Android 图形系统之三：SurfaceControl
在 Android 系统中，SurfaceControl 是一个关键的类，用于管理应用窗口和屏幕上的显示内容。它与 SurfaceFlinger 紧密交互，通过 BufferQueue 提供高效的图形缓冲区管理能力。SurfaceControl 是 Android 的显示架构中不可或缺的部分，主要作用包括：
- 创建和控制显示表面 (Surface)：
应用可以通过它创建和管理显示内容的基础表面。 - 管理子层级关系 (Layer Hierarchy)：
用于定义表面之间的层级关系（父子关系）。 - 动画和变换 (Transformations)：
提供旋转、缩放、平移等操作以控制表面的位置和形状。 - 直接和 SurfaceFlinger 交互：
通过Binder调用与系统的 SurfaceFlinger 服务通信。
以下将结合源码，从关键方法、实现机制以及它在图形渲染系统中的角色等方面详细解析。
图片参考自Android的UI显示原理之Surface的创建
SurfaceControl 的关键方法
1. 创建 SurfaceControl 对象
- Java 层接口：
SurfaceControl.Builder builder = new SurfaceControl.Builder();
SurfaceControl surfaceControl = builder.setName("MySurface").setBufferSize(1080, 1920).build();
- 关键代码：
SurfaceControl 的构造函数通过 JNI 与底层 native 层的android::SurfaceComposerClient交互。
sp SurfaceComposerClient::createSurface(const String8& name, uint32_t width, uint32_t height, PixelFormat format, uint32_t flags) {// 向 SurfaceFlinger 请求创建 SurfaceControlreturn SurfaceFlinger::createSurface(name, width, height, format, flags);
}
2. 绑定到 Surface
- SurfaceControl 创建的表面可以与 Surface 绑定，用于绘制图形内容。
Surface surface = new Surface(surfaceControl);
Canvas canvas = surface.lockCanvas(null);
canvas.drawColor(Color.RED);
surface.unlockCanvasAndPost(canvas);
3. 更新 Surface 属性
通过事务 (SurfaceControl.Transaction) 修改表面参数。
SurfaceControl.Transaction transaction = new SurfaceControl.Transaction();
transaction.setPosition(surfaceControl, 100, 200);
transaction.setLayer(surfaceControl, 5);
transaction.apply();
- 对应 native 层：
setPosition 等操作最终会通过 android::Transaction 被序列化，并传递给 SurfaceFlinger。
底层实现解析
1. SurfaceControl 的核心数据结构
在 native 层，SurfaceControl 是 sp<SurfaceControl> 类型的一个智能指针，主要管理一个 Layer（层）的生命周期。
class SurfaceControl {sp mHandle; // SurfaceFlinger 服务的句柄sp mProducer; // 对应 BufferQueue 的生产者端
};
- mHandle：是通过 Binder 与 SurfaceFlinger 通信的关键。
- mProducer：对应图形缓冲区生产者，与 BufferQueue 相连。
2. Layer 和 SurfaceFlinger 的交互
每个 SurfaceControl 对应一个 Layer，所有 Layer 在 SurfaceFlinger 中维护。
status_t SurfaceFlinger::createLayer(const sp& client, const String8& name,uint32_t w, uint32_t h, uint32_t flags,sp* handle,sp* gbp) {// 创建 Layer 并初始化 BufferQueuesp layer = new Layer(...);*handle = layer->getHandle();*gbp = layer->getBufferQueue();
}
3. 事务提交
SurfaceControl.Transaction 在 native 层通过 android::Transaction 表示。
status_t SurfaceFlinger::setTransactionState(const Vector& state, const Vector& displays, uint32_t flags) {// 解析事务操作并更新 Layer 树for (const ComposerState& composerState : state) {applyState(composerState);}
}
SurfaceFlinger 将事务中的操作应用到 Layer 树，并在下一帧提交渲染。
SurfaceControl 的使用场景
- 应用窗口渲染：
SurfaceControl是 Android View 系统渲染机制的核心，WindowManager通过它管理窗口。 - 硬件加速和视频播放：
视频播放器如 ExoPlayer，使用 SurfaceControl 提供的 Surface 绘制视频帧。 - 多窗口和手势导航：
Android 的多窗口模式，以及系统手势的动画都依赖于它。
SurfaceControl 的性能优势
- 高效缓冲区管理：
通过BufferQueue提供生产者和消费者分离的模型，支持异步渲染和显示。 - 分层架构：
Layer 树的分层设计支持复杂的动画效果和变换。 - GPU 和硬件优化：
SurfaceFlinger 直接调用 OpenGL 或 Vulkan，实现硬件加速。
总结
SurfaceControl 是 Android 图形渲染体系的核心部分，其设计贯穿从应用层到硬件层的每一个细节。它抽象了图形缓冲区管理和 Layer 树操作，通过 SurfaceFlinger 实现高效的图形显示管理。通过理解 SurfaceControl 的源码和底层架构，可以深入掌握 Android 图形系统的工作原理，有助于优化 UI 性能和开发复杂动画效果。