Android 12(S) 图像显示系统 - 简单聊聊 SurfaceView 与 BufferQueue的关联（十三）

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必读：

Android 12(S) 图像显示系统 - 开篇

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一、前言

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前面的文章中，讲解的内容基本都是从我们提供的一个 native demo Android 12(S) 图形显示系统 - 示例应用（二）  来谈起的。实际中，我们更多的是基于 application framework 的 java api 来进行开发工作。从事音视频等工作比较常用的就是 SurfaceView了。SurfaceView 其优秀的特性让其广泛的应用在 Android 的视频、游戏、摄像头等开发领域，这篇文章我们就简单聊一聊 SurfaceView，看看它是如何同我们前面分析的图形显示逻辑关联起来的。

 

二、涉及的组件及源码位置

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Android framework 层提供了丰富的图形显示的高级别组件，本文中涉及的组件我们列于下面：

组件	源码位置
SurfaceView	Java	/frameworks/base/core/java/android/view/SurfaceView.java
	JNI	无
SurfaceControl	Java	/frameworks/base/core/java/android/view/SurfaceControl.java
	JNI	/frameworks/base/core/jni/android_view_SurfaceControl.cpp
Surface	Java	/frameworks/base/core/java/android/view/Surface.java
	JNI	/frameworks/base/core/jni/android_view_Surface.cpp
BLASTBufferQueue	Java	/frameworks/base/graphics/java/android/graphics/BLASTBufferQueue.java
	JNI	/frameworks/base/core/jni/android_graphics_BLASTBufferQueue.cpp

 

可以看到这些高级别组件都有JNI串接到native code。从组件的名字也可以看出，这些组件肯定和我们前面文章中讲到的native层的Surface/SurfaceControl/BLASTBufferQueue 冥冥中有某些联系。

 

三、SurfaceView和BufferQueue的关联

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关于SurfaceView如何创建的，我们不做讲解，感兴趣的可以去网络上搜索相关信息即可。比如这篇文章：Android SurfaceView原理分析

我们直接进入我们关注的内容：java层的 SurfaceView 是如何与 native 层的 buffer queue 关联并协同工作的呢？

 

应用创建SurfaceView后，会调用到到updateSurface方法，我们看一下这个方法中主要做了哪些工作：

protected void updateSurface() {
    // 中间省略的基本都是些参数的初始化或状态的获取与判断
    if (判断在 创建、格式发生变化、size变化等情况下要做什么) {
        // 中间省略一些 设置 宽、高、格式等信息的代码
        if (creating) {
            final String name = "SurfaceView[" + viewRoot.getTitle().toString() + "]";
            // mUseBlastAdapter 默认是 true
            if (mUseBlastAdapter) {
                // 第一次需要创建时调用到 createBlastSurfaceControls
                createBlastSurfaceControls(viewRoot, name);
            } else {
                // 如果不使用BlastAdapter则调用 createSurfaceControls
                mDeferredDestroySurfaceControl = createSurfaceControls(viewRoot, name);
            }
         }

        ...
        copySurface(creating /* surfaceControlCreated */, sizeChanged);
        ...
        // 后面省略 callback 的逻辑
}

 

第一次创建时调用到createBlastSurfaceControls，在createBlastSurfaceControls中可以看到会去创建3个SurfaceControl，请看主要代码：

private void createBlastSurfaceControls(ViewRootImpl viewRoot, String name) {
    if (mSurfaceControl == null) {
        mSurfaceControl = new SurfaceControl.Builder(mSurfaceSession) // 创建SurfaceControl - 1
                .setName(name)
                .setLocalOwnerView(this)
                .setParent(viewRoot.getBoundsLayer())
                .setCallsite("SurfaceView.updateSurface")
                .setContainerLayer()
                .build();
    }

    if (mBlastSurfaceControl == null) {
        mBlastSurfaceControl = new SurfaceControl.Builder(mSurfaceSession)// 创建SurfaceControl - 2
                .setName(name + "(BLAST)")
                .setLocalOwnerView(this)
                .setParent(mSurfaceControl)
                .setFlags(mSurfaceFlags)
                .setHidden(false)
                .setBLASTLayer()
                .setCallsite("SurfaceView.updateSurface")
                .build();
    } else {
        // update blast layer
        mTmpTransaction
                .setOpaque(mBlastSurfaceControl, (mSurfaceFlags & SurfaceControl.OPAQUE) != 0)
                .setSecure(mBlastSurfaceControl, (mSurfaceFlags & SurfaceControl.SECURE) != 0)
                .show(mBlastSurfaceControl)
                .apply();
    }

    if (mBackgroundControl == null) {
        mBackgroundControl = createBackgroundControl(name);// 创建SurfaceControl - 3
    }

    // Always recreate the IGBP for compatibility. This can be optimized in the future but
    // the behavior change will need to be gated by SDK version.
    if (mBlastBufferQueue != null) {
        mBlastBufferQueue.destroy();
    }
    mTransformHint = viewRoot.getSurfaceTransformHint();
    mBlastSurfaceControl.setTransformHint(mTransformHint); 
        
    // 创建 BLASTBufferQueue
    mBlastBufferQueue = new BLASTBufferQueue(name, mBlastSurfaceControl, mSurfaceWidth,
            mSurfaceHeight, mFormat);
}

 

在createBlastSurfaceControls中可以看到会去创建3个SurfaceControl：

♦ mSurfaceControl ： 名字是 "SurfaceView[" + viewRoot.getTitle().toString() + "]" 

♦ mBlastSurfaceControl ： 名字是 "SurfaceView[" + viewRoot.getTitle().toString() + "]" + "(BLAST)" 

♦ mBackgroundControl ： 名字是 "Background for " + "SurfaceView[" + viewRoot.getTitle().toString() + "]"

 

而且三者之间的关系：mSurfaceControl 是 mBlastSurfaceControl 和 mBackgroundControl 的 parent

♦ mSurfaceControl.setParent(viewRoot.getBoundsLayer()) 

♦ mBlastSurfaceControl.setParent(mSurfaceControl) 

♦ mBackgroundControl.setParent(mSurfaceControl)

 

最后还有一句最重要的创建 BLASTBufferQueue：

mBlastBufferQueue = new BLASTBufferQueue(name, mBlastSurfaceControl, mSurfaceWidth,
          mSurfaceHeight, mFormat);

 

我们分别看看创建 SurfaceControl 和 创建 BLASTBufferQueue 都具体做了什么？

创建 SurfaceControl 做了什么？

先看看构造函数：

private SurfaceControl(SurfaceSession session, String name, int w, int h, int format, int flags,
    SurfaceControl parent, SparseIntArray metadata, WeakReference<View> localOwnerView,
    String callsite)
            throws OutOfResourcesException, IllegalArgumentException {

    mNativeObject = nativeCreate(session, name, w, h, format, flags,
                parent != null ? parent.mNativeObject : 0, metaParcel);
}

构造函数中除了记录处理一些基本信息外，最重要的就是调用了 nativeCreate 方法，这个方法会走到JNI中去：

static jlong nativeCreate(JNIEnv* env, jclass clazz, jobject sessionObj,
        jstring nameStr, jint w, jint h, jint format, jint flags, jlong parentObject,
        jobject metadataParcel) {

    sp<SurfaceComposerClient> client; // 获取SurfaceComposerClient，建立和SurfaceFlinger的通信
    if (sessionObj != NULL) {
        client = android_view_SurfaceSession_getClient(env, sessionObj);
    } else {
        client = SurfaceComposerClient::getDefault();
    }
    SurfaceControl *parent = reinterpret_cast<SurfaceControl*>(parentObject);
    sp<SurfaceControl> surface;

    sp<IBinder> parentHandle; // 是否有parent layer
    if (parent != nullptr) {
        parentHandle = parent->getHandle();
    }
    // 创建surface & layer
    status_t err = client->createSurfaceChecked(String8(name.c_str()), w, h, format, &surface,
                                                flags, parentHandle, std::move(metadata));

    surface->incStrong((void *)nativeCreate);
    return reinterpret_cast<jlong>(surface.get()); // 将surface的地址、指针返回给 java object 保存
}

上述的代码流程是不是很熟悉，nativeCreate中做的事情类似我们前面文章中分析过的。

Android 12(S) 图形显示系统 - 应用建立和SurfaceFlinger的沟通桥梁（三）

Android 12(S) 图形显示系统 - createSurface的流程（五）

JNI层中呼叫SurfaceFlinger创建surface，就是创建一个native SurfaceControl对象，然后把这个对象的地址返回给 java surfacecontrol 对象，保存到它的成员 mNativeObject 中。这样子 Java 层的 SurfaceControl 对象就和 native 层的 SurfaceControl 对象关联在了一起，在java层对SurfaceControl 进行操作本质就是经JNI操作native 层的 SurfaceControl 对象。

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本文作者@二的次方  2022-03-25 发布于博客园

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创建 BLASTBufferQueue 做了什么？

同样先看构造函数

    public BLASTBufferQueue(String name, SurfaceControl sc, int width, int height,
            @PixelFormat.Format int format) {
        mNativeObject = nativeCreate(name, sc.mNativeObject, width, height, format);
    }

也是去调用了 nativeCreate，在JNI层去创建了 native BLASTBufferQueue对象

static jlong nativeCreate(JNIEnv* env, jclass clazz, jstring jName, jlong surfaceControl,
                          jlong width, jlong height, jint format) {
    std::string name = str8.string();
    sp<BLASTBufferQueue> queue =  // 创建native BLASTBufferQueue对象
            new BLASTBufferQueue(name, reinterpret_cast<SurfaceControl*>(surfaceControl), width,
                                 height, format);
    queue->incStrong((void*)nativeCreate);
    return reinterpret_cast<jlong>(queue.get());// 返回BLASTBufferQueue地址给java object保存
}

同样也是把native BLASTBufferQueue对象的地址返回给 java object，保存到 mNativeObject。这样子 Java 层的 BLASTBufferQueue就和 native 层的 BLASTBufferQueue对象关联在了一起，在java层对 BLASTBufferQueue 进行操作本质就是经JNI操作native 层的 BLASTBufferQueue 对象。

 

BLASTBufferQueue中有createSurface的方法

/**
 * @return a new Surface instance from the IGraphicsBufferProducer of the adapter.
 */
public Surface createSurface() {
    return nativeGetSurface(mNativeObject, false /* includeSurfaceControlHandle */);
}

/**
 * @return a new Surface instance from the IGraphicsBufferProducer of the adapter and
 * the SurfaceControl handle.
 */
public Surface createSurfaceWithHandle() {
    return nativeGetSurface(mNativeObject, true /* includeSurfaceControlHandle */);
}

调用到了JNI

static jobject nativeGetSurface(JNIEnv* env, jclass clazz, jlong ptr,
                                jboolean includeSurfaceControlHandle) {
    sp<BLASTBufferQueue> queue = reinterpret_cast<BLASTBufferQueue*>(ptr);
    return android_view_Surface_createFromSurface(env,
                                                  queue->getSurface(includeSurfaceControlHandle));
}

queue->getSurface()方法在Android 12(S) 图形显示系统 - BufferQueue/BLASTBufferQueue之初识（六）中分析过，可以自行查看。

android_view_Surface_createFromSurface 就是创建了一个 java Surface object。并且也把 native surface object的地址保存在了 java Surface object的成员mNativeObject中。

 

在SurfaceView的updateSurface最后还调用了一个方法 copySurface，这个是干什么的？

private void copySurface(boolean surfaceControlCreated, boolean bufferSizeChanged) {
    if (surfaceControlCreated) {
        if (mUseBlastAdapter) {
            mSurface.copyFrom(mBlastBufferQueue);
        } else {
            mSurface.copyFrom(mSurfaceControl);
        }
    }
    ...
}

代码很简单，接着往下走到Surface::copyFrom，只看blast的情况

public void copyFrom(BLASTBufferQueue queue) {
    long blastBufferQueuePtr = queue.mNativeObject; // 获取BLASTBufferQueue的native对象的地址
    long newNativeObject = nativeGetFromBlastBufferQueue(mNativeObject, blastBufferQueuePtr); // 去创建一个 native Surface
    updateNativeObject(newNativeObject);
}

又又又来到了JNI的层面 nativeGetFromBlastBufferQueue

static jlong nativeGetFromBlastBufferQueue(JNIEnv* env, jclass clazz, jlong nativeObject,
                                           jlong blastBufferQueueNativeObj) {
    Surface* self(reinterpret_cast<Surface*>(nativeObject));
    sp<BLASTBufferQueue> queue = reinterpret_cast<BLASTBufferQueue*>(blastBufferQueueNativeObj);
    const sp<IGraphicBufferProducer>& bufferProducer = queue->getIGraphicBufferProducer();
    // If the underlying IGBP's are the same, we don't need to do anything.
    if (self != nullptr &&
        IInterface::asBinder(self->getIGraphicBufferProducer()) ==
                IInterface::asBinder(bufferProducer)) {
        return nativeObject;
    }

    sp<Surface> surface = queue->getSurface(true /* includeSurfaceControlHandle */);  // 创建native surface
    if (surface != NULL) {
        surface->incStrong(&sRefBaseOwner);
    }

    return reinterpret_cast<jlong>(surface.get());
}

是不是还有是去使用 BLASTBufferQueue::getSurface 去创建 native surface，而且最后把新创建的native surface的地址保存在了java Surface object的成员mNativeObject中。

 

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通过上面的简单介绍，差不多可以理清了java层各个组件是如何与native层的组件关联在一起的了。正式这种关联的存在java层的 SurfaceView 是与 native 层的 buffer queue 就可以协同工作了

简单总结一张图：

 

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讲到这里一直有个疑问，SurfaceView中为什么要创建三个SurfaceControl对象？

这三个SurfaceControl分别对应到SurfaceFlinger中的不同layer，在绘图时发挥不同作用。

♦ mSurfaceControl ： Container Layer

♦ mBlastSurfaceControl ： Buffer State Layer

♦ mBackgroundControl ： Effect Layer

mBlastSurfaceControl才是真正去创建BufferQueue，提供生产者、消费者去绘制图形用的。

 

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我们可以执行 dumpsys SurfaceFlinger来观察信息：这是一个使用SurfaceView进行播放的例子，可以观察各个layer的name 和 parent 信息，是不是和我们分析的一致。

// background layer
+ EffectLayer (Background for SurfaceView[com.demoplayer/com.demoplayer.MainActivity]#0) uid=10063
  Region SurfaceDamageRegion (this=0 count=0)
      layerStack=   0, z=-2147483648, pos=(0,0), size=(  -1,  -1), crop=[  0,   0,  -1,  -1], cornerRadius=0.000000, isProtected=0, isTrustedOverlay=0, isOpaque=1, invalidate=0, dataspace=Default, defaultPixelFormat=Unknown/None, backgroundBlurRadius=0, color=(0.000,0.000,0.000,1.000), flags=0x00000002, tr=[0.00, 0.00][0.00, 0.00]
      parent=SurfaceView[com.demoplayer/com.demoplayer.MainActivity]#0
      zOrderRelativeOf=com.demoplayer/com.demoplayer.MainActivity#0
      activeBuffer=[   0x   0:   0,Unknown/None], tr=[0.00, 0.00][0.00, 0.00] queued-frames=0, mRefreshPending=0, metadata={}, cornerRadiusCrop=[0.00, 0.00, 0.00, 0.00],  shadowRadius=0.000, 

// container layer
+ ContainerLayer (SurfaceView[com.demoplayer/com.demoplayer.MainActivity]#0) uid=10063
  Region SurfaceDamageRegion (this=0 count=0)
      layerStack=   0, z=       -2, pos=(0,0), size=(  -1,  -1), crop=[  0,   0, 1920, 1080], cornerRadius=0.000000, isProtected=0, isTrustedOverlay=0, isOpaque=0, invalidate=1, dataspace=Default, defaultPixelFormat=Unknown/None, backgroundBlurRadius=0, color=(0.000,0.000,0.000,1.000), flags=0x00000000, tr=[0.00, 0.00][0.00, 0.00]
      parent=Bounds for - com.demoplayer/com.demoplayer.MainActivity#0
      zOrderRelativeOf=com.demoplayer/com.demoplayer.MainActivity#0
      activeBuffer=[   0x   0:   0,Unknown/None], tr=[0.00, 0.00][0.00, 0.00] queued-frames=0, mRefreshPending=0, metadata={}, cornerRadiusCrop=[0.00, 0.00, 0.00, 0.00],  shadowRadius=0.000, 

// buffer state layer 
+ BufferStateLayer (SurfaceView[com.demoplayer/com.demoplayer.MainActivity](BLAST)#0) uid=10063
  Region SurfaceDamageRegion (this=0 count=0)
      layerStack=   0, z=        0, pos=(0,0), size=(3840,2160), crop=[  0,   0,  -1,  -1], cornerRadius=0.000000, isProtected=0, isTrustedOverlay=0, isOpaque=1, invalidate=0, dataspace=BT2020 SMPTE 2084 Limited range, defaultPixelFormat=Unknown 0x000077, backgroundBlurRadius=0, color=(0.000,0.000,0.000,1.000), flags=0x00000102, tr=[0.50, 0.00][0.00, 0.50]
      parent=SurfaceView[com.demoplayer/com.demoplayer.MainActivity]#0
      zOrderRelativeOf=none
      activeBuffer=[3840x2160:3840,Unknown 0x000077], tr=[0.00, 0.00][0.00, 0.00] queued-frames=0, mRefreshPending=0, metadata={dequeueTime:129821039996}, cornerRadiusCrop=[0.00, 0.00, 0.00, 0.00],  shadowRadius=0.000,

 

四、小结