这个map中去gActiveConnections.add(mClient->asBinder(), this);}

}

果然如此，SurfaceComposerClient建立了和SF的交互通道，下面直接转到SF的createConnection函数去观察。

（1）createConnection的分析
直接看代码，如下所示：

SurfaceFlinger.cpp

spSurfaceFlinger::createConnection()

{
Mutex::Autolock _l(mStateLock);

uint32_t token = mTokens.acquire();

//先创建一个Client。

sp client = new Client(token, this);

//把这个Client对象保存到mClientsMap中，token是它的标识。

status_t err = mClientsMap.add(token, client);

/*

创建一个用于Binder通信的BClient，BClient派生于ISurfaceFlingerClient，

它的作用是接受客户端的请求，然后把处理提交给SF，注意，并不是提交给Client。

Client会创建一块共享内存，该内存由getControlBlockMemory函数返回

*/

sp bclient =

    new BClient(this, token,client->getControlBlockMemory());returnbclient;

}

上面代码中提到，Client会创建一块共享内存。熟悉Audio的读者或许会认为，这可能是Surface的ControlBlock对象了！是的。CB对象在协调生产/消费步调时，起到了决定性的控制作用，所以非常重要，下面来看：

SurfaceFlinger.cpp

Client::Client(ClientID clientID, constsp& flinger)

:ctrlblk(0), cid(clientID), mPid(0), mBitmap(0), mFlinger(flinger)

{
const int pgsize = getpagesize();

//下面这个操作会使cblksize为页的大小，目前是4096字节。

constint cblksize = ((sizeof(SharedClient)+(pgsize-1))&~(pgsize-1));//MemoryHeapBase是我们的老朋友了，不熟悉的读者可以回顾Audio系统中所介绍的内容

mCblkHeap = new MemoryHeapBase(cblksize, 0,

            "SurfaceFlinger Clientcontrol-block");

ctrlblk = static_cast<SharedClient *>(mCblkHeap->getBase());

if(ctrlblk) {new(ctrlblk) SharedClient; //再一次觉得眼熟吧？使用了placement new}

}

原来，Surface的CB对象就是在共享内存中创建的这个SharedClient对象。先来认识一下这个SharedClient。

（2）SharedClient的分析
SharedClient定义了一些成员变量，代码如下所示：

class SharedClient

{
public:

SharedClient();

~SharedClient();

status_t validate(size_t token) const;

uint32_t getIdentity(size_t token) const;//取出标识本Client的token

private:

Mutexlock;

Condition cv; //支持跨进程的同步对象

//NUM_LAYERS_MAX为31，SharedBufferStack是什么？

SharedBufferStack surfaces[ NUM_LAYERS_MAX ];

};

//SharedClient的构造函数，没什么新意，不如Audio的CB对象复杂

SharedClient::SharedClient()

:lock(Mutex::SHARED), cv(Condition::SHARED)

{
}

SharedClient的定义似乎简单到极致了，不过不要高兴得过早，在这个SharedClient的定义中，没有发现和读写控制相关的变量，那怎么控制读写呢？

答案就在看起来很别扭的SharedBufferStack数组中，它有31个元素。关于它的作用就不必卖关子了，答案是：

一个Client最多支持31个显示层。每一个显示层的生产/消费步调都由会对应的SharedBufferStack来控制。而它内部就用了几个成员变量来控制读写位置。

认识一下SharedBufferStack的这几个控制变量，如下所示：

SharedBufferStack.h]

class SharedBufferStack{
…

//Buffer是按块使用的，每个Buffer都有自己的编号，其实就是数组中的索引号。

volatile int32_t head; //FrontBuffer的编号

volatile int32_t available; //空闲Buffer的个数

volatile int32_t queued; //脏Buffer的个数，脏Buffer表示有新数据的Buffer

volatile int32_t inUse; //SF当前正在使用的Buffer的编号

volatilestatus_t status; //状态码......

}

注意，上面定义的SharedBufferStack是一个通用的控制结构，而不仅是针对于只有两个Buffer的情况。根据前面介绍的PageFlipping知识，如果只有两个FB，那么，SharedBufferStack的控制就比较简单了：

要么SF读1号Buffer，客户端写0号Buffer，要么SF读0号Buffer，客户端写1号Buffer。

图8-13是展示了SharedClient的示意图：

图8-13 SharedClient的示意图

从上图可知：

• SF的一个Client分配一个跨进程共享的SharedClient对象。这个对象有31个SharedBufferStack元素，每一个SharedBufferStack对应于一个显示层。

• 一个显示层将创建两个Buffer，后续的PageFlipping就是基于这两个Buffer展开的。

另外，每一个显示层中，其数据的生产和消费并不是直接使用SharedClient对象来进行具体控制的，而是基于SharedBufferServer和SharedBufferClient两个结构，由这两个结构来对该显示层使用的SharedBufferStack进行操作，这些内容在以后的分析中还会碰到。

注意，这里的显示层指的是Normal类型的显示层。

来接着分析后面的_init函数。

（3）_init函数的分析
先回顾一下之前的调用，代码如下所示：

SurfaceComposerClient.cpp

SurfaceComposerClient::SurfaceComposerClient()

{
…

_init(sm, sm->createConnection());

…

}

来看这个_init函数，代码如下所示：

SurfaceComposerClient.cpp

void SurfaceComposerClient::_init(

   const sp<ISurfaceComposer>& sm, constsp<ISurfaceFlingerClient>& conn)

{
mPrebuiltLayerState = 0;

mTransactionOpen = 0;

mStatus = NO_ERROR;

mControl = 0;

mClient = conn;//mClient就是BClient的客户端

mControlMemory =mClient->getControlBlock();

mSignalServer = sm;// mSignalServer就是BpSurfaceFlinger

//mControl就是那个创建于共享内存之中的SharedClient

mControl = static_cast<SharedClient*>(mControlMemory->getBase());

}

_init函数的作用，就是初始化SurfaceComposerClient中的一些成员变量。最重要的是得到了三个成员：

• mSignalServer ，它其实是SurfaceFlinger在客户端的代理BpSurfaceFlinger，它的主要作用是，在客户端更新完BackBuffer后（也就是刷新了界面后），通知SF进行PageFlipping和输出等工作。

• mControl，它是跨进程共享的SharedClient，是Surface系统的ControlBlock对象。

• mClient，它是BClient在客户端的对应物。

1. 到底有多少种对象？
   这一节，出现了好几种类型的对象，通过图8-14来看看它们：

图8-14 类之间关系展示图

从上图中可以看出：

• SurfaceFlinger是从Thread派生的，所以它会有一个单独运行的工作线程。

• BClient和SF之间采用了Proxy模式，BClient支持Binder通信，它接收客户端的请求，并派发给SF执行。

• SharedClient构建于一块共享内存中，SurfaceComposerClient和Client对象均持有这块共享内存。

在精简流程中，关于SurfaceComposerClient就分析到这里，下面分析第二个步骤中的SurfaceControl对象。

8.4.3 SurfaceControl的分析

1. SurfaceControl的来历
   根据精简的流程可知，这一节要分析的是SurfaceControl对象。先回顾一下这个对象的创建过程，代码如下所示：

android_view_Surface.cpp

static void Surface_init(JNIEnv* env, jobjectclazz, jobject session,jint pid, jstring jname, jint dpy, jint w, jint h, jint format, jintflags){SurfaceComposerClient* client =(SurfaceComposerClient*)env->GetIntField(session, sso.client);//注意这个变量，类型是SurfaceControl，名字却叫surface，稍不留神就出错了。sp<SurfaceControl>surface;if (jname == NULL) {//调用Client的createSurface函数，得到一个SurfaceControl对象。surface= client->createSurface(pid, dpy, w, h, format, flags);}......//将这个SurfaceControl对象设置到Java层的对象中保存。setSurfaceControl(env, clazz, surface);}

通过上面的代码可知，SurfaceControl对象由createSurface得来，下面看看这个函数。

此时，读者或许会被代码中随意起的变量名搞糊涂，因为我的处理方法碰到了容易混淆的地方，尽量以对象类型来表示这个对象。

（1）分析createSurface的请求端
在createSurface内部会使用Binder通信将请求发给SF，所以它分为请求和响应两端，先看请求端，代码如下所示：

SurfaceComposerClient.cpp

sp<SurfaceControl>SurfaceComposerClient::createSurface(int pid,DisplayID display,//DisplayID是什么意思？uint32_t w,uint32_t h,PixelFormat format,uint32_t flags){String8 name;constsize_t SIZE = 128;charbuffer[SIZE];snprintf(buffer, SIZE, "<pid_%d>", getpid());name.append(buffer);//调用另外一个createSurface，多一个name参数returnSurfaceComposerClient::createSurface(pid, name, display,w, h, format, flags);}

在分析另外一个createSurface之前，应先介绍一下DisplayID的含义：

typedef int32_t DisplayID;

DisplayID是一个int整型，它的意义是屏幕编号，例如双屏手机就有内屏和外屏两块屏幕。由于目前Android的Surface系统只支持一块屏幕，所以这个变量的取值都是0。

再分析另外一个createSurface函数，它的代码如下所示：

SurfaceComposerClient.cpp

sp<SurfaceControl>SurfaceComposerClient::createSurface(int pid,const String8& name,DisplayID display,uint32_t w,uint32_t h,PixelFormat format,uint32_t flags){sp<SurfaceControl> result;if(mStatus == NO_ERROR) {ISurfaceFlingerClient::surface_data_t data;//调用BpSurfaceFlingerClient的createSurface函数sp<ISurface> surface = mClient->createSurface(&data, pid,name,display, w, h,format, flags);if(surface != 0) {if (uint32_t(data.token) < NUM_LAYERS_MAX) {//以返回的ISurface对象创建一个SurfaceControl对象result = new SurfaceControl(this, surface, data, w, h,format, flags);}}}returnresult;//返回的是SurfaceControl对象}

请求端的处理比较简单：

• 调用跨进程的createSurface函数，得到一个ISurface对象，根据Binder一章的知识可知，这个对象的真实类型是BpSurface。不过以后统称之为ISurface。

• 以这个ISurface对象为参数，构造一个SurfaceControl对象。

createSurface函数的响应端在SurfaceFlinger进程中，下面去看这个函数。

在Surface系统定义了很多类型，咱们也中途休息一下，不妨来看看和字符串“Surface”有关的有多少个类，权当其为小小的娱乐：

Native层有Surface、ISurface、SurfaceControl、SurfaceComposerClient。

Java层有Surface、SurfaceSession。

上面列出的还只是一部分，后面还有呢！&@&%￥*

（2）分析createSurface的响应端
前面讲过，可把BClient看作是SF的Proxy，它会把来自客户端的请求派发给SF处理，通过代码来看看，是不是这样的？如下所示：

SurfaceFlinger.cpp

sp<ISurface> BClient::createSurface(ISurfaceFlingerClient::surface_data_t* params, int pid,const String8& name,DisplayID display, uint32_t w, uint32_t h, PixelFormat format,uint32_t flags){//果然是交给SF处理，以后我们将跳过BClient这个代理。 return mFlinger->createSurface(mId, pid,name, params, display, w, h,format, flags);}

来看createSurface函数，它的目的就是创建一个ISurface对象，不过这中间的玄机还挺多，代码如下所示：

SurfaceFlinger.cpp

sp<ISurface>SurfaceFlinger::createSurface(ClientID clientId, int pid,const String8& name, ISurfaceFlingerClient::surface_data_t* params,DisplayID d, uint32_t w, uint32_t h, PixelFormat format,uint32_t flags){sp<LayerBaseClient> layer;//LayerBaseClient是Layer家族的基类//这里又冒出一个LayerBaseClient的内部类，它也叫Surface，是不是有点头晕了？sp<LayerBaseClient::Surface> surfaceHandle;Mutex::Autolock _l(mStateLock);//根据clientId找到createConnection时加入的那个Client对象sp<Client> client = mClientsMap.valueFor(clientId);......//注意这个id，它的值表示Client创建的是第几个显示层，根据图8-14可以看出，这个id//同时也表示将使用SharedBufferStatck数组的第id个元素。int32_t id = client->generateId(pid);//一个Client不能创建多于NUM_LAYERS_MAX个的Layer。if(uint32_t(id) >= NUM_LAYERS_MAX) {return surfaceHandle;}//根据flags参数来创建不同类型的显示层，我们在8.4.1节介绍过相关知识switch(flags & eFXSurfaceMask) {case eFXSurfaceNormal:if (UNLIKELY(flags & ePushBuffers)) {//创建PushBuffer类型的显示层，我们将在拓展思考部分分析它layer = createPushBuffersSurfaceLocked(client, d, id,w, h, flags);} else {//①创建Normal类型的显示层，我们分析待会这个layer = createNormalSurfaceLocked(client, d, id,w, h, flags, format);}break;case eFXSurfaceBlur://创建Blur类型的显示层layer = createBlurSurfaceLocked(client, d, id, w, h, flags);break;case eFXSurfaceDim://创建Dim类型的显示层layer = createDimSurfaceLocked(client, d, id, w, h, flags);break;}if(layer != 0) {layer->setName(name);setTransactionFlags(eTransactionNeeded);//从显示层对象中取出一个ISurface对象赋值给SurfaceHandlesurfaceHandle = layer->getSurface();if(surfaceHandle != 0) {params->token = surfaceHandle->getToken();params->identity = surfaceHandle->getIdentity();params->width = w;params->height = h;params->format = format;}}returnsurfaceHandle;//ISurface的Bn端就是这个对象。}

上面代码中的函数倒是很简单，知识代码里面冒出来的几个新类型和它们的名字却让人有点头晕。先用文字总结一下：

• LayerBaseClient：前面提到的显示层在代码中的对应物，就是这个LayerBaseClient，不过这是一个大家族，不同类型的显示层将创建不同类型的LayerBaseClient。

• LayerBaseClient中有一个内部类，名字叫Surface，这是一个支持Binder通信的类，它派生于ISurface。

关于Layer的故事，后面会有单独的章节来介绍。这里先继续分析createNormalSurfaceLocked函数。它的代码如下所示：

SurfaceFlinger.cpp

sp<LayerBaseClient>SurfaceFlinger::createNormalSurfaceLocked(const sp<Client>& client, DisplayID display,int32_t id, uint32_t w, uint32_t h, uint32_t flags,PixelFormat& format){switch(format) { //一些图像方面的参数设置，可以不去管它。casePIXEL_FORMAT_TRANSPARENT:casePIXEL_FORMAT_TRANSLUCENT:format = PIXEL_FORMAT_RGBA_8888;break;casePIXEL_FORMAT_OPAQUE:format = PIXEL_FORMAT_RGB_565;break;}//①创建一个Layer类型的对象sp<Layer> layer = new Layer(this, display,client, id);//②设置Bufferstatus_t err = layer->setBuffers(w, h, format, flags);if (LIKELY(err == NO_ERROR)) {//初始化这个新layer的一些状态layer->initStates(w, h, flags);//③ 还记得在图8-10中提到的Z轴吗？下面这个函数把这个layer加入到Z轴大军中。addLayer_l(layer);}......return layer;}

createNormalSurfaceLocked函数有三个关键点，它们是：

• 构造一个Layer对象。

• 调用Layer对象的setBuffers函数。

• 调用SF的addLayer_l函数。

暂且记住这三个关键点，后文有单独章节分析它们。先继续分析SurfaceControl的流程。

（3）创建SurfaceControl对象
当跨进程的createSurface调用返回一个ISurface对象时，将通过下面的代码创建一个SurfaceControl对象：

result = new SurfaceControl(this, surface, data,w, h,format, flags);

下面来看这个SurfaceControl对象为何物。它的代码如下所示：

SurfaceControl.cpp

SurfaceControl::SurfaceControl(const sp<SurfaceComposerClient>& client,const sp<ISurface>& surface,const ISurfaceFlingerClient::surface_data_t& data,uint32_t w, uint32_t h, PixelFormat format, uint32_t flags)//mClient为SurfaceComposerClient，而mSurface指向跨进程createSurface调用//返回的ISurface对象。:mClient(client), mSurface(surface),mToken(data.token), mIdentity(data.identity),mWidth(data.width), mHeight(data.height), mFormat(data.format),mFlags(flags){}

SurfaceControl类可以看作是一个wrapper类：

它封装了一些函数，通过这些函数可以方便地调用mClient或ISurface提供的函数。

在SurfaceControl的分析过程中，还遗留了和Layer相关的部分，下面就来解决它们。

2. Layer和它的家族

我们在createSurface中创建的是Normal的Layer，下面先看这个Layer的构造函数。

（1）Layer的构造
Layer是从LayerBaseClient派生的，其代码如下所示：

Layer.cpp

Layer::Layer(SurfaceFlinger* flinger, DisplayIDdisplay,const sp<Client>& c, int32_t i)//这个i表示SharedBufferStack数组的索引:   LayerBaseClient(flinger, display, c, i),//先调用基类构造函数mSecure(false),mNoEGLImageForSwBuffers(false),mNeedsBlending(true),mNeedsDithering(false){//getFrontBuffer实际取出的是FrontBuffer的位置mFrontBufferIndex = lcblk->getFrontBuffer();}

再来看基类LayerBaseClient的构造函数，代码如下所示：

LayerBaseClient.cpp

LayerBaseClient::LayerBaseClient(SurfaceFlinger*flinger, DisplayID display,const sp<Client>& client, int32_t i):LayerBase(flinger, display), lcblk(NULL), client(client), mIndex(i),mIdentity(uint32_t(android_atomic_inc(&sIdentity))){/*创建一个SharedBufferServer对象，注意它使用了SharedClient对象，并且传入了表示SharedBufferStack数组索引的i和一个常量NUM_BUFFERS*/lcblk = new SharedBufferServer(client->ctrlblk, i, NUM_BUFFERS,//该值为常量2，在Layer.h中定义mIdentity);}

SharedBufferServer是什么？它和SharedClient有什么关系？

其实，之前在介绍SharedClient时曾提过与此相关的内容，这里再来认识一下，先看图8-15：

图8-15 ShardBufferServer的示意图

根据上图并结合前面的介绍，可以得出以下结论：

• 在SF进程中，Client的一个Layer将使用SharedBufferStack数组中的一个成员，并通过SharedBufferServer结构来控制这个成员，我们知道SF是消费者，所以可由SharedBufferServer来控制数据的读取。

• 与之相对应，客户端的进程也会有一个对象来使用这个SharedBufferStatck，可它是通过另外一个叫SharedBufferClient的结构来控制的。客户端为SF提供数据，所以可由SharedBufferClient控制数据的写入。在后文的分析中还会碰到SharedBufferClient。

注意，在拓展思考部分，会有单独章节来分析生产/消费过程中的读写控制。

通过前面的代码可知，Layer对象被new出来后，传给了一个sp对象，读者还记得sp中的onFirstRef函数吗？Layer家族在这个函数中还有一些处理。一起去看看，但这个函数由基类LayerBaseClient实现。

LayerBase.cpp

void LayerBaseClient::onFirstRef(){   sp<Client> client(this->client.promote());if (client != 0) {//把自己加入client对象的mLayers数组中,这部分内容比较简单，读者可以自行研究client->bindLayer(this, mIndex);}}

好，Layer创建完毕，下面来看第二个重要的函数setBuffers。

（2）setBuffers的分析
setBuffers，Layer类以及Layer的基类都有实现。由于创建的是Layer类型的对象，所以请读者直接到Layer.cpp中寻找setBuffers函数。这个函数的目的就是创建用于PageFlipping的FrontBuffer和BackBuffer。一起来看，代码如下所示：

Layer.cpp

status_t Layer::setBuffers( uint32_t w, uint32_th,PixelFormat format,uint32_t flags){PixelFormatInfo info;status_t err = getPixelFormatInfo(format, &info);if(err) return err;//DisplayHardware是代表显示设备的HAL对象，0代表第一块屏幕的显示设备。//这里将从HAL中取出一些和显示相关的信息。constDisplayHardware& hw(graphicPlane(0).displayHardware());uint32_t const maxSurfaceDims = min(hw.getMaxTextureSize(), hw.getMaxViewportDims());PixelFormatInfo displayInfo;getPixelFormatInfo(hw.getFormat(),&displayInfo);constuint32_t hwFlags = hw.getFlags();....../*创建Buffer，这里将创建两个GraphicBuffer。这两个GraphicBuffer就是我们前面所说的FrontBuffer和BackBuffer。*/for (size_t i=0 ; i<NUM_BUFFERS ; i++) {//注意，这里调用的是GraphicBuffer的无参构造函数,mBuffers是一个二元数组。mBuffers[i] = new GraphicBuffer();}//又冒出来一个SurfaceLayer类型，#￥%……&*！@mSurface = new SurfaceLayer(mFlinger, clientIndex(), this);returnNO_ERROR;}

setBuffers函数的工作内容比较简单，就是：

• 创建一个GraphicBuffer缓冲数组，元素个数为2，即FrontBuffer和BackBuffer。

• 创建一个SurfaceLayer，关于它的身世我们后续再介绍。

GraphicBuffer是Android提供的显示内存管理类，关于它的故事，将在8.4.7节中介绍。我们暂把它当做普通的Buffer即可。

setBuffers中出现的SurfaceLayer类是什么？读者可能对此感觉有些晕乎。待把最后一个关键函数addLayer_l介绍完，或许就不太晕了。

（3）addLayer_l的分析
addLayer_l把这个新创建的layer加入自己的Z轴大军，下面来看：

SurfaceFlinger.cpp

status_t SurfaceFlinger::addLayer_l(constsp<LayerBase>& layer){/*mCurrentState是SurfaceFlinger定义的一个结构，它有一个成员变量叫layersSortedByZ，其实就是一个排序数组。下面这个add函数将把这个新的layer按照它在Z轴的位置加入到排序数组中。mCurrentState保存了所有的显示层。*/ssize_t i = mCurrentState.layersSortedByZ.add(layer,&LayerBase::compareCurrentStateZ);sp<LayerBaseClient> lbc =LayerBase::dynamicCast< LayerBaseClient*>(layer.get());if(lbc != 0) {mLayerMap.add(lbc->serverIndex(), lbc);}returnNO_ERROR;}

对Layer的三个关键函数都已分析过了，下面正式介绍Layer家族。

（4）Layer家族的介绍
前面的内容确让人头晕眼花，现在应该帮大家恢复清晰的头脑。先来“一剂猛药”，见图8-16：

图8-16 Layer家族

通过上图可知：

• LayerBaseClient从LayerBase类派生。

• LayerBaseClient还有四个派生类，分别是Layer、LayerBuffer、LayerDim和LayerBlur。

• LayerBaseClient定义了一个内部类Surface，这个Surface从ISurface类派生，它支持Binder通信。

• 针对不同的类型，Layer和LayerBuffer分别有一个内部类SurfaceLayer和SurfaceLayerBuffer，它们继承了LayerBaseClient的Surface类。所以对于Normal类型的显示层来说，getSurface返回的ISurface对象的真正类型是SurfaceLayer。

• LayerDim和LayerBlur类没有定义自己的内部类，所以对于这两种类型的显示层来说，它们直接使用了LayerBaseClient的Surface。

• ISurface接口提供了非常简单的函数，如requestBuffer、postBuffer等。

这里大量使用了内部类。我们知道，内部类最终都会把请求派发给外部类对象来处理，既然如此，在以后分析中，如果没有特殊情况，就会直接跳到外部类的处理函数中。

强烈建议Google把Surface相关代码好好整理一下，至少让类型名取得更直观些，现在这样确实有点让人头晕。好，来小小娱乐一下。看之前介绍的和“Surface”有关的名字：

Native层有Surface、ISurface、SurfaceControl、SurfaceComposerClient。

Java层有Surface、SurfaceSession。

在介绍完Layer家族后，与它相关的名字又多了几个，它们是

LayerBaseClient::Surface、Layer::SurfaceLayer、LayerBuffer::SurfaceLayerBuffer。

3. SurfaceControl总结

SurfaceControl创建后得到了什么呢？可用图8-17来表示：

图8-17 SurfaceControl创建后的结果图

通过上图可以知道：

• mClient成员变量指向SurfaceComposerClient。

• mSurface的Binder通信响应端为SurfaceLayer。

• SurfaceLayer有一个变量mOwner指向它的外部类Layer，而Layer有一个成员变量mSurface指向SurfaceLayer。这个SurfaceLayer对象由getSurface函数返回。

注意，mOwner变量由SurfaceLayer的基类Surface（LayBaseClient的内部类）定义。

接下来就是writeToParcel分析和Native Surface对象的创建了。注意，这个Native的Surface可不是LayBaseClient的内部类Surface。

8.4.4 writeToParcel和Surface对象的创建

从乾坤大挪移的知识可知，前面创建的所有对象都在WindowManagerService所在的进程system_server中，而writeToParcel则需要把一些信息打包到Parcel后，发送到Activity所在的进程。到底哪些内容需要回传给Activity所在的进程呢？

后文将Activity所在的进程简称为Activity端。

1. writeToParcel分析
   writeToParcel比较简单，就是把一些信息写到Parcel中去。代码如下所示：

SurfaceControl.cpp

status_t SurfaceControl::writeSurfaceToParcel(const sp<SurfaceControl>& control, Parcel* parcel){uint32_t flags = 0;uint32_t format = 0;SurfaceID token = -1;uint32_t identity = 0;uint32_t width = 0;uint32_t height = 0;sp<SurfaceComposerClient> client;sp<ISurface> sur;if(SurfaceControl::isValid(control)) {token    = control->mToken;identity= control->mIdentity;client   = control->mClient;sur      = control->mSurface;width    = control->mWidth;height   = control->mHeight;format   = control->mFormat;flags    = control->mFlags;}//SurfaceComposerClient的信息需要传递到Activity端，这样客户端那边会构造一个//SurfaceComposerClient对象parcel->writeStrongBinder(client!=0  ? client->connection() : NULL);//把ISurface对象信息也写到Parcel中，这样Activity端那边也会构造一个ISurface对象parcel->writeStrongBinder(sur!=0?sur->asBinder(): NULL);parcel->writeInt32(token);parcel->writeInt32(identity);parcel->writeInt32(width);parcel->writeInt32(height);parcel->writeInt32(format);parcel->writeInt32(flags);returnNO_ERROR;}

Parce包发到Activity端后，readFromParcel将根据这个Parcel包构造一个Native的Surface对象，一起来看相关代码。

2. 分析Native的Surface创建过程

android_view_Surface.cpp

static void Surface_readFromParcel(JNIEnv* env, jobject clazz, jobject argParcel){Parcel* parcel = (Parcel*)env->GetIntField( argParcel, no.native_parcel);const sp<Surface>& control(getSurface(env,clazz));//根据服务端的parcel信息来构造客户端的Surfacesp<Surface> rhs = new Surface(*parcel);if(!Surface::isSameSurface(control, rhs)) {setSurface(env, clazz, rhs);}}

Native的Surface是怎么利用这个Parcel包的？代码如下所示：

Surface.cpp

Surface::Surface(const Parcel& parcel):mBufferMapper(GraphicBufferMapper::get()),mSharedBufferClient(NULL){/*Surface定义了一个mBuffers变量，它是一个sp<GraphicBuffer>的二元数组，也就是说Surface也存在二个GraphicBuffer，而之前在创建Layer的时候也有两个GraphicBuffer，难道一共有四个GraphicBuffer？这个问题，后面再解答。*/sp<IBinder> clientBinder =parcel.readStrongBinder();//得到ISurface的Bp端BpSurface。mSurface    =interface_cast<ISurface>(parcel.readStrongBinder());mToken      = parcel.readInt32();mIdentity   = parcel.readInt32();mWidth      = parcel.readInt32();mHeight     = parcel.readInt32();mFormat     = parcel.readInt32();mFlags      = parcel.readInt32();if (clientBinder != NULL) {/*根据ISurfaceFlingerClient对象构造一个SurfaceComposerClient对象，注意我们现在位于Activity端，这里还没有创建SurfaceComposerClient对象，所以需要创建一个*/mClient = SurfaceComposerClient::clientForConnection(clientBinder);//SharedBuffer家族的最后一员ShardBufferClient终于出现了。mSharedBufferClient = new SharedBufferClient(mClient->mControl, mToken, 2,mIdentity);}init();//做一些初始化工作。}

在Surface创建完后，得到什么了呢？看图8-18就可知道：

图8-18 Native Surface的示意图

上图很清晰地说明：

• ShardBuffer家族依托共享内存结构SharedClient与它共同组成了Surface系统生产/消费协调的中枢控制机构，它在SF端的代表是SharedBufferServer，在Activity端的代表是SharedBufferClient。

• Native的Surface将和SF中的SurfaceLayer建立Binder联系。

另外，图中还特意画出了承载数据的GraphicBuffer数组，在代码的注释中也针对GraphicBuffer提出了一个问题：Surface中有两个GraphicBuffer，Layer也有两个，一共就有四个GraphicBuffer了，可是为什么这里只画出两个呢？

答案是，咱们不是有共享内存吗？这四个GraphicBuffer其实操纵的是同一段共享内存，所以为了简单，就只画了两个GraphicBuffer。在8.4.7节再介绍GraphicBuffer的故事。

下面，来看中枢控制机构的SharedBuffer家族。

3. SharedBuffer家族介绍

（1）SharedBuffer家族成员
SharedBuffer是一个家族名称，它包括多少成员呢？来看SharedBuffer的家族图谱，如图8-19所示：

图8-19 SharedBuffer家族介绍

从上图可以知道：

• XXXCondition、XXXUpdate等都是内部类，它们主要是用来更新读写位置的。不过这些操作，为什么要通过类来封装呢？因为SharedBuffer的很多操作都使用了C++中的Function Object（函数对象），而这些内部类的实例就是函数对象。函数对象是什么？它怎么使用？对此，在以后的分析中会介绍。

（2）SharedBuffer家族和SharedClient的关系
前面介绍过，SharedBufferServer和SharedBufferClient控制的其实只是SharedBufferStack数组中的一个，下面通过SharedBufferBase的构造函数，来看是否如此。

SharedBufferStack.cpp

SharedBufferBase::SharedBufferBase(SharedClient*sharedClient,int surface, int num, int32_t identity): mSharedClient(sharedClient),mSharedStack(sharedClient->surfaces+ surface),mNumBuffers(num), //根据前面PageFlipping的知识可知，num值为2mIdentity(identity){/*上面的赋值语句中最重要的是第二句：mSharedStack(sharedClient->surfaces +surface)这条语句使得这个SharedBufferXXX对象，和SharedClient中SharedBufferStack数组的第surface个元素建立了关系*/}

4. Native Surface总结

至此，Activity端Java的Surface对象，终于和一个Native Surface对象挂上了钩，并且这个Native Surface还准备好了绘图所需的一切，其中包括：

• 两个GraphicBuffer，这就是PageFlipping所需要的FrontBuffer和BackBuffer。

• SharedBufferServer和SharedBufferClient结构，这两个结构将用于生产/消费的过程控制。

• 一个ISurface对象，这个对象连接着SF中的一个SurfaceLayer对象。

• 一个SurfaceComposerClient对象，这个对象连接着SF中的一个BClient对象。

资源都已经准备好了，可以开始绘制UI了。下面，分析两个关键的函数lockCanvas和unlockCanvasAndPost。

8.4.5 lockCanvas和unlockCanvasAndPost的分析

这一节，分析精简流程中的最后两个函数lockCanvas和unlockCanvasAndPost。

1. lockCanvas分析

据前文分析可知，UI在绘制前都需要通过lockCanvas得到一块存储空间，也就是所说的BackBuffer。这个过程中最终会调用Surface的lock函数。其代码如下所示：

Surface.cpp

status_t Surface::lock(SurfaceInfo* other,Region* dirtyIn, bool blocking){//传入的参数中，other用来接收一些返回信息，dirtyIn表示需要重绘的区域  ......if (mApiLock.tryLock() != NO_ERROR) {//多线程的情况下要锁住......returnWOULD_BLOCK;}//设置usage标志，这个标志在GraphicBuffer分配缓冲时有指导作用setUsage(GRALLOC_USAGE_SW_READ_OFTEN | GRALLOC_USAGE_SW_WRITE_OFTEN);//定义一个GraphicBuffer，名字就叫backBuffer。sp<GraphicBuffer>backBuffer;//①还记得我们说的2个元素的缓冲队列吗？下面的dequeueBuffer将取出一个空闲缓冲status_terr = dequeueBuffer(&backBuffer);if (err== NO_ERROR) {//② 锁住这块buffererr = lockBuffer(backBuffer.get());if(err == NO_ERROR) {const Rect bounds(backBuffer->width, backBuffer->height);Region scratch(bounds);Region& newDirtyRegion(dirtyIn ? *dirtyIn : scratch);......//mPostedBuffer是上一次绘画时使用的Buffer，也就是现在的frontBufferconst sp<GraphicBuffer>& frontBuffer(mPostedBuffer);if (frontBuffer !=0 &&backBuffer->width  ==frontBuffer->width &&backBuffer->height == frontBuffer->height &&!(mFlags & ISurfaceComposer::eDestroyBackbuffer)){const Region copyback(mOldDirtyRegion.subtract(newDirtyRegion));if (!copyback.isEmpty() && frontBuffer!=0) {/③把frontBuffer中的数据拷贝到BackBuffer中，这是为什么？copyBlt(backBuffer,frontBuffer, copyback);}}mDirtyRegion = newDirtyRegion;mOldDirtyRegion = newDirtyRegion;void* vaddr;//调用GraphicBuffer的lock得到一块内存，内存地址被赋值给了vaddr,//后续的作画将在这块内存上展开status_t res = backBuffer->lock(GRALLOC_USAGE_SW_READ_OFTEN |GRALLOC_USAGE_SW_WRITE_OFTEN,newDirtyRegion.bounds(),&vaddr);mLockedBuffer = backBuffer;//other用来接收一些信息。other->w      =backBuffer->width;  //宽度信息other->h      =backBuffer->height;other->s      =backBuffer->stride;other->usage  =backBuffer->usage;other->format = backBuffer->format;other->bits   = vaddr; //最重要的是这个内存地址}}mApiLock.unlock();returnerr;}

在上面的代码中，列出了三个关键点：

• 调用dequeueBuffer得到一个空闲缓冲，也可以叫空闲缓冲出队。

• 调用lockBuffer。

• 调用copyBlt函数，把frontBuffer数据拷贝到backBuffer中，这是为什么？

来分析这三个关键点。

（1）dequeueBuffer的分析
dequeueBuffer的目的很简单，就是选取一个空闲的GraphicBuffer，其代码如下所示：

Surface.cpp

status_tSurface::dequeueBuffer(sp<GraphicBuffer>* buffer) {android_native_buffer_t* out;status_t err = dequeueBuffer(&out);//调用另外一个dequeueBufferif(err == NO_ERROR) {*buffer = GraphicBuffer::getSelf(out);}return err;}

这其中又调用了另外一个dequeueBuffer函数。它的代码如下所示：

Surface.cpp

intSurface::dequeueBuffer(android_native_buffer_t** buffer){sp<SurfaceComposerClient> client(getClient());//①调用SharedBufferClient的dequeue函数，它返回当前空闲的缓冲号ssize_tbufIdx = mSharedBufferClient->dequeue();const uint32_t usage(getUsage());/*mBuffers就是我们前面在Surface创建中介绍的那个二元sp<GraphicBuffer>数组。这里定义的backBuffer是一个引用类型，也就是说如果修改backBuffer的信息，就相当于修改了mBuffers[bufIdx]*/const sp<GraphicBuffer>&backBuffer(mBuffers[bufIdx]);//mBuffers定义的GraphicBuffer使用的也是无参构造函数，所以此时还没有真实的存储被创建if(backBuffer == 0 || //第一次进来满足backBuffer为空这个条件((uint32_t(backBuffer->usage) & usage) != usage) ||mSharedBufferClient->needNewBuffer(bufIdx)){//调用getBufferLocked，需要进去看看。err = getBufferLocked(bufIdx, usage);if(err == NO_ERROR) {mWidth  =uint32_t(backBuffer->width);mHeight = uint32_t(backBuffer->height);}}......}

上面列出了一个关键点，就是SharedBufferClient的dequeue函数，暂且记住这个调用，后面会有单独章节分析生产/消费步调控制。先看getBufferLocked函数，其代码如下所示：

Surface.cpp

tatus_t Surface::getBufferLocked(int index, intusage){sp<ISurface> s(mSurface);status_t err = NO_MEMORY;//注意这个currentBuffer也被定义为引用类型sp<GraphicBuffer>&currentBuffer(mBuffers[index]);//终于用上了ISurface对象,调用它的requestBuffer得到指定索引index的Buffersp<GraphicBuffer> buffer =s->requestBuffer(index, usage);if (buffer != 0) {err = mSharedBufferClient->getStatus();if(!err && buffer->handle != NULL) {//getBufferMapper返回GraphicBufferMapper对象//调用它的registerBuffer干什么？这个问题我们在8.4.7节回答err = getBufferMapper().registerBuffer(buffer->handle);if (err == NO_ERROR) {//把requestBuffer得到的值赋给currentBuffer，由于currentBuffer是引用类型，//实际上相当于mBuffers[index]=buffercurrentBuffer = buffer;//设置currentBuffer的编号currentBuffer->setIndex(index);mNeedFullUpdate = true;}}else {err = err<0 ? err : NO_MEMORY;}return err;}

至此，getBufferLocked的目的，已比较清晰了：

• 调用ISurface的requestBuffer得到一个GraphicBuffer对象，这个GraphicBuffer对象被设置到本地的mBuffers数组中。看来Surface定义的这两个GraphicBuffer和Layer定义的两个GraphicBuffer是有联系的，所以图8-18中只画了两个GraphicBuffer。

我们已经知道，ISurface的Bn端实际上是定义在Layer.类中的SurfaceLayer，下面来看它实现的requestBuffer。由于SurfaceLayer是Layer的内部类，它的工作最终都会交给Layer来处理，所以这里可直接看Layer的requestBuffer函数：

Layer.cpp

sp<GraphicBuffer> Layer::requestBuffer(intindex, int usage){sp<GraphicBuffer> buffer;sp<Client> ourClient(client.promote());//lcblk就是那个SharedBufferServer对象，下面这个调用确保index号GraphicBuffer//没有被SF当做FrontBuffer使用。status_t err = lcblk->assertReallocate(index);......if(err != NO_ERROR) {return buffer;}uint32_t w, h;{Mutex::Autolock _l(mLock);w= mWidth;h= mHeight;/*mBuffers是SF端创建的一个二元数组，这里取出第index个元素，之前说过，mBuffers使用的也是GraphicBuffer的无参构造函数，所以此时也没有真实存储被创建。*/buffer = mBuffers[index];mBuffers[index].clear();}constuint32_t effectiveUsage = getEffectiveUsage(usage);if(buffer!=0 && buffer->getStrongCount() == 1) {//①分配物理存储，后面会分析这个。err = buffer->reallocate(w, h, mFormat, effectiveUsage);} else{buffer.clear();//使用GraphicBuffer的有参构造，这也使得物理存储被分配buffer = new GraphicBuffer(w, h, mFormat, effectiveUsage);err = buffer->initCheck();}......if(err == NO_ERROR && buffer->handle != 0) {Mutex::Autolock _l(mLock);if(mWidth && mHeight) {mBuffers[index] = buffer;mTextures[index].dirty = true;}else {buffer.clear();}}returnbuffer;//返回}

不管怎样，此时跨进程的这个requestBuffer返回的GraphicBuffer，已经和一块物理存储绑定到一起了。所以dequeueBuffer顺利返回了它所需的东西。接下来则需调用lockBuffer。

（2）lockBuffer的分析
lockBuffer的代码如下所示：

Surface.cpp

int Surface::lockBuffer(android_native_buffer_t*buffer){sp<SurfaceComposerClient> client(getClient());status_t err = validate();int32_t bufIdx = GraphicBuffer::getSelf(buffer)->getIndex();err =mSharedBufferClient->lock(bufIdx); //调用SharedBufferClient的lockreturn err;}

来看这个lock函数：

SharedBufferStack.cpp

status_t SharedBufferClient::lock(int buf){LockCondition condition(this, buf);//这个buf是BackBuffer的索引号status_t err = waitForCondition(condition);return err;}

注意，给waitForCondition函数传递的是一个LockCondition类型的对象，前面所说的函数对象的作用将在这里见识到，先看waitForCondition函数：

SharedBuffrStack.h

template <typename T> //这是一个模板函数status_t SharedBufferBase::waitForCondition(Tcondition){constSharedBufferStack& stack( *mSharedStack );SharedClient& client( *mSharedClient );constnsecs_t TIMEOUT = s2ns(1);Mutex::Autolock _l(client.lock);while((condition()==false) && //注意这个condition()的用法(stack.identity == mIdentity) &&(stack.status == NO_ERROR)){status_t err = client.cv.waitRelative(client.lock, TIMEOUT);if(CC_UNLIKELY(err != NO_ERROR)) {if (err == TIMED_OUT) {if (condition()) {//注意这个：condition()，condition是一个对象break;} else {}} else {return err;}}}return(stack.identity != mIdentity) ? status_t(BAD_INDEX) : stack.status;}

waitForCondition函数比较简单，就是等待一个条件为真，这个条件是否满足由condition()这条语句来判断。但这个condition不是一个函数，而是一个对象，这又是怎么回事？

这就是Funcition Object（函数对象）的概念。函数对象的本质是一个对象，不过是重载了操作符()，这和重载操作符+、-等没什么区别。可以把它当作是一个函数来看待。

为什么需要函数对象呢？因为对象可以保存信息，所以调用这个对象的()函数就可以利用这个对象的信息了。

来看condition对象的()函数。刚才传进来的是LockCondition，它的()定义如下：

SharedBufferStack.cpp

boolSharedBufferClient::LockCondition::operator()() {//stack、buf等都是这个对象的内部成员，这个对象的目的就是根据读写位置判断这个buffer是//否空闲。return(buf != stack.head ||(stack.queued > 0 && stack.inUse != buf));}

SharedBufferStack的读写控制，比Audio中的环形缓冲看起来要简单，实际上它却比较复杂。本章会在扩展部分进行分析。这里给读者准备一个问题，也是我之前百思不得其解的问题：

既然已经调用dequeue得到了一个空闲缓冲，为什么这里还要lock呢？

（3）拷贝旧数据
在第三个关键点中，可看到这样的代码：

Surface.cpp

status_t Surface::lock(SurfaceInfo* other,Region* dirtyIn, bool blocking){......const sp<GraphicBuffer>& frontBuffer(mPostedBuffer);if (frontBuffer !=0 &&backBuffer->width  ==frontBuffer->width &&backBuffer->height == frontBuffer->height &&!(mFlags & ISurfaceComposer::eDestroyBackbuffer)){const Region copyback(mOldDirtyRegion.subtract(newDirtyRegion));if (!copyback.isEmpty() && frontBuffer!=0) {//③把frontBuffer中的数据拷贝到BackBuffer中，这是为什么？copyBlt(backBuffer,frontBuffer, copyback);}}......}

上面这段代码所解决的，其实是下面这个问题：

在大部分情况下，UI只有一小部分会发生变化（例如一个按钮被按下去，导致颜色发生变化），这一小部分UI只对应整个GraphicBuffer中的一小块存储（就是在前面代码中见到的dirtyRegion），如果整块存储都更新，则会极大地浪费资源。怎么办？

这就需要将变化的图像和没有发生变化的图像进行叠加。上一次绘制的信息保存在mPostedBuffer中，而这个mPostedBuffer则要在unLockAndPost函数中设置。这里将根据需要，把mPostedBuffer中的旧数据拷贝到BackBuffer中。后续的绘画只要更新脏区域就可以了，这会节约不少资源。

OK，lockCanvas返回后，应用层将在这块画布上尽情作画。假设现在已经在BackBuffer上绘制好了图像，下面就要通过unlockCanvasAndPost进行后续工作了。一起来看。

2. unlockCanvasAndPost的分析

进入精简流程的最后一步，就是unlockCanvasAndPost函数，它的代码如下所示：

Surface.cpp

status_t Surface::unlockAndPost(){//调用GraphicBuffer的unlock函数status_t err = mLockedBuffer->unlock();//get返回这个GraphicBuffer的编号，queueBuffer将含有新数据的缓冲加入队中。err =queueBuffer(mLockedBuffer.get());mPostedBuffer = mLockedBuffer; //保存这个BackBuffer为mPostedBuffermLockedBuffer = 0;returnerr;}

来看queueBuffer调用，代码如下所示：

Surface.cpp

intSurface::queueBuffer(android_native_buffer_t* buffer){  sp<SurfaceComposerClient> client(getClient());int32_t bufIdx =GraphicBuffer::getSelf(buffer)->getIndex();//设置脏RegionmSharedBufferClient->setDirtyRegion(bufIdx,mDirtyRegion);//更新写位置。err =mSharedBufferClient->queue(bufIdx);if (err== NO_ERROR) {//client是BpSurfaceFlinger，调用它的signalServer，这样SF就知道新数据准备好了client->signalServer();}returnerr;}

这里，与读写控制有关的是queue函数，其代码如下所示：

SharedBufferStack.cpp

status_t SharedBufferClient::queue(int buf){//QueueUpdate也是一个函数对象QueueUpdate update(this);//调用updateCondition函数。status_t err = updateCondition( update );SharedBufferStack& stack( *mSharedStack );constnsecs_t now = systemTime(SYSTEM_TIME_THREAD);stack.stats.totalTime = ns2us(now - mDequeueTime[buf]);returnerr;}

这个updateCondition函数的代码如下所示：

SharedBufferStack.h

template <typename T>status_t SharedBufferBase::updateCondition(Tupdate) {SharedClient& client( *mSharedClient );Mutex::Autolock _l(client.lock);ssize_t result = update();//调用update对象的()函数client.cv.broadcast(); //触发同步对象return result;}

updateCondition函数和前面介绍的waitForCondition函数一样，都是使用的函数对象。queue操作使用的是QueueUpdate类，关于它的故事，将在拓展部分讨论。

3. lockCanvas和unlockCanvasAndPost的总结

总结一下lockCanvas和unlockCanvasAndPost这两个函数的工作流程，用图8-20表示：

图8-20 lockCanvas和unlockCanvasAndPost流程总结

8.4.6 GraphicBuffer的介绍

GraphicBuffer是Surface系统中一个高层次的显示内存管理类，它封装了和硬件相关的一些细节，简化了应用层的处理逻辑。先来认识一下它。

1. 初识GraphicBuffer
   GraphicBuffer的代码如下所示：

GraphicBuffer.h

class GraphicBuffer:public EGLNativeBase<android_native_buffer_t,GraphicBuffer,LightRefBase<GraphicBuffer>>,public Flattenable

其中，EGLNativeBase是一个模板类。它的定义，代码如下所示：

Android_natives.h]

template <typename NATIVE_TYPE, typenameTYPE, typename REF>class EGLNativeBase : public NATIVE_TYPE, publicREF

通过替换，可得到GraphicBuffer的派生关系，如图8-21所示：

图8-21 GraphicBuffer派生关系的示意图

从图中可以看出：

• 从LightRefBase派生使GraphicBuffer支持轻量级的引用计数控制。

• 从Flattenable派生使GraphicBuffer支持序列化，它的flatten和unflatten函数用于序列化和反序列化，这样，GraphicBuffer的信息就可以存储到Parcel包中并被Binder传输了。

另外，图中的android_native_buffer_t是GraphicBuffer的父类，它是一个struct结构体。可以将C++语言中的struct和class当作同一个东西，所以GraphicBuffer能从它派生。其代码如下所示：

android_native_buffer.h

typedef struct android_native_buffer_t{#ifdef __cplusplusandroid_native_buffer_t() {common.magic = ANDROID_NATIVE_BUFFER_MAGIC;common.version = sizeof(android_native_buffer_t);memset(common.reserved, 0, sizeof(common.reserved));}#endif//这个android_native_base_t是struct的第一个成员，根据C/C++编译的特性，这个成员//在它的派生类对象所占有的内存中也是排第一个。structandroid_native_base_t common;intwidth;intheight;intstride;intformat;intusage;void* reserved[2];//这是一个关键成员，保存一些和显示内存分配/管理相关的内容buffer_handle_t handle;void*reserved_proc[8];} android_native_buffer_t;

GraphicBuffer和显示内存分配相关的部分主要集中在buffer_handle_t这个变量上，它实际上是一个指针，定义如下：

gralloc.h]

typedef const native_handle* buffer_handle_t;

native_handle的定义如下：

native_handle.h]

typedef struct{intversion;        /* version值为sizeof(native_handle_t) */intnumFds;       intnumInts;       intdata[0];        /* data是数据存储空间的首地址 */} native_handle_t;typedef native_handle_t native_handle;

读者可能要问，一个小小的GraphicBuffer为什么这么复杂？要回答这个问题，应先对GraphicBuffer有比较全面的了解。按照图8-20中的流程来看GraphicBuffer。

2. GraphicBuffer和存储的分配

GraphicBuffer的构造函数最有可能分配存储了。注意，流程中使用的是无参构造函数，所以应先看无参构造函数。

（1）无参构造函数的分析
代码如下所示：

GraphicBuffer.cpp

GraphicBuffer::GraphicBuffer():BASE(), mOwner(ownData), mBufferMapper(GraphicBufferMapper::get()),mInitCheck(NO_ERROR), mVStride(0), mIndex(-1){/*其中mBufferMapper为GraphicBufferMapper类型，它的创建采用的是单例模式，也就是每个进程只有一个GraphicBufferMapper对象，读者可以去看看get的实现。*/width  =height=stride=format=usage  = 0;handle= NULL; //handle为空}

在无参构造函数中没有发现和存储分配有关的操作。那么，根据流程，下一个有可能的地方就是reallocate函数了。

（2）reallocate的分析
Reallocate的代码如下所示：

GraphicBuffer.cpp

status_t GraphicBuffer::reallocate(uint32_t w,uint32_t h, PixelFormat f,uint32_t reqUsage){if(mOwner != ownData)return INVALID_OPERATION;if(handle) {//handle值在无参构造函数中初始化为空，所以不满足if的条件GraphicBufferAllocator& allocator(GraphicBufferAllocator::get());allocator.free(handle);handle = 0;}returninitSize(w, h, f, reqUsage);//调用initSize函数}

InitSize函数的代码如下所示：

GraphicBuffer.cpp

status_t GraphicBuffer::initSize(uint32_t w,uint32_t h, PixelFormat format,uint32_t reqUsage){if(format == PIXEL_FORMAT_RGBX_8888)format = PIXEL_FORMAT_RGBA_8888;/*GraphicBufferAllocator才是真正的存储分配的管理类，它的创建也是采用的单例模式，也就是每个进程只有一个GraphicBufferAllocator对象*/GraphicBufferAllocator& allocator =GraphicBufferAllocator::get();//调用GraphicBufferAllocator的alloc来分配存储，注意handle作为指针//被传了进去，看来handle的值会被修改status_t err = allocator.alloc(w, h, format, reqUsage, &handle,&stride);if(err == NO_ERROR) {this->width  = w;this->height = h;this->format = format;this->usage  = reqUsage;mVStride = 0;}returnerr;}

（3）GraphicBufferAllocator的介绍
从上面的代码中可以发现，GraphicBuffer的存储分配和GraphicBufferAllocator有关。一个小小的存储分配为什么需要经过这么多道工序呢？还是先来看GraphicBufferAllocator，代码如下所示：

GraphicBufferAllocator.cpp

GraphicBufferAllocator::GraphicBufferAllocator():mAllocDev(0){hw_module_t const* module;//调用hw_get_module，得到hw_module_tinterr = hw_get_module(GRALLOC_HARDWARE_MODULE_ID, &module);if (err == 0) {//调用gralloc_open函数，注意我们把module参数传了进去。gralloc_open(module, &mAllocDev);}}

GraphicBufferAllocator在创建时，会首先调用hw_get_module取出一个hw_module_t类型的对象。从名字上看，它和硬件平台有关系。它会加载一个叫libgralloc.硬件平台名.so的动态库。比如，我的HTC G7手机上加载的库是/system/lib/hw/libgraolloc.qsd-8k.so。这个库的源代码在hardware/msm7k/libgralloc-qsd8k目录下。

这个库有什么用呢？简言之，就是为了分配一块用于显示的内存，但为什么需要这种层层封装呢？答案很简单：

封装的目的就是为了屏蔽不同硬件平台的差别。

读者可通过执行adb getprop ro.board.platform命令，得到具体手机上硬件平台的名字。图8-22总结了GraphicBufferAllocator分配内存的途径。这部分代码，读者可参考hardware/libhardware/hardware.c和hardware/msm7k/libgralloc-qsd8k/gralloc.cpp，后文将不再深入探讨和硬件平台有关的知识。

图8-22 GraphicBufferAllocator内存的分配途径

注意，这里是以G7的libgralloc.qsk-8k.so为示例的。其中pmem设备用来创建一块连续的内存，因为有些硬件设备（例如Camera）工作时需要使用一块连续的内存，对于这种情况，一般就会使用pmem设备来分配内存。

这里，仅讨论图8-22中与硬件无关的分配方式。在这种情况下，将使用ashmem分配共享内存。下面看GraphicBufferAllocator的alloc函数，其代码如下所示：

GraphicBufferAllocator.cpp

status_t GraphicBufferAllocator::alloc(uint32_tw, uint32_t h, PixelFormat format,int usage, buffer_handle_t* handle, int32_t*stride){//根据前面的定义可知buffer_handle_t为native_handle_t*类型status_t err;if (usage & GRALLOC_USAGE_HW_MASK) {err =mAllocDev->alloc(mAllocDev, w, h, format, usage, handle, stride);} else {//SW分配，可以做到和HW无关了。err = sw_gralloc_handle_t::alloc(w, h, format, usage, handle, stride);}......returnerr;}

下面，来看软件分配的方式：

GraphicBufferAllocator.cpp

status_t sw_gralloc_handle_t::alloc(uint32_t w,uint32_t h, int format,int usage, buffer_handle_t* pHandle, int32_t*pStride){intalign = 4;intbpp = 0;......//格式转换size_tbpr = (w*bpp + (align-1)) & ~(align-1);size_tsize = bpr * h;size_tstride = bpr / bpp;size =(size + (PAGE_SIZE-1)) & ~(PAGE_SIZE-1);//直接使用了ashmem创建共享内存int fd= ashmem_create_region("sw-gralloc-buffer", size);......//进行内存映射，得到共享内存起始地址void*base = mmap(0, size, prot, MAP_SHARED, fd, 0);sw_gralloc_handle_t* hnd = new sw_gralloc_handle_t();hnd->fd = fd;//保存文件描述符hnd->size = size;//保存共享内存的大小hnd->base = intptr_t(base);//intptr_t将void*类型转换成int*类型hnd->prot = prot;//保存属性*pStride = stride;*pHandle = hnd; //pHandle就是传入的那个handle变量的指针，这里对它进行赋值returnNO_ERROR;}

我们知道，调用GraphicBuffer的reallocate函数后，会导致物理存储被分配。前面曾说过，Layer会创建两个GraphicBuffer，而Native Surface端也会创建两个GraphicBuffer，那么这两个GraphicBuffer是怎么建立联系的呢？为什么说native_handle_t是GraphicBuffer的精髓呢？

3. flatten和unflatten的分析

试想，Native Surface的GraphicBuffer是怎么和Layer的GraphicBuffer建立联系的：

先通过requestBuffer函数返回一个GraphicBuffer，然后这个GraphicBuffer被Native Surface保存。

这中间的过程其实是一个mini版的乾坤挪移，来看看，代码如下所示：

ISurface.cpp

//requestBuffer的响应端status_t BnSurface::onTransact(uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags){switch(code) {case REQUEST_BUFFER: {CHECK_INTERFACE(ISurface, data, reply);int bufferIdx = data.readInt32();int usage = data.readInt32();sp<GraphicBuffer> buffer(requestBuffer(bufferIdx, usage));....../*requestBuffer的返回值被写到Parcel包中，由于GraphicBuffer从Flattenable类派生，这将导致它的flatten函数被调用*/return reply->write(*buffer);}.......}//再来看请求端的处理，在BpSurface中virtual sp<GraphicBuffer> requestBuffer(intbufferIdx, int usage){Parcel data, reply;data.writeInterfaceToken(ISurface::getInterfaceDescriptor());data.writeInt32(bufferIdx);data.writeInt32(usage);remote()->transact(REQUEST_BUFFER, data, &reply);sp<GraphicBuffer> buffer = new GraphicBuffer();reply.read(*buffer);//Parcel调用unflatten函数把信息反序列化到这个buffer中。return buffer;//requestBuffer实际上返回的是本地new出来的这个GraphicBuffer}

通过上面的代码可以发现，挪移的关键体现在flatten和unflatten函数上。请看：

（1）flatten的分析
flatten的代码如下所示：

GraphicBuffer.cpp

status_t GraphicBuffer::flatten(void* buffer,size_t size,int fds[], size_t count) const{//buffer是装载数据的缓冲区，由Parcel提供......if(handle) {buf[6] = handle->numFds;buf[7] = handle->numInts;native_handle_t const* const h = handle;//把handle的信息也写到buffer中memcpy(fds,     h->data,             h->numFds*sizeof(int));memcpy(&buf[8], h->data + h->numFds,h->numInts*sizeof(int));}returnNO_ERROR;}

flatten的工作就是把GraphicBuffer的handle变量信息写到Parcel包中。那么接收端如何使用这个包呢？这就是unflatten的工作了。

（2）unflatten分析
unflatten的代码如下所示：

GraphicBuffer.cpp

status_t GraphicBuffer::unflatten(void const*buffer, size_t size,int fds[], size_t count){......if(numFds || numInts) {width  = buf[1];height = buf[2];stride = buf[3];format = buf[4];usage  = buf[5];native_handle* h =native_handle_create(numFds, numInts);memcpy(h->data,         fds,     numFds*sizeof(int));memcpy(h->data + numFds, &buf[8],numInts*sizeof(int));handle = h;//根据Parcel包中的数据还原一个handle} else{width = height = stride = format = usage = 0;handle = NULL;}mOwner= ownHandle;returnNO_ERROR;}

unflatten最重要的工作是，根据Parcel包中native_handle的信息，在Native Surface端构造一个对等的GraphicBuffer。这样，Native Surface端的GraphicBuffer实际上就和Layer端的GraphicBuffer管理着同一块共享内存。

3. registerBuffer的分析

registerBuffer有什么用呢？上一步调用unflatten后得到了代表共享内存的文件句柄，regiserBuffer的目的就是对它进行内存映射，代码如下所示：

GraphicBufferMapper.cpp

status_tsw_gralloc_handle_t::registerBuffer(sw_gralloc_handle_t* hnd){if (hnd->pid != getpid()) {//原来是做一次内存映射操作void* base = mmap(0, hnd->size, hnd->prot, MAP_SHARED, hnd->fd,0);......//base保存着共享内存的起始地址hnd->base = intptr_t(base);}returnNO_ERROR;}

4. lock和unlock的分析

GraphicBuffer在使用前需要通过lock来得到内存地址，使用完后又会通过unlock释放这块地址。在SW分配方案中，这两个函数实现却非常简单，如下所示：

GraphicBufferMapper.cpp

//lock操作int sw_gralloc_handle_t::lock(sw_gralloc_handle_t*hnd, int usage,int l, int t, int w, int h, void** vaddr){*vaddr= (void*)hnd->base;//得到共享内存的起始地址，后续作画就使用这块内存了。returnNO_ERROR;}//unlock操作status_tsw_gralloc_handle_t::unlock(sw_gralloc_handle_t* hnd){returnNO_ERROR;//没有任何操作}

对GraphicBuffer的介绍就到这里。虽然采用的是SW方式，但是相信读者也能通过树木领略到森林的风采。从应用层角度看，可以把GraphicBuffer当做一个构架在共享内存之上的数据缓冲。对想深入研究的读者，我建议可按图8-20中的流程来分析。因为流程体现了调用顺序，表达了调用者的意图和目的，只有把握了流程，分析时才不会迷失在茫茫的源码海洋中，才不会被不熟悉的知识阻拦前进的脚步。

8.4.7 深入分析Surface总结

Surface系统最难的部分，是这个Native Surface的创建和使用，它包括三个方面：

• Activity的UI和Surface的关系是怎样的？这是8.2节回答的问题。

• Activity中所使用的Surface是怎么和SurfaceFlinger挂上关系的？这是8.3节回答的问题。

• 本节对第2个问题进行了较深入的研究，分析了Surface和SurfaceFlinger之间的关系，以及生产/消费步调的中枢控制机构SharedBuffer家族和数据的承载者GraphicBuffer。

从上面分析可看出，本章前四节均围绕着这个Surface讲解，一路下来确实遇到了不少曲折和坎坷，望读者跟着源码反复阅读，体会。

8.5 SurfaceFlinger的分析

这一节要对SurfaceFlinger进行分析。相比较而言，SurfaceFlinger不如AudioFlinger复杂。

8.5.1 SurfaceFlinger的诞生

SurfaceFlinger驻留于system_server进程，这一点和Audio系统的几个Service不太一样。它创建的位置在SystemServer的init1函数中（第4章4.3.2节的第3点）。虽然位于SystemServer这个重要进程中，但是SF创建的代码却略显波澜不惊，没有什么特别之处。SF的创建首先会调用instantiate函数，代码如下所示：

SurfaceFlinger.cpp

void SurfaceFlinger::instantiate() {defaultServiceManager()->addService(String16("SurfaceFlinger"), new SurfaceFlinger());}

前面在图8-14中指出了SF，同时从BnSurfaceComposer和Thread类中派生，相关代码如下所示：

class SurfaceFlinger : public BnSurfaceComposer,protected Thread

从Thread派生这件事给了我们一个很明确的提示：

• SurfaceFlinger会单独启动一个工作线程。

我们知道，Thread类的工作线程要通过调用它的run函数来创建，那这个run函数是在什么地方调用的呢？当然，最有可能的就是在构造函数中：

SurfaceFlinger.cpp

SurfaceFlinger::SurfaceFlinger():   BnSurfaceComposer(), Thread(false),mTransactionFlags(0),mTransactionCount(0),mResizeTransationPending(false),mLayersRemoved(false),mBootTime(systemTime()),mHardwareTest("android.permission.HARDWARE_TEST"),mAccessSurfaceFlinger("android.permission.ACCESS_SURFACE_FLINGER"),mDump("android.permission.DUMP"),mVisibleRegionsDirty(false),mDeferReleaseConsole(false),mFreezeDisplay(false),mFreezeCount(0),mFreezeDisplayTime(0),mDebugRegion(0),mDebugBackground(0),mDebugInSwapBuffers(0),mLastSwapBufferTime(0),mDebugInTransaction(0),mLastTransactionTime(0),mBootFinished(false),mConsoleSignals(0),mSecureFrameBuffer(0){init();//上面没有调用run。必须到init去检查一番。}//init函数更简单了。void SurfaceFlinger::init(){charvalue[PROPERTY_VALUE_MAX];property_get("debug.sf.showupdates", value, "0");mDebugRegion = atoi(value);property_get("debug.sf.showbackground", value, "0");mDebugBackground = atoi(value);}

嗯？上面的代码竟然没有创建工作线程？难道在其他地方？读者别急着在文件中搜索“run”，先猜测一下答案。

• 根据之前所学的知识，另外一个最有可能的地方就是onFirstRef函数了，这个函数在对象第一次被sp化后调用，很多初始化的工作也可以在这个函数中完成。

事实是这样吗？一起来看。

1. onFirstRef的分析

onFirstRef的代码如下所示：

SurfaceFlinger.cpp

void SurfaceFlinger::onFirstRef(){//真是梦里寻他千百度，果然是在onFirstRef中创建了工作线程run("SurfaceFlinger",PRIORITY_URGENT_DISPLAY);/*mReadyToRunBarrier类型为Barrier，这个类就是封装了一个Mutex对象和一个Condition对象。如果读者还记得第5章有关同步类的介绍，理解这个Barrier就非常简单了。下面调用的wait函数表示要等待一个同步条件的满足。*/mReadyToRunBarrier.wait();}

onFirstRef创建工作线程后，将等待一个同步条件，那么这个同步条件在哪里被触发呢？相信不用多说 大家也知道：

在工作线程中被触发，而且极有可能是在readyToRun函数中。

不清楚Thread类的读者可以复习一下与第5章有关的Thread类的知识。

2. readyToRun的分析

SF的readyToRun函数将完成一些初始化工作，代码如下所示：

SurfaceFlinger.cpp

status_t SurfaceFlinger::readyToRun(){intdpy = 0;{//①GraphicPlane是什么？GraphicPlane& plane(graphicPlane(dpy));//②为这个GraphicPlane设置一个HAL对象——DisplayHardwareDisplayHardware* const hw = new DisplayHardware(this, dpy);plane.setDisplayHardware(hw);}//创建Surface系统中的“CB”对象，按照老规矩，应该先创建一块共享内存，然后使用placment newmServerHeap = new MemoryHeapBase(4096,MemoryHeapBase::READ_ONLY,"SurfaceFlingerread-only heap");/*注意这个“CB“对象的类型是surface_flinger_cblk_t。为什么在CB上打引号呢？因为这个对象谈不上什么控制，只不过被用来存储一些信息罢了。其控制作用完全达不到audio_track_cblk_t的程度。基于这样的事实，我们把前面提到的SharedBuffer家族称之为CB对象。*/mServerCblk=static_cast<surface_flinger_cblk_t*>(mServerHeap->getBase());//placementnew创建surface_flinger_cblk_tnew(mServerCblk) surface_flinger_cblk_t;constGraphicPlane& plane(graphicPlane(dpy));constDisplayHardware& hw = plane.displayHardware();constuint32_t w = hw.getWidth();constuint32_t h = hw.getHeight();constuint32_t f = hw.getFormat();hw.makeCurrent();//当前只有一块屏mServerCblk->connected|= 1<<dpy;//屏幕在“CB”对象中的代表是display_cblk_tdisplay_cblk_t* dcblk = mServerCblk->displays + dpy;memset(dcblk, 0, sizeof(display_cblk_t));dcblk->w            =plane.getWidth();dcblk->h            =plane.getHeight();......//获取屏幕信息//还用上了内联汇编语句。asmvolatile ("":::"memory");/*下面是一些和OpenGL相关的函数调用。读者如感兴趣，可以研究一下，至少SurfaceFlinger.cpp中所涉及的相关代码还不算难懂*/glActiveTexture(GL_TEXTURE0);glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);......glOrthof(0, w, h, 0, 0, 1);//LayerDim是Dim类型的LayerLayerDim::initDimmer(this, w, h);//还记得在onFirstRef函数中的wait吗？下面的open将触发这个同步条件mReadyToRunBarrier.open();//资源准备好后，init将启动bootanim程序，这样就见到开机动画了。property_set("ctl.start", "bootanim");return NO_ERROR;}

在上面的代码中，列出了两个关键点，下面一一进行分析。

（1）GraphicPlane的介绍
GraphicPlane是屏幕在SF代码中的对应物，根据前面的介绍，目前Android只支持一块屏幕，所以SF定义了一个一元数组：

GraphicPlane mGraphicPlanes[1];

GraphicPlane虽无什么特别之处，但它有一个重要的函数，叫setDisplayHardware，这个函数把代表显示设备的HAL对象和GraphicPlane关联起来。这也是下面要介绍的第二个关键点DisplayHardware。

（2）DisplayHardware的介绍
从代码上看，这个和显示相关的HAL对象是在工作线程中new出来的，先看它的构造函数，代码如下所示：

DisplayHardware.cpp

DisplayHardware::DisplayHardware(const sp<SurfaceFlinger>& flinger,uint32_t dpy):DisplayHardwareBase(flinger, dpy){init(dpy); //最重要的是这个init函数。}

init函数非常重要，应进去看看。下面先思考一个问题。

前面在介绍FrameBuffer时说过，显示这一块需要使用FrameBuffer，但在GraphicBuffer中用的却是ashmem创建的共享内存。也就是说，之前在共享内存中绘制的图像和FrameBuffer没有什么关系。那么FrameBuffer是在哪里创建的呢？

答案就在init函数中，代码如下所示：

DisplayHardware.cpp

void DisplayHardware::init(uint32_t dpy)
{//FrameBufferNativeWindow实现了对FrameBuffer的管理和操作，该类中创建了两个
//FrameBuffer，分别起到FrontBuffer和BackBuffer的作用。
mNativeWindow = new FramebufferNativeWindow();framebuffer_device_t const * fbDev = mNativeWindow->getDevice();mOverlayEngine = NULL;hw_module_t const* module;//Overlay相关if(hw_get_module(OVERLAY_HARDWARE_MODULE_ID, &module) == 0) {overlay_control_open(module, &mOverlayEngine);}
......EGLint w, h, dummy;EGLintnumConfigs=0;EGLSurface surface;EGLContext context;mFlags= CACHED_BUFFERS;//EGLDisplay在EGL中代表屏幕EGLDisplay display = eglGetDisplay(EGL_DEFAULT_DISPLAY);....../*surface是EGLSurface类型，下面这个函数会将EGL和Android中的Display系统绑定起来，后续就可以利用OpenGL在这个Surface上绘画，然后通过eglSwappBuffers输出图像了。*/surface= eglCreateWindowSurface(display, config,mNativeWindow.get(),NULL);......mDisplay = display;mConfig  = config;mSurface = surface;mContext = context;mFormat  = fbDev->format;mPageFlipCount = 0;
}

根据上面的代码，现在可以回答前面的问题了：

• SF创建FrameBuffer，并将各个Surface传输的数据（通过GraphicBuffer）混合后，再由自己传输到FrameBuffer中进行显示。

本节的内容，实际上涉及另外一个比Surface更复杂的Display系统，出于篇幅和精力的原因，本书目前不打算讨论它。

8.5.2 SF工作线程的分析

SF中的工作线程就是来做图像混合的，比起AudioFlinger来，它相当简单，下面是它的代码：

SurfaceFlinger.cpp

bool SurfaceFlinger::threadLoop(){waitForEvent();//① 等待什么事件呢？if (UNLIKELY(mConsoleSignals)) {handleConsoleEvents();}if(LIKELY(mTransactionCount == 0)) {const uint32_t mask = eTransactionNeeded | eTraversalNeeded;uint32_t transactionFlags = getTransactionFlags(mask);if(LIKELY(transactionFlags)) {//Transaction（事务）处理，放到本节最后来讨论handleTransaction(transactionFlags);}}//②处理PageFlipping工作handlePageFlip();constDisplayHardware& hw(graphicPlane(0).displayHardware());if (LIKELY(hw.canDraw() && !isFrozen())) {//③处理重绘handleRepaint();hw.compositionComplete();//④投递BackBufferunlockClients();postFramebuffer();} else{unlockClients();usleep(16667);}returntrue;}

ThreadLoop一共有四个关键点，这里，分析除Transaction外的三个关键点。

1. waitForEvent

SF工作线程一上来就等待事件，它会是什么事件呢？来看代码：

SurfaceFlinger.cpp

void SurfaceFlinger::waitForEvent(){while(true) {nsecs_t timeout = -1;const nsecs_t freezeDisplayTimeout = ms2ns(5000);......MessageList::value_type msg = mEventQueue.waitMessage(timeout);......//还有一些和冻屏相关的内容if(msg != 0) {switch (msg->what) {//千辛万苦就等这一个重绘消息case MessageQueue::INVALIDATE:return;}}}}

SF收到重绘消息后，将退出等待。那么，是谁发送的这个重绘消息呢？还记得在unlockCanvasAndPost函数中调用的signal吗？它在SF端的实现代码如下：

SurfaceFlinger]

void SurfaceFlinger::signal() const {const_cast<SurfaceFlinger*>(this)->signalEvent();}void SurfaceFlinger::signalEvent() {mEventQueue.invalidate(); //往消息队列中加入INVALIDATE消息}

2. 分析handlePageFlip

SF工作线程从waitForEvent中返回后，下一步要做的就是处理事务和handlePageFlip了。先看handlePageFlip，从名字上可知，它和PageFlipping工作有关。

注意：事务处理将在8.5.3节中介绍。

代码如下所示：

SurfaceFlinger.cpp

void SurfaceFlinger::handlePageFlip()
{bool visibleRegions = mVisibleRegionsDirty;
/*
还记得前面所说的mCurrentState吗？它保存了所有显示层的信息，而绘制的时候使用的
mDrawingState则保存了当前需要显示的显示层信息。
*/
LayerVector& currentLayers =const_cast<LayerVector&>(mDrawingState.layersSortedByZ);
//①调用lockPageFlip
visibleRegions |= lockPageFlip(currentLayers);
const DisplayHardware& hw =graphicPlane(0).displayHardware();
//取得屏幕的区域
const Region screenRegion(hw.bounds());
if (visibleRegions) {Region opaqueRegion;computeVisibleRegions(currentLayers, mDirtyRegion,opaqueRegion);mWormholeRegion = screenRegion.subtract(opaqueRegion);mVisibleRegionsDirty = false;}
//② 调用unlockPageFlip
unlockPageFlip(currentLayers);
mDirtyRegion.andSelf(screenRegion);
}

hanldePageFlip调用了两个看起来是一对的函数：lockPageFlip和unlockPageFlip。这两个函数会干些什么呢？

（1）lockPageFlip的分析
先看lockPageFlip函数，代码如下所示：

SurfaceFlinger.cpp

bool SurfaceFlinger::lockPageFlip(constLayerVector& currentLayers)
{bool recomputeVisibleRegions = false;size_tcount = currentLayers.size();sp<LayerBase> const* layers = currentLayers.array();for(size_t i=0 ; i<count ; i++) {const sp<LayerBase>& layer = layers[i];//调用每个显示层的lockPageFliplayer->lockPageFlip(recomputeVisibleRegions);}return recomputeVisibleRegions;
}

假设当前的显示层是Layer类型，那么得转到Layer类去看它的lockPageFlip函数，代码如下所示：

Layer.cpp

void Layer::lockPageFlip(bool&recomputeVisibleRegions)
{//lcblk是SharedBufferServer类型，调用retireAndLock函数将返回FrontBuffer的//索引号ssize_tbuf = lcblk->retireAndLock();......mFrontBufferIndex = buf;//得到FrontBuffer对应的GraphicBuffersp<GraphicBuffer> newFrontBuffer(getBuffer(buf));
if (newFrontBuffer != NULL) {//取出脏区域const Region dirty(lcblk->getDirtyRegion(buf));//和GraphicBuffer所表示的区域进行裁剪，得到一个脏区域mPostedDirtyRegion = dirty.intersect( newFrontBuffer->getBounds() );const Layer::State& front(drawingState());if(newFrontBuffer->getWidth()  ==front.requested_w &&newFrontBuffer->getHeight() ==front.requested_h){if ((front.w != front.requested_w) ||(front.h != front.requested_h)){...... //需要重新计算可见区域recomputeVisibleRegions = true;}mFreezeLock.clear();}} else{mPostedDirtyRegion.clear();}if(lcblk->getQueuedCount()) {mFlinger->signalEvent();}
/*
如果脏区域不为空，则需要绘制成纹理，reloadTexture将绘制一张纹理保存在
mTextures数组中，里边涉及很多OpenGL的操作，读者有兴趣可以自己研究。
*/if(!mPostedDirtyRegion.isEmpty()) {reloadTexture( mPostedDirtyRegion );}
}

我们知道，Layer的lockPageFlip将根据FrontBuffer的内容生成一张纹理。那么，unlockPageFlip会做些什么呢？

（2）unlockPageFlip的分析
unlockPageFlip的代码如下所示：

SurfaceFlinger.cpp

void SurfaceFlinger::unlockPageFlip(constLayerVector& currentLayers)
{const GraphicPlane& plane(graphicPlane(0));const Transform& planeTransform(plane.transform());size_t count = currentLayers.size();sp<LayerBase> const* layers = currentLayers.array();for(size_t i=0 ; i<count ; i++) {const sp<LayerBase>& layer = layers[i];//调用每个显示层的unlockPageFlip，Layer的unlockPageFlip主要做一些
//区域的清理工作，读者可以自己看看。layer->unlockPageFlip(planeTransform, mDirtyRegion);}
}

（3）handlePageFlip的总结
handlePageFlip的工作其实很简单，以Layer类型为例来总结一下：

各个Layer需要从FrontBuffer中取得新数据，并生成一张OpenGL中的纹理。纹理可以看做是一个图片，这个图片的内容就是FrontBuffer中的图像。

现在每一个Layer都准备好了新数据，下一步的工作当然就是绘制了。来看handleRepaint函数。

3. 分析handleRepaint函数

handleRepaint函数的代码如下所示：

SurfaceFlinger.cpp

void SurfaceFlinger::handleRepaint(){mInvalidRegion.orSelf(mDirtyRegion);if(mInvalidRegion.isEmpty()) {return;}......constDisplayHardware& hw(graphicPlane(0).displayHardware());glMatrixMode(GL_MODELVIEW);glLoadIdentity();uint32_t flags = hw.getFlags();if((flags & DisplayHardware::SWAP_RECTANGLE) ||(flags & DisplayHardware::BUFFER_PRESERVED)){......//计算mDirtyRegion}// 在脏区域上进行绘制composeSurfaces(mDirtyRegion);mDirtyRegion.clear();}

其中，composeSurfaces将不同的显示层内容进行混合，其实就是按Z轴的顺序由里到外依次绘制。当然，最后绘制的数据有可能遮盖前面绘制的数据，代码如下所示：

SurfaceFlinger.cpp

void SurfaceFlinger::composeSurfaces(constRegion& dirty)
{const SurfaceFlinger& flinger(*this);const LayerVector& drawingLayers(mDrawingState.layersSortedByZ);const size_t count = drawingLayers.size();sp<LayerBase> const* const layers = drawingLayers.array();for(size_t i=0 ; i<count ; ++i) {const sp<LayerBase>& layer = layers[i];const Region&visibleRegion(layer->visibleRegionScreen);if(!visibleRegion.isEmpty())  {const Region clip(dirty.intersect(visibleRegion));if (!clip.isEmpty()) {layer->draw(clip); //调用各个显示层的layer函数}}}
}draw函数在LayerBase类中实现，代码如下所示：>LayerBase.cpp
```cpp
void LayerBase::draw(const Region& inClip)const{ ......glEnable(GL_SCISSOR_TEST);onDraw(clip);//调用子类的onDraw函数}

至于Layer是怎么实现这个onDraw函数的，代码如下所示：

Layer.cpp

void Layer::onDraw(const Region& clip) const
{int index = mFrontBufferIndex;if(mTextures[index].image == EGL_NO_IMAGE_KHR)index = 0;GLuint textureName = mTextures[index].name;....Region holes(clip.subtract(under));if(!holes.isEmpty()) {clearWithOpenGL(holes);}return;
}
//index是FrontBuffer对应生成的纹理，在lockPageFlip函数中就已经生成了。drawWithOpenGL(clip,mTextures[index]);//将纹理画上去，里面有很多和OpenGL相关内容
}

drawWithOpenGL函数由LayerBase实现，看它是不是使用了这张纹理，代码如下所示：

LayerBase.cpp

void LayerBase::drawWithOpenGL(const Region&clip, const Texture& texture) const
{const DisplayHardware& hw(graphicPlane(0).displayHardware());const uint32_t fbHeight = hw.getHeight();const State& s(drawingState());//validateTexture函数内部将绑定指定的纹理validateTexture(texture.name);//下面就是OpenGL操作函数了glEnable(GL_TEXTURE_2D); ......glMatrixMode(GL_TEXTURE);glLoadIdentity();//坐标旋转switch(texture.transform) {case HAL_TRANSFORM_ROT_90:glTranslatef(0, 1, 0);glRotatef(-90, 0, 0, 1);break;case HAL_TRANSFORM_ROT_180:glTranslatef(1, 1, 0);glRotatef(-180, 0, 0, 1);break;case HAL_TRANSFORM_ROT_270:glTranslatef(1, 0, 0);glRotatef(-270, 0, 0, 1);break;}
if (texture.NPOTAdjust) {//缩放处理glScalef(texture.wScale, texture.hScale, 1.0f);}//使能纹理坐标
glEnableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);
//设置顶点坐标
glVertexPointer(2, GL_FIXED, 0, mVertices);
//设置纹理坐标glTexCoordPointer(2, GL_FIXED, 0, texCoords);while(it != end) {const Rect& r = *it++;const GLint sy = fbHeight - (r.top + r.height());//裁剪glScissor(r.left, sy, r.width(), r.height());//画矩形glDrawArrays(GL_TRIANGLE_FAN, 0, 4);
}
//禁止纹理坐标glDisableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);
}

纹理绑定是OpenGL的常用函数，其代码如下所示。

LayerBase.cpp

void LayerBase::validateTexture(GLinttextureName) const
{//下面这个函数将绑定纹理glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textureName);......//其他一些设置
}

handleRepaint这个函数基本上就是按Z轴的顺序对每一层进行重绘，重绘的方法就是使用OpenGL。

我在Android平台上有几个月的OpenGL开发经历，还谈不上很深刻，其中的一些资料，希望能够给感兴趣的读者提供参考。

1）OpenGL的入门教材当选NeHe的资料，大略看前几章即可。

2） Android平台上关于OpenGL ES的开发，有一篇很详细的Word文档叫《OpenGL ESTutorial for Android》。该文详细描述了在Android平台上进行OpenGL开发的流程。大家可跟着这篇教材，在模拟器上做一些练习。那里面涉及到的一些基础知识，从前面介绍的入门教材中可以学到。

3）有了前面两点的基础后，就需要对整个OpenGL有比较完整深入的了解了。我在那时所看的书是《OpenGL Programming Guide (7th Edition)》。该书很厚，有1000多页。里面有一些内容可能与工作无涉，只要大概知道有那回事就行了，暂时不必深入学习，等需要时再进一步学习并运用。我在开发的项目中曾用到的光照、雾化等效果，都是之前先知道有这个东西，后来在项目中才逐渐学习运用的。

4）嵌入式平台上用的其实是OpenGL ES。这里，还有一本书叫《OpenGL ES 2.0 Programming Guide》，它介绍了OpenGL ES的开发，读者可认真修习。

5）在Android SDK文档中，对OpenGL API的描述只寥寥数语。怎么办？由于它使用了J2ME中的javax.microedition.khronos.opengles包，所以J2ME的SDK文档中对OpenGL的API有着非常详细的描述，读者手头应该要有一个J2ME的文档。

6）如果想做深入开发，就不得不学习计算机图形学了。我后来买了书，可惜没时间学了。

4. unlockClients和postFrameBuffer的分析

在绘制完图后，还有两项工作需要做，一个涉及unlockClients函数，另外一个涉及postFrameBuffer函数，这两个函数分别干了什么呢？unlockClients的代码如下所示：

SurfaceFlinger.cpp

void SurfaceFlinger::unlockClients()
{const LayerVector& drawingLayers(mDrawingState.layersSortedByZ);const size_t count = drawingLayers.size();sp<LayerBase> const* const layers = drawingLayers.array();for (size_t i=0 ; i<count ; ++i) {const sp<LayerBase>& layer = layers[i];layer->finishPageFlip();}
}

再看Layer的finishPageFlip函数，代码如下所示：

Layer.cpp

void Layer::finishPageFlip()
{//释放FrontBufferIndexstatus_t err = lcblk->unlock( mFrontBufferIndex );
}

原来，unlockClients会释放之前占着的FrontBuffer的索引号。下面看最后一个函数postFrameBuffer，代码如下所示：

SurfaceFlinger.cpp

void SurfaceFlinger::postFramebuffer()
{if(!mInvalidRegion.isEmpty()) {const DisplayHardware& hw(graphicPlane(0).displayHardware());const nsecs_t now = systemTime();mDebugInSwapBuffers = now;//调用这个函数后，混合后的图像就会传递到屏幕中显示了hw.flip(mInvalidRegion);mLastSwapBufferTime = systemTime() - now;mDebugInSwapBuffers = 0;mInvalidRegion.clear();}
}

flip将调用在DisplayHardware一节中提到的eglSwapBuffer函数，来完成FrameBuffer的PageFlip操作，代码如下所示：

DisplayHardware.cpp

void DisplayHardware::flip(const Region&dirty) const
{checkGLErrors();EGLDisplay dpy = mDisplay;EGLSurface surface = mSurface;......if(mFlags & PARTIAL_UPDATES) {mNativeWindow->setUpdateRectangle(dirty.getBounds());}mPageFlipCount++;eglSwapBuffers(dpy, surface);//PageFlipping，此后图像终于显示在屏幕上了！
}

8.5.3 Transaction的分析

Transaction是“事务”的意思。在我脑海中，关于事务的知识来自于数据库。在数据库操作中，事务意味着一次可以提交多个SQL语句，然后一个commit就可让它们集中执行，而且数据库中的事务还可以回滚，即恢复到事务提交前的状态。

SurfaceFlinger为什么需要事务呢？从上面对数据库事务的描述来看，是不是意味着一次执行多个请求呢？如直接盯着SF的源码来分析，可能不太容易搞清楚事务的前因后果，我想还是用老办法，从一个例子入手吧。

在WindowManagerService.java中，有一个函数之前分析过，现在再看看，代码如下所示：

WindowManagerService.java::WinState

Surface createSurfaceLocked() {
Surface.openTransaction(); //开始一次transactiontry {try {mSurfaceX = mFrame.left + mXOffset;mSurfaceY = mFrame.top + mYOffset;//设置Surface的位置mSurface.setPosition(mSurfaceX, mSurfaceY);......}}finally {Surface.closeTransaction(); //关闭这次事务}

这个例子很好地展示了事务的调用流程，它会依次调用：

• openTransaction
• setPosition
• closeTransaction

下面就来分析这几个函数的调用。

1. openTransaction的分析

看JNI对应的函数，代码如下所示：

android_View_Surface.cpp

static void Surface_openTransaction(JNIEnv* env,jobject clazz)
{//调用SurfaceComposerClient的openGlobalTransaction函数
SurfaceComposerClient::openGlobalTransaction();
}

下面转到SurfaceComposerClient，代码如下所示：

SurfaceComposerClient.cpp

void SurfaceComposerClient::openGlobalTransaction()
{Mutex::Autolock _l(gLock);......constsize_t N = gActiveConnections.size();for(size_t i=0; i<N; i++) {sp<SurfaceComposerClient>client(gActiveConnections.valueAt(i).promote());//gOpenTransactions存储当前提交事务请求的Clientif(client != 0 && gOpenTransactions.indexOf(client) < 0) {//Client是保存在全局变量gActiveConnections中的SurfaceComposerClient//对象，调用它的openTransaction。if (client->openTransaction() == NO_ERROR) {if (gOpenTransactions.add(client) < 0) {client->closeTransaction();}}......}}
}

上面是一个静态函数，内部调用了各个SurfaceComposerClient对象的openTranscation，代码如下所示：

SurfaceComposerClient.cpp

status_tSurfaceComposerClient::openTransaction(){if(mStatus != NO_ERROR)return mStatus;Mutex::Autolock _l(mLock);mTransactionOpen++; //一个计数值，用来控制事务的提交。if(mPrebuiltLayerState == 0) {mPrebuiltLayerState = new layer_state_t;}return NO_ERROR;}

layer_state_t是用来保存Surface的一些信息的，比如位置、宽、高等信息。实际上，调用的setPosition等函数，就是为了改变这个layer_state_t中的值。

2. setPosition的分析

上文说过，SFC中有一个layer_state_t对象用来保存Surface的各种信息。这里以setPosition为例，来看它的使用情况。这个函数是用来改变surface在屏幕上的位置的，代码如下所示：

android_View_Surface.cpp

static void Surface_setPosition(JNIEnv* env,jobject clazz, jint x, jint y){constsp<SurfaceControl>& surface(getSurfaceControl(env, clazz));if(surface == 0) return;status_t err = surface->setPosition(x, y);}

Surface.cpp

status_t SurfaceControl::setPosition(int32_t x,int32_t y) {constsp<SurfaceComposerClient>& client(mClient);status_t err = validate();if (err < 0) return err;//调用SurfaceComposerClient的setPosition函数returnclient->setPosition(mToken, x, y);}

SurfaceComposerClient.cpp

status_tSurfaceComposerClient::setPosition(SurfaceID id, int32_t x, int32_t y){layer_state_t* s = _lockLayerState(id); //找到对应的layer_state_tif(!s) return BAD_INDEX;s->what |= ISurfaceComposer::ePositionChanged;s->x = x;s->y = y;  //上面几句修改了这块layer的参数_unlockLayerState(); //该函数将unlock一个同步对象，其他没有做什么工作returnNO_ERROR;}

setPosition就是修改了layer_state_t中的一些参数，那么，这个状态是什么时候传递到SurfaceFlinger中的呢？

3. 分析closeTransaction

相信读者此时已明白为什么叫“事务”了。原来，在openTransaction和closeTransaction中可以有很多操作，然后由closeTransaction一次性地把这些修改提交到SF上，来看代码：

android_View_Surface.cpp

static void Surface_closeTransaction(JNIEnv*env, jobject clazz){SurfaceComposerClient::closeGlobalTransaction();}

SurfaceComposerClient.cpp

voidSurfaceComposerClient::closeGlobalTransaction()
{......
const size_t N = clients.size();
sp<ISurfaceComposer>sm(getComposerService());
//①先调用SF的openGlobalTransaction
sm->openGlobalTransaction();
for (size_t i=0; i<N; i++) {//②然后调用每个SurfaceComposerClient对象的closeTransactionclients[i]->closeTransaction();
}
//③最后调用SF的closeGlobalTransaction
sm->closeGlobalTransaction();
}

上面一共列出了三个函数，它们都是跨进程的调用，下面对其一一进行分析。

（1）SurfaceFlinger的openGlobalTransaction分析
这个函数其实很简单，略看就行了。

SurfaceFlinger.cpp

void SurfaceFlinger::openGlobalTransaction()
{android_atomic_inc(&mTransactionCount);//又是一个计数控制
}

（2）SurfaceComposerClient的closeTransaction分析
代码如下所示：

SurfaceComposerClient.cpp

status_tSurfaceComposerClient::closeTransaction()
{if(mStatus != NO_ERROR)return mStatus;Mutex::Autolock _l(mLock);......const ssize_t count = mStates.size();
if (count) {//mStates是这个SurfaceComposerClient中保存的所有layer_state_t数组，也就是//每个Surface一个。然后调用跨进程的setStatemClient->setState(count, mStates.array());mStates.clear();}return NO_ERROR;
}

BClient的setState，最终会转到SF的setClientState上，代码如下所示：

SurfaceFlinger.cpp

status_t SurfaceFlinger::setClientState(ClientIDcid, int32_t count,const layer_state_t*states)
{Mutex::Autolock _l(mStateLock);uint32_t flags = 0;cid<<= 16;for(int i=0 ; i<count ; i++) {const layer_state_t& s = states[i];sp<LayerBaseClient> layer(getLayerUser_l(s.surface | cid));if(layer != 0) {const uint32_t what = s.what;if (what & ePositionChanged) {if (layer->setPosition(s.x, s.y))//eTraversalNeeded表示需要遍历所有显示层flags |= eTraversalNeeded;}....if(flags) {setTransactionFlags(flags);//这里将会触发threadLoop的事件。}return NO_ERROR;
}

SurfaceFlinger.cpp

uint32_tSurfaceFlinger::setTransactionFlags(uint32_t flags, nsecs_t delay)
{uint32_t old = android_atomic_or(flags, &mTransactionFlags);if((old & flags)==0) {if(delay > 0) {signalDelayedEvent(delay);}else {signalEvent();  //设置完mTransactionFlags后，触发事件。}}return old;
}

（3）SurfaceFlinger的closeGlobalTransaction分析
来看代码：

SurfaceFlinger.cpp

void SurfaceFlinger::closeGlobalTransaction()
{if (android_atomic_dec(&mTransactionCount) ==1) {//注意下面语句的执行条件，当mTransactionCount变为零时才执行，这意味着
//openGlobalTransaction两次的话，只有最后一个closeGlobalTransaction调用
//才会真正地提交事务signalEvent();Mutex::Autolock _l(mStateLock);//如果这次事务涉及尺寸调整，则需要等一段时间while (mResizeTransationPending) {status_t err = mTransactionCV.waitRelative(mStateLock, s2ns(5));if (CC_UNLIKELY(err != NO_ERROR)) {mResizeTransationPending = false;break;}}}
}

关于事务的目的，相信读者已经比较清楚了：

• 就是将一些控制操作（例如setPosition）的修改结果，一次性地传递给SF进行处理。

那么，哪些操作需要通过事务来传递呢？通过查看Surface.h可以知道，下面这些操作需要通过事务来传递（这里只列出了几个经常用的函数）：setPosition、setAlpha、show/hide、setSize、setFlag等。

由于这些修改不像重绘那么简单，有时它会涉及其他的显示层，例如在显示层A的位置调整后，之前被A遮住的显示层B，现在可能变得可见了。对于这种情况，所提交的事务会设置eTraversalNeeded标志，这个标志表示要遍历所有显示层进行处理。关于这一点，来看工作线程中的事务处理。

4. 工作线程中的事务处理

还是从代码入手分析，如下所示：

SurfaceFlinger.cpp

bool SurfaceFlinger::threadLoop()
{waitForEvent();if(LIKELY(mTransactionCount == 0)) {const uint32_t mask = eTransactionNeeded | eTraversalNeeded;uint32_t transactionFlags = getTransactionFlags(mask);if(LIKELY(transactionFlags)) {handleTransaction(transactionFlags);}
}
...}

getTransactionFlags函数的实现蛮有意思，不妨看看其代码，如下所示：

SurfaceFlinger.cpp

uint32_t SurfaceFlinger::getTransactionFlags(uint32_tflags){//先通过原子操作去掉mTransactionFlags中对应的位。//而后原子操作返回的旧值和flags进行与操作return android_atomic_and(~flags,&mTransactionFlags) & flags;}

getTransactionFlags所做的工作不仅仅是get那么简单，它还设置了mTransactionFlags，从这个角度来看，getTransactionFlags这个名字有点名不副实。

接着来看最重要的handleTransaction函数，代码如下所示：

SurfaceFlinger.cpp

void SurfaceFlinger::handleTransaction(uint32_ttransactionFlags){Vector< sp<LayerBase> > ditchedLayers;{Mutex::Autolock _l(mStateLock);//调用handleTransactionLocked函数处理handleTransactionLocked(transactionFlags, ditchedLayers);}constsize_t count = ditchedLayers.size();for(size_t i=0 ; i<count ; i++) {if(ditchedLayers[i] != 0) {//ditch是丢弃的意思，有些显示层可能被hide了，所以这里做些收尾的工作ditchedLayers[i]->ditch();}}}

SurfaceFlinger.cpp

void SurfaceFlinger::handleTransactionLocked(uint32_t transactionFlags, Vector< sp<LayerBase> >&ditchedLayers){//这里使用了mCurrentState，它的layersSortedByZ数组存储了SF中所有的显示层constLayerVector& currentLayers(mCurrentState.layersSortedByZ);constsize_t count = currentLayers.size();constbool layersNeedTransaction = transactionFlags & eTraversalNeeded;//如果需要遍历所有显示的话。if(layersNeedTransaction) {for (size_t i=0 ; i<count ; i++) {const sp<LayerBase>& layer = currentLayers[i];uint32_t trFlags = layer->getTransactionFlags(eTransactionNeeded);if (!trFlags) continue;//调用各个显示层的doTransaction函数。constuint32_t flags = layer->doTransaction(0);if (flags & Layer::eVisibleRegion)mVisibleRegionsDirty = true;}}if(transactionFlags & eTransactionNeeded) {if(mCurrentState.orientation != mDrawingState.orientation) {//横竖屏如果发生切换，需要对应变换设置。const int dpy = 0;const int orientation = mCurrentState.orientation;const uint32_t type = mCurrentState.orientationType;GraphicPlane& plane(graphicPlane(dpy));plane.setOrientation(orientation);......}/*mLayersRemoved变量在显示层被移除的时候设置，例如removeLayer函数，这些函数也会触发handleTranscation函数的执行*/if(mLayersRemoved) {mLayersRemoved = false;mVisibleRegionsDirty = true;const LayerVector& previousLayers(mDrawingState.layersSortedByZ);const size_t count = previousLayers.size();for (size_t i=0 ; i<count ; i++) {const sp<LayerBase>& layer(previousLayers[i]);if (currentLayers.indexOf( layer ) < 0) {ditchedLayers.add(layer);mDirtyRegionRemovedLayer.orSelf(layer->visibleRegionScreen);}}}free_resources_l();}//提交事务处理，有必要进去看看。commitTransaction();}

每个显示层对事务的具体处理，都在它们的doTranscation函数中，读者若有兴趣，可进去看看。需要说明的是，每个显示层内部也有一个状态变量，doTransaction会更新这些状态变量。

回到上面的函数，最后它将调用commitTransaction提交事务，代码如下所示：

SurfaceFlinger.cpp

void SurfaceFlinger::commitTransaction(){//mDrawingState将使用更新后的mCurrentStatemDrawingState = mCurrentState;mResizeTransationPending = false;//触发一个条件变量，这样等待在closeGlobalTransaction函数中的线程可以放心地返回了。mTransactionCV.broadcast();}

8.5.4 SurfaceFlinger的总结

通过前面的分析，使我们感受了SurfaceFlinger的风采。从整体上看，SurfaceFlinger不如AudioFlinger复杂，它的工作集中在工作线程中，下面用图8-23来总线一下SF工作线程：

图8-23 SF工作线程的流程总结

8.6 拓展思考

本章的拓展思考分三个部分：

• 介绍SharedBufferServer和SharedBufferClient的工作流程。

• 关于ViewRoot一些问题的总结。

• LayerBuffer的工作原理分析。

8.6.1 Surface系统的CB对象分析

根据前文分析可知，Surface系统中的CB，其实是指SharedBuffer家族，它们是Surface系统中对生产者和消费者进行步调控制的中枢机构。先通过图8-24来观察整体的工作流程是怎样的。

图8-24 SharedBuffer家族使用流程

为书写方便起见，我们简称：

• SharedBufferServer为SBS。

• SharedBufferClient为SBC。

• SharedBufferStack为SBT。

其中SBC和SBS都是建立在同一个SBT上的，所以应先看SBT，下面代码列出了其中几个与读写控制有关的成员变量：

SharedBufferStack.h

class SharedBufferStack{....../*虽然PageFlipping使用Front和Back两个Buffer就可以了，但是SBT的结构和相关算法是支持多个缓冲的。另外，缓冲是按照块来获取的，也就是一次获得一块缓冲，每块缓冲用一个编号表示（这一点在之前的分析已经介绍过了）。*/int32_t head;      int32_tavailable; //当前可用的空闲缓冲个数int32_t queued;    //SBC投递的脏缓冲个数int32_tinUse;  //SBS当前正在使用的缓冲编号......//上面这几个参数联合SBC中的tail，我称之为控制参数。}

SBT创建好后，下面就是SBS和SBC的创建了，它们会做什么特殊工作吗？

1. SBS和SBC的创建

下面分别看SBS和SBC的创建，代码如下所示：

SharedBufferStack.cpp

SharedBufferServer::SharedBufferServer(SharedClient*sharedClient,int surface, int num, int32_t identity):SharedBufferBase(sharedClient, surface, num, identity){mSharedStack->init(identity);//这个函数将设置inUse为-1//下面设置SBT中的参数，我们关注前三个mSharedStack->head = num-1;mSharedStack->available = num;mSharedStack->queued = 0;//设置完后，head=2-1=1,available=2,queued=0，inUse=-1mSharedStack->reallocMask = 0;memset(mSharedStack->dirtyRegion, 0,sizeof(mSharedStack->dirtyRegion));}

再看SBC的创建，代码如下所示：

SharedBufferStack.cpp

SharedBufferClient::SharedBufferClient(SharedClient*sharedClient,int surface, int num, int32_t identity):SharedBufferBase(sharedClient, surface, num, identity), tail(0){tail =computeTail(); //tail是SBC定义的变量，注意它不是SBT定义的。}

看computeTail函数的代码：

SharedBufferStack.cpp

int32_t SharedBufferClient::computeTail() const{SharedBufferStack& stack( *mSharedStack );int32_t newTail;int32_t avail;int32_t head;do {avail = stack.available; //available=2,head=1head = stack.head;}while (stack.available != avail);newTail = head - avail + 1;//newTail=1-2+1=0if(newTail < 0) {newTail += mNumBuffers;} elseif (newTail >= mNumBuffers) {newTail -= mNumBuffers;}return newTail;//计算得到newTail=0}

来看在SBC和SBS创建后，控制参数的变化，如图8-25所示：

图8-25 SBC/SBS创建后的示意图

2. SBC端流程的分析

下面看SBC端的工作流程。

（1）dequeue分析
先看SBC的dequeue函数：

SharedBufferStack.cpp

ssize_t SharedBufferClient::dequeue(){SharedBufferStack& stack( *mSharedStack );......//DequeueCondition函数对象DequeueCondition condition(this);status_t err = waitForCondition(condition);//成功以后，available减1，表示当前可用的空闲buffer只有1个if (android_atomic_dec(&stack.available) == 0) {......}int dequeued = tail; //tail值为0，所以dequeued的值为0。//tail加1。如果超过2，则重新置为0，这表明tail的值在0,1间循环。tail =((tail+1 >= mNumBuffers) ? 0 : tail+1);......//返回的这个dequeued值为零，也就是tail加1操作前的旧值。这一点请读者务必注意。returndequeued;}

其中DequeueCondition的操作函数很简单，代码如下所示：

bool SharedBufferClient::DequeueCondition::operator()(){returnstack.available > 0;//只要available大于0就算满足条件，第一次进来肯定满足}

用图8-26来表示dequeue的结果：

图8-26 dequeue结果图

注意，在上图中，0号缓冲用虚线表示，SBC的dequeue函数的返回值用dequeued表示，它指向这个0号缓冲。正如代码中注释的那样，由于dequeued的值用的是tail的旧值，而tail是SBC定义的变量，不是SBT定义的变量，所以tail在SBS端是不可见的。这就带来了一个潜在危险，即0号缓冲不能保证当前是真正空闲的，因为SBS可能正在用它，怎么办？试看下面的lock。

（2）lock的分析
lock使用了LockCondition，其中传入的参数buf的值为0，也就是上图中的dequeue的值，代码如下所示：

SharedBufferStack.cpp

status_t SharedBufferClient::lock(int buf){LockCondition condition(this, buf);status_terr = waitForCondition(condition);returnerr;}

看LockCondition的()函数：

boolSharedBufferClient::LockCondition::operator()() {/*这个条件其实就是判断编号为buf的Buffer是不是被使用了。buf值为0，head值为1，queued为0，inUse为-1*/return(buf != stack.head ||(stack.queued > 0 && stack.inUse!= buf));}

现在可以知道为什么SBC需要调用dequeue和lock函数了吗？原来：

• dequeue只是根据本地变量tail计算一个本次应当使用的Buffer编号，其实也就是在0,1之间循环。上次用0号缓冲，那么这次就用1号缓冲。

• lock函数要确保这个编号的Buffer没有被SF当做FrontBuffer使用。

（3）queue的分析
Activity端在绘制完UI后，将把BackBuffer投递出去以显示。接着上面的流程，这个BackBuffer的编号是0。待Activity投递完后，才会调用signal函数触发SF消费，所以在此之前格局不会发生变化。试看投递用的queue函数，注意传入的buf参数为0，代码如下所示：

SharedBufferStack.cpp

status_t SharedBufferClient::queue(int buf){QueueUpdate update(this);status_t err = updateCondition( update );......returnerr;}//直接看这个QueueUpdate函数对象ssize_tSharedBufferClient::QueueUpdate::operator()() {android_atomic_inc(&stack.queued);//queued增加1，现在该值由零变为1returnNO_ERROR;}

至此，SBC端走完一个流程了，结果是什么？如图8-27所示：

图8-27 queue结果图

0号缓冲被移到queue的区域了，可目前还没有变量指向它。假设SBC端此后没有绘制UI的需求，那么它就会沉默一段时间。

3. SBS端的分析

SBS的第一个函数是retireAndLock，它使用了RetireUpdate函数对象，代码如下所示：

SharedBufferStack.cpp

ssize_t SharedBufferServer::retireAndLock(){RetireUpdate update(this, mNumBuffers);ssize_t buf = updateCondition( update );returnbuf;}

这个RetireUpdate对象的代码如下所示：

ssize_tSharedBufferServer::RetireUpdate::operator()() {//先取得head值，为1int32_t head = stack.head;//inUse被设置为1。表明要使用1吗？目前的脏缓冲应该是0才对android_atomic_write(head, &stack.inUse);int32_tqueued;do {queued = stack.queued; //queued目前为1if(queued == 0) {return NOT_ENOUGH_DATA;}//下面这个原子操作使得stack.queued减1.}while (android_atomic_cmpxchg(queued, queued-1, &stack.queued));//while循环退出后，queued减1，又变为0。//head值也在0,1间循环，现在head值变为0了head =((head+1 >= numBuffers) ? 0 : head+1);//inUse被设置为0android_atomic_write(head, &stack.inUse);// head值被设为0android_atomic_write(head, &stack.head);// available加1，变成2.android_atomic_inc(&stack.available);returnhead;//返回0}

retireAndLock的结果是什么呢？看看图8-28就知道了。

图8-28 retireAndLock结果图

注意上面的available区域，1号缓冲右边的0号缓冲是用虚线表示的，这表示该0号缓冲实际上并不存在于available区域，但available的个数却变成2了。这样不会出错吗？当然不会，因为SBC的lock函数要确保这个缓冲没有被SBS使用。

我们来看SBS端最后一个函数，它调用了SBS的unlock，这个unlock使用了UnlockUpdate函数对象，就直接了解它好了，代码如下所示：

SharedBufferStack.cpp

ssize_t SharedBufferServer::UnlockUpdate::operator()() {......android_atomic_write(-1, &stack.inUse);//inUse被设置为-1return NO_ERROR;
}

unlock后最终的结果是什么呢？如图8-29所示：

图8-29 unlock结果图

比较一下图8-29和图8-25，可能会发现两图中tail和head刚好反了，这就是PageFlip。另外，上面的函数大量使用了原子操作。原子操作的目的就是为了避免锁的使用。值得指出的是，updateConditon函数和waitForCondition函数都使用了Mutex，也就是说，上面这些函数对象又都是在Mutex锁的保护下执行的，为什么会这样呢？先来看一段代码：

像下面这样的代码，如果有锁控制的话根本用不着一个while循环，因为有锁的保护，没有其他线程

能够修改stack.queued的值，所以用while来循环判断android_atomic_cmpxchg没有什么意义。

     int32_t queued;do {queued = stack.queued;if(queued == 0) {return NOT_ENOUGH_DATA;}} while (android_atomic_cmpxchg(queued, queued-1, &stack.queued));

对于上面这个问题，我目前还不知道答案，但对其也进行了修改，把函数对象放在锁外执行，结果在真机上运行没有出现任何异常现象。也许Google或哪位读者能给这个问题一个较好的解释。

为什么我对生产/消费的同步控制如此感兴趣呢？这和自己工作的经历有些关系。因为之前曾做过一个单写多读的跨进程缓冲类，也就是一个生产者，多个消费者。为了保证正确性和一定的效率，我们在算法上曾做了很多改进，但还是大量使用了锁，所以我很好奇Google是怎么做到的，这也体现了一个高手的内功修养。要是由读者自己来实现，结果会怎样呢？

8.6.2 ViewRoot的你问我答

ViewRoot是Surfac系统甚至UI系统中一个非常关键的类，下面把网上一些关于ViewRoot的问题做个总结，希望这样能帮助读者对ViewRoot有更加清楚的认识。

• ViewRoot和View类的关系是什么？

  • ViewRoot是View视图体系的根。每一个Window（注意是Window，比如PhoneWindow）有一个ViewRoot，它的作用是处理layout和View视图体系的绘制。那么视图体系又是什么呢？它包括Views和ViewGroups，也就是SDK中能看到的View类都属于视图体系。根据前面的分析可知，这些View是需要通过draw画出来的。而ViewRoot就是用来draw它们的，ViewRoot本身没有draw/onDraw函数。

• ViewRoot和它所控制的View及其子View使用同一个Canvas吗？

  • 这个问题的答案就很简单了，我们在ViewRoot的performTraversals中见过。ViewRoot提供Canvas给它所控制的View，所以它们使用同一个Canvas。但Canvas使用的内存却不是固定的，而是通过Surface的lockCanvas得到的。

• View、Surface和Canvas之间的关系是怎样的？我认为，每一个view将和一个canvas，以及一个surface绑定到一起（这里的“我”表示提问人）。

  • 这个问题的答案也很简单。一个Window将和一个Surface绑定在一起，绘制前ViewRoot会从Surface中lock出一个Canvas。

• Canvas有一个bitmap，那么绘制UI时，数据是画在Canvas的这个bitmap中吗？

  • 答案是肯定的，bitmap实际上包括了一块内存，绘制的数据最终都在这块内存上。

• 同一个ViewRoot下，不同类型的View（不同类型指不同的UI单元，例如按钮、文本框等）使用同一个Surface吗？

  • 是的，但是SurfaceView要除外。因为SurfaceView的绘制一般在单独的线程上，并且由应用层主动调用lockCanvas、draw和unlockCanvasAndPost来完成绘制流程。应用层相当于抛开了ViewRoot的控制，直接和屏幕打交道，这在camera、video方面用得最多。

8.6.3 LayerBuffer的分析

前面介绍了Normal属性显示层中的第一类Layer，这里将介绍其中的第二类LayerBuffer。LayerBuffer会在视频播放和摄像机预览等场景中用到，就以Camera的preView（预览）为例，来分析LayerBuffer的工作原理。

1. LayerBuffer的创建

先看LayerBuffer的创建，它通过SF的createPushBuffersSurfaceLocked得到，代码如下所示：

SurfaceFlinger.cpp

sp<LayerBaseClient> SurfaceFlinger::createPushBuffersSurfaceLocked(const sp<Client>& client, DisplayID display,int32_t id, uint32_t w, uint32_t h, uint32_t flags)
{sp<LayerBuffer> layer = new LayerBuffer(this, display, client,id);layer->initStates(w, h, flags);addLayer_l(layer);return layer;
}

LayerBuffer的派生关系，如图8-30所示：

图8-30 LayerBuffer的派生关系示意图

从上图中可以发现：

• LayerBuffer定义了一个内部类Source类，它有两个派生类BufferSource和OverlaySource。根据它们的名字，可以猜测到Source代表数据的提供者。
• LayerBuffer中的mSurface其真实类型是SurfaceLayerBuffer。

LayerBuffer创建好了，不过该怎么用呢？和它相关的调用流程是怎样的呢？下面来分析Camera。

2. Camera preView的分析

Camera是一个单独的Service，全称是CameraService，先看CameraService的registerPreviewBuffers函数。这个函数会做什么呢？代码如下所示：

CameraService.cpp

status_t CameraService::Client::registerPreviewBuffers()
{int w, h;CameraParameters params(mHardware->getParameters());params.getPreviewSize(&w, &h);/*①mHardware代表Camera设备的HAL对象。本书讨论CameraHardwareStub设备，它其实是一个虚拟的设备，不过其代码却具有参考价值。BufferHeap定义为ISurface的内部类，其实就是对IMemoryHeap的封装*/ISurface::BufferHeapbuffers(w, h, w, h,HAL_PIXEL_FORMAT_YCrCb_420_SP,mOrientation,0,mHardware->getPreviewHeap());//②调用SurfaceLayerBuffer的registerBuffers函数。status_t ret = mSurface->registerBuffers(buffers);return ret;
}

上面代码中列出了两个关键点，逐一来分析它们。

（1）创建BufferHeap
BufferHeap是ISurface定义的一个内部类，它的声明如下所示：

ISurface.h

 classBufferHeap {public:......//使用这个构造函数BufferHeap(uint32_t w, uint32_t h,int32_t hor_stride, int32_t ver_stride,PixelFormat format, const sp<IMemoryHeap>& heap);......~BufferHeap();uint32_t w;uint32_t h;int32_t hor_stride;int32_t ver_stride;PixelFormat format;uint32_t transform;uint32_t flags;sp<IMemoryHeap> heap; //heap指向真实的存储对象};

从上面代码中可发现，BufferHeap基本上就是封装了一个IMemoryHeap对象，根据我们对IMemoryHeap的了解，它应该包含了真实的存储对象，这个值由CameraHardwareStub对象的getPreviewHeap得到，这个函数的代码如下所示：

CameraHardwareStub.cpp

sp<IMemoryHeap>CameraHardwareStub::getPreviewHeap() const
{return mPreviewHeap;//返回一个成员变量，它又是在哪创建的呢？
}//上面的mPreivewHeap对象由initHeapLocked函数创建，该函数在HAL对象创建的时候被调用
void CameraHardwareStub::initHeapLocked()
{....../*创建一个MemoryHeapBase对象，大小是mPreviewFrameSize * kBufferCount,其中kBufferCount为4。注意这是一段连续的缓冲。*/mPreviewHeap= new MemoryHeapBase(mPreviewFrameSize * kBufferCount);//mBuffer为MemoryBase数组，元素为4for (inti = 0; i < kBufferCount; i++) {mBuffers[i] = new MemoryBase(mPreviewHeap,i * mPreviewFrameSize, mPreviewFrameSize);}
}

从上面这段代码中可以发现，CameraHardwareStub对象创建的用于preView的内存结构是按图8-31所示的方式来组织的：

图8-31 CameraHardwareStub用于preView的内存结构图

其中：

• BufferHeap的heap变量指向一块MemoryHeap，这就是mPreviewHeap。
• 在这块MemoryHeap上构建了4个MemoryBase。

（2）registerBuffers的分析
BufferHeap准备好后，要调用ISurface的registerBuffers函数，ISurface在SF端的真实类型是SurfaceLayerBuffer，所以要直接看它的实现，代码如下所示：

LayerBuffer.cpp

status_t LayerBuffer::SurfaceLayerBuffer::registerBuffers(const ISurface::BufferHeap& buffers)
{sp<LayerBuffer> owner(getOwner());if (owner != 0)//调用外部类对象的registerBuffers，所以SurfaceLayerBuffer也是一个Proxy哦。return owner->registerBuffers(buffers);return NO_INIT;
}
//外部类是LayerBuffer，调用它的registerBuffers函数
status_t LayerBuffer::registerBuffers(constISurface::BufferHeap& buffers)
{Mutex::Autolock _l(mLock);//创建数据的来源BufferSource，注意我们其实把MemoryHeap设置上去了sp<BufferSource> source = new BufferSource(*this, buffers);status_t result = source->getStatus();if(result == NO_ERROR) {mSource = source;//保存这个数据源为mSource。}return result;
}

BufferSource，曾在图8-30中见识过，它内部有一个成员变量mBufferHeap指向传入的buffers参数，所以registerBuffers过后，就得到了图8-32：

图8-32 registerBuffers的结果示意图

请注意上图的箭头指向，不论中间有多少层封装，最终的数据存储区域还是mPreivewHeap。

3．数据的传输

至此，Buffer在SF和Camera两端都准备好了，那么数据是怎么从Camera传递到SF的呢？先来看数据源是怎么做的。

（1）数据传输的分析
CameraHardwareStub有一个preview线程，这个线程会做什么呢？代码如下所示：

CameraHardwareStub.cpp

//preview线程从Thread类派生，下面这个函数在threadLoop中循环调用
int CameraHardwareStub::previewThread()
{mLock.lock();//每次进来mCurrentPreviewFrame都会加1ssize_t offset = mCurrentPreviewFrame * mPreviewFrameSize;sp<MemoryHeapBase> heap = mPreviewHeap;FakeCamera* fakeCamera = mFakeCamera;//虚拟的摄像机设备//从mBuffers中取一块内存，用于接收来自硬件的数据sp<MemoryBase>buffer = mBuffers[mCurrentPreviewFrame];mLock.unlock();if(buffer != 0) {intdelay = (int)(1000000.0f / float(previewFrameRate));void *base = heap->base();//base是mPreviewHeap的起始位置//下面这个frame代表buffer在mPreviewHeap中的起始位置，还记得图8-31吗？//四块MemoryBase的起始位置由下面这个代码计算得来uint8_t *frame = ((uint8_t *)base) + offset;//取出一帧数据，放到对应的MemoryBase中fakeCamera->getNextFrameAsYuv422(frame);//①把含有帧数据的buffer传递到上层if(mMsgEnabled & CAMERA_MSG_PREVIEW_FRAME)mDataCb(CAMERA_MSG_PREVIEW_FRAME, buffer, mCallbackCookie);//mCurrentPreviewFrame 递增，在0到3之间循环mCurrentPreviewFrame = (mCurrentPreviewFrame + 1) % kBufferCount;usleep(delay);//模拟真实硬件的延时}return NO_ERROR;
}

读者是否明白Camera preview的工作原理了？就是从四块内存中取一块出来接收数据，然后再把这块内存传递到上层去处理。从缓冲使用的角度来看，mBuffers数组构成了一个成员个数为四的缓冲队列。preview通过mData这个回调函数，把数据传递到上层，而CameraService实现了mData这个回调函数，这个回调函数最终会调用handlePreviewData，直接看handlePreviewData即可，代码如下所示：

CameraService.cpp

voidCameraService::Client::handlePreviewData(const sp<IMemory>& mem)
{ ssize_t offset;size_t size;//注意传入的mem参数，它实际上是Camera HAL创建的mBuffers数组中的一个//offset返回的是这个数组在mPreviewHeap中的偏移量sp<IMemoryHeap> heap = mem->getMemory(&offset, &size);if (!mUseOverlay){Mutex::Autolock surfaceLock(mSurfaceLock);if(mSurface != NULL) {//调用ISurface的postBuffer，注意我们传入的参数是offset。mSurface->postBuffer(offset);}}......
}

上面的代码是什么意思？我们到底给ISurface传什么了？答案很明显：

• handlePreviewData就是传递了一个偏移量，这个偏移量是mBuffers数组成员的首地址。可用图8-33来表示：

图8-33 handlePreviewData示意图

有了图8-33，读者明白数据传递的工作原理了吗？

下面看SurfaceLayerBuffer的postBuffer函数，不过它只是一个小小的代理，真正的工作由外部类LayerBuffer完成，直接看它好了，代码如下所示：

LayerBuffer.cpp

void LayerBuffer::postBuffer(ssize_t offset)
{sp<Source> source(getSource());//getSource返回mSource，为BufferSource类型if(source != 0)source->postBuffer(offset);//调用BufferSource的postBuffer函数。
}

LayerBuffer.cpp

void LayerBuffer::BufferSource::postBuffer(ssize_t offset)
{   ISurface::BufferHeap buffers;{Mutex::Autolock _l(mBufferSourceLock);buffers = mBufferHeap;//还记得图8-32吗？if(buffers.heap != 0) {//BufferHeap的heap变量指向MemoryHeap,下面取出它的大小const size_t memorySize = buffers.heap->getSize();//做一下检查，判断这个offset是不是有问题if ((size_t(offset) + mBufferSize) > memorySize) {LOGE("LayerBuffer::BufferSource::postBuffer() ""invalid buffer(offset=%d, size=%d, heap-size=%d",int(offset),int(mBufferSize), int(memorySize));return;}}}sp<Buffer> buffer;if (buffers.heap != 0) {//创建一个LayerBuffer::Bufferbuffer = new LayerBuffer::Buffer(buffers, offset, mBufferSize);if(buffer->getStatus() != NO_ERROR)buffer.clear();setBuffer(buffer);//setBuffer？我们要看看//mLayer就是外部类LayerBuffer，调用它的invalidate函数将触发SF的重绘mLayer.invalidate();}
}void LayerBuffer::BufferSource::setBuffer(
const sp<LayerBuffer::Buffer>& buffer)
{//setBuffer函数就是简单地将new出来的Buffer设置给成员变量mBuffer，这么做会有问题吗？Mutex::Autolock_l(mBufferSourceLock);mBuffer = buffer; //将新的buffer设置为mBuffer，mBuffer原来指向的那个被delete
}

从数据生产者角度看，postBuffer函数将不断地new一个Buffer出来，然后将它赋值给成员变量mBuffer，也就是说，mBuffer会不断变化。现在从缓冲的角度来思考一下这种情况的结果：

• 数据生产者有一个含四个成员的缓冲队列，也就是mBuffers数组。
• 而数据消费者只有一个mBuffer。

这种情况会有什么后果呢？请记住这个问题，我们到最后再来揭示。下面先看mBuffer的类型Buffer是什么。

（2）数据使用的分析
Buffer被定义成LayerBuffer的内部类，代码如下所示：

LayerBuffer.cpp

LayerBuffer::Buffer::Buffer(constISurface::BufferHeap& buffers,ssize_t offset, size_t bufferSize):mBufferHeap(buffers), mSupportsCopybit(false)
{//注意，这个src被定义为引用，所以修改src的信息相当于修改mNativeBuffer的信息NativeBuffer& src(mNativeBuffer);src.crop.l = 0;src.crop.t = 0;src.crop.r = buffers.w;src.crop.b = buffers.h;src.img.w       =buffers.hor_stride ?: buffers.w;src.img.h       =buffers.ver_stride ?: buffers.h;src.img.format  = buffers.format;//这个base将指向对应的内存起始地址src.img.base    =(void*)(intptr_t(buffers.heap->base()) + offset);src.img.handle  = 0;gralloc_module_tconst * module = LayerBuffer::getGrallocModule();//做一些处理，有兴趣的读者可以去看看。if(module && module->perform) {int err = module->perform(module,GRALLOC_MODULE_PERFORM_CREATE_HANDLE_FROM_BUFFER,buffers.heap->heapID(), bufferSize,offset, buffers.heap->base(),&src.img.handle);mSupportsCopybit = (err == NO_ERROR);}}

上面是Buffer的定义，其中最重要的就是这个mNativeBuffer了，它实际上保存了mBuffers数组成员的首地址。

下面看绘图函数，也就是LayerBuffer的onDraw函数，这个函数由SF的工作线程调用，代码如下所示：

LayerBuffer.cpp

void LayerBuffer::onDraw(const Region& clip)const
{sp<Source> source(getSource());if(LIKELY(source != 0)) {source->onDraw(clip);//source实际类型是BufferSource，我们去看看。} else{clearWithOpenGL(clip);}
}void LayerBuffer::BufferSource::onDraw(constRegion& clip) const
{sp<Buffer> ourBuffer(getBuffer());......//使用这个Buffer，注意使用的时候没有锁控制mLayer.drawWithOpenGL(clip, mTexture);//生成一个贴图，然后绘制它}

其中getBuffer函数返回mBuffer，代码如下所示：

sp<LayerBuffer::Buffer>LayerBuffer::BufferSource::getBuffer() const
{Mutex::Autolock _l(mBufferSourceLock);returnmBuffer;
}

从上面的代码中能发现，mBuffer的使用并没有锁的控制，这会导致什么问题发生呢？请再次回到前面曾强调要记住的那个问题。此时生产者的队列有四个元素，而消费者的队列只有一个元素，它可用图8-34来表示：

图8-34 数据传递的问题示意图

从上图可以知道：

• 使用者使用mBuffer，这是在SF的工作线程中做到的。假设mBuffer实际指向的内存为mBuffers[0]。
• 数据生产者循环更新mBuffers数组各个成员的数据内容，这是在另外一个线程中完成的。由于这两个线程之间没有锁同步，这就造成了当使用者还在使用mBuffers[0]时，生产者又更新了mBuffers[0]。这会在屏幕上产生混杂的图像。

经过实际测试得知，如果给数据使用端加上一定延时，屏幕就会出现不连续的画面，即前一帧和后一帧的数据混杂在一起输出。

从代码的分析来看，这种方式确实有问题。我在真实设备上测试的结果，也在一定程度上验证了这一点。通过修改LayerBuffer来解决这问题的难度比较大，是否可在读写具体缓存时加上同步控制呢（例如使用mBuffers[0]的时候调用一下lock，用完后调用unlock）？这样就不用修改LayerBuffer了。读者可再深入研究这个问题。

8.7 本章小结

本章可能是全书难度最大的一章了。在这一章的讲解中，我们把打通任督二脉做为破解Surface系统的突破口：

• 应用程序和Surface的关系，这是任脉。
• Surface和SurfaceFlinger的关系，这是督脉。

其中，打通任脉的过程是比较曲折的，从应用程序的Activity开始，一路追踪到ViewRoot、WindowManagerService。任脉被打通后，还只是解决了Java层的问题，而督脉则集中在Native层。在必杀技aidl工具的帮助下，我们首先成功找到了Surface乾坤大挪移的踪迹。此后在精简流程方法的帮助下，乘胜追击，对Surface以及SurfaceFlinger进行了深入分析。我希望读者在阅读过程中，也要把握流程，这样就不至于迷失在代码中了。

在拓展部分，对Surface系统中CB对象的工作流程、ViewRoot的一些问题、以及LayerBuffer进行了较为详细的介绍。

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