Surface、SurfaceView 与 TextureView 详解

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Surface 简介

Surface 就是“表面”的意思,可以简单理解为内存中的一段绘图缓冲区。在SDK的文档中,对Surface的描述是这样的:“Handle onto a raw buffer that is being managed by the screen compositor”,翻译成中文就是“由屏幕显示内容合成器(screen compositor)所管理的原生缓冲器的句柄”, 这句话包括下面两个意思:

简单的说 Surface 对应了一块屏幕缓冲区,每个Window对应一个Surface,任何View都是画在Surface上的,传统的view共享一块屏幕缓冲区,所有的绘制必须在UI线程中进行我们不能直接操作Surface实例,要通过SurfaceHolder,在SurfaceView中可以通过getHolder()方法获取到SurfaceHolder实例。

Surface 是一个用来画图形的地方,但是我们知道画图都是在一个Canvas对象上面进行的,Surface 中的 Canvas 成员,是专门用于提供画图的地方,就像黑板一样,其中的原始缓冲区是用来保存数据的地方。

Surface本身的作用类似一个句柄,得到了这个句柄就可以得到其中的Canvas、原始缓冲区以及其他方面的内容,所以简单的说Surface是用来管理数据的(句柄)。

SurfaceView 简介

简单的说SurfaceView就是一个有Surface的View里面内嵌了一个专门用于绘制的Surface,SurfaceView 控制这个 Surface 的格式和尺寸以及绘制位置。

SurfaceView 就是在 Window 上挖一个洞,它就是显示在这个洞里,其他的View是显示在Window上,所以View可以显式在 SurfaceView之上,你也可以添加一些层在SurfaceView之上。

if (mWindow == null) {  
    mWindow = new MyWindow(this);  
    mLayout.type = mWindowType;  
    mLayout.gravity = Gravity.LEFT|Gravity.TOP;  
    mSession.addWithoutInputChannel(mWindow, mWindow.mSeq, mLayout,  
    mVisible ? VISIBLE : GONE, mContentInsets);  
}  

很明显,每个SurfaceView创建的时候都会创建一个MyWindow,new MyWindow(this)中的this正是SurfaceView自身,因此将SurfaceView和window绑定在一起,而前面提到过每个window对应一个Surface。

所以SurfaceView也就内嵌了一个自己的Surface,可以认为SurfaceView是来控制Surface的位置和尺寸。传统View及其派生类的更新只能在UI线程,然而UI线程还同时处理其他交互逻辑,这就无法保证view更新的速度和帧率了,而SurfaceView可以用独立的线程来进行绘制。

因此可以提供更高的帧率,例如游戏,摄像头取景等场景就比较适合用SurfaceView来实现。

Surface是纵深排序(Z-ordered)的,这表明它总在自己所在窗口的后面。

Surfaceview提供了一个可见区域,只有在这个可见区域内的Surface部分内容才可见,可见区域外的部分不可见,所以可以认为SurfaceView就是展示Surface中数据的地方,Surface就是管理数据的地方,SurfaceView就是展示数据的地方,只有通过SurfaceView才能展现Surface中的数据。

Surface的排版显示受到视图层级关系的影响,它的兄弟视图结点会在顶端显示。这意味者Surface的内容会被它的兄弟视图遮挡,这一特性可以用来放置遮盖物(overlays)(例如,文本和按钮等控件)。

注意,如果Surface上面有透明控件,那么它的每次变化都会引起框架重新计算它和顶层控件的透明效果,这会影响性能。surfaceview变得可见时,surface被创建;surfaceview隐藏前,surface被销毁。

这样能节省资源。如果你要查看surface被创建和销毁的时机,可以重载surfaceCreated(SurfaceHolder)和surfaceDestroyed(SurfaceHolder)。

SurfaceView的核心在于提供了两个线程:UI线程和渲染线程,两个线程通过“双缓冲”机制来达到高效的界面适时更新。而这个双缓冲可以理解为,SurfaceView在更新视图时用到了两张Canvas,一张frontCanvas和一张backCanvas。

每次实际显示的是frontCanvas,backCanvas存储的是上一次更改前的视图,当使用lockCanvas()获取画布时,得到的实际上是backCanvas而不是正在显示的frontCanvas,之后你在获取到的backCanvas上绘制新视图,再unlockCanvasAndPost(canvas)此视图,那么上传的这张canvas将替换原来的frontCanvas作为新的frontCanvas,原来的frontCanvas将切换到后台作为backCanvas。

例如,如果你已经先后两次绘制了视图A和B,那么你再调用lockCanvas()获取视图,获得的将是A而不是正在显示的B,之后你将重绘的C视图上传,那么C将取代B作为新的frontCanvas显示在SurfaceView上,原来的B则转换为backCanvas。

不用画布,直接在窗口上进行绘图叫做无缓冲绘图。用了一个画布,将所有内容都先画到画布上,在整体绘制到窗口上,就该叫做单缓冲绘图,那个画布就是一个缓冲区。用了两个画布,一个进行临时的绘图,一个进行最终的绘图,这样就叫做双缓冲。

SurfaceView 的优缺点

一般的Activity包含的多个View会组成View hierachy的树形结构,只有最顶层的DectorView才是对WMS可见的,这个DecorView在WMS中有一个对应的WindowState,再SurfaceFlinger中有对应的Layer,而SurfaceView正因为它有自己的Surface,有自己的Window,它在WMS中有对应的WindowState,在SurfaceFlinger中有Layer。

虽然在App端它仍在View hierachy中,但在Server端(WMS和SurfaceFlinger)中,它与宿主窗口是分离的。这样的好处是对这个Surface的渲染可以放到单独的线程中去做,渲染时可以有自己的GL context。

因为它不会影响主线程对时间的响应。所以它的优点就是可以在独立的线程中绘制,不影响主线程,而且使用双缓冲机制,播放视频时画面更顺畅。

但是这也有缺点,因为这个Surface不在View hierachy中,它的显示也不受View的属性控制,所以不能进行平移、缩放等动画,它也不能放在其它ViewGroup中,SurfaceView不能嵌套使用,而且不能使用某些View的特性,例如View.setAlpha()。

从 Android7.0 开始,SurfaceView 的窗口位置与其他 View 渲染同步更新。这意味着在屏幕上平移和缩放 SurfaceView 不会导致渲染失真。

SurfaceHolder 简介

显示一个 Surface 的抽象接口,使你可以控制 Surface 的大小和格式以及在Surface上编辑像素,和监视 Surace 的改变。这个接口通常通过SurfaceView类实现。

简单的说就是我们无法直接操作Surface只能通过SurfaceHolder这个接口来获取和操作Surface

SurfaceHolder中提供了一些lockCanvas():获取一个Canvas对象,并锁定之。

所得到的Canvas对象,其实就是 Surface 中一个成员。加锁的目的其实就是为了在绘制的过程中,Surface 中的数据不会被改变。lockCanvas 是为了防止同一时刻多个线程对同一 canvas写入。

从设计模式的角度来看,Surface、SurfaceView、SurfaceHolder实质上就是MVC(Model-View-Controller),Model就是模型或者说是数据模型,更简单的可以理解成数据,在这里也就是Surface,View就是视图,代表用户交互界面,这里就是 SurfaceView, SurfaceHolder 就是 Controller.

TextureView

因为上面所说的SurfaceView不在主窗口中,它没法做动画没法使用一些View的特性方法,所以在Android 4.0中引入了TextureView,它是一个结合了View和SurfaceTexture的View对象

它不会在WMS中单独创建窗口,而是作为View hierachy中的一个普通view,因此它可以和其他普通View一样进行平移、旋转等动画。但是TextureView必须在硬件加速的窗口中,它显示的内容流数据可以来自App进程或者远程进程。

TextureView 重载了 draw() 方法,其中主要 SurfaceTexture 中收到的图像数据作为纹理更新到对应的 HardwareLayer 中。

SurfaceTexture.OnFrameAvailableListener用于通知TextureView内容流有新图像到来。SurfaceTextureListener接口用于让TextureView的使用者知道SurfaceTexture已准备好,这样就可以把SurfaceTexture交给相应的内容源。

Surface为BufferQueue的Producer接口实现类,使生产者可以通过它的软件或硬件渲染接口为SurfaceTexture内部的BufferQueue提供graphic buffer。

SurfaceTexture 可以用作非直接输出的内容流,这样就提供二次处理的机会。与SurfaceView直接输出相比,这样会有若干帧的延迟。同时,由于它本身管理BufferQueue,因此内存消耗也会稍微大一些。

TextureView 是一个可以把内容流作为外部纹理输出在上面的 View, 它本身需要是一个硬件加速层。

SurfaceTexture

SurfaceTexture 是 Surface 和 OpenGL ES(GLES) 纹理的组合。SurfaceTexture 用于提供输出到 GLES 纹理的 Surface 。

SurfaceTexture 是从Android 3.0开始加入,与SurfaceView不同的是,它对图像流的处理并不直接显示,而是转为GL外部纹理,因此用于图像流数据的二次处理

比如 Camera 的预览数据,变成纹理后可以交给 GLSurfaceView 直接显示,也可以通过SurfaceTexture 交给TextureView 作为 View heirachy 中的一个硬件加速层来显示。

首先,SurfaceTexture从图像流 (来自Camera预览、视频解码、GL绘制场景等) 中获得帧数据,当调用updateTexImage()时,根据内容流中最近的图像更新 SurfaceTexture 对应的GL纹理对象。

SurfaceTexture 包含一个应用是其使用方的BufferQueue。当生产方将新的缓冲区排入队列时,onFrameAvailable() 回调会通知应用。然后,应用调用updateTexImage(),这会释放先前占有的缓冲区,从队列中获取新缓冲区并执行EGL调用,从而使GLES可将此缓冲区作为外部纹理使用。

SurfaceView vs TextureView

简单地说,SurfaceView 是一个有自己Surface的View。它的渲染可以放在单独线程而不是主线程中。其缺点是不能做变形和动画。SurfaceTexture可以用作非直接输出的内容流,这样就提供二次处理的机会。

与SurfaceView直接输出相比,这样会有若干帧的延迟。同时,由于它本身管理BufferQueue,因此内存消耗也会稍微大一些。

TextureView是一个可以把内容流作为外部纹理输出在上面的View。它本身需要是一个硬件加速层。事实上TextureView本身也包含了SurfaceTexture。

它与SurfaceView+SurfaceTexture组合相比可以完成类似的功能(即把内容流上的图像转成纹理,然后输出)。区别在于TextureView是在View hierachy中做绘制,因此一般它是在主线程上做的(在Android 5.0引入渲染线程后,它是在渲染线程中做的)

而SurfaceView+SurfaceTexture在单独的Surface上做绘制,可以是用户提供的线程,而不是系统的主线程或是渲染线程。

与 SurfaceView 相比,TextureView 具有更出色的 Alpha 版和旋转处理能力,但在视频上以分层方式合成界面元素时,SurfaceView 具有性能方面的优势。

当客户端使用 SurfaceView 呈现内容时,SurfaceView 会为客户端提供单独的合成层。如果设备支持,SurfaceFlinger 会将单独的层合成为硬件叠加层。

当客户端使用 TextureView 呈现内容时,界面工具包会使用 GPU 将 TextureView 的内容合成到 View 层次结构中。

对内容进行的更新可能会导致其他 View 元素重绘,例如,如果其他 View 位于 TextureView 上方。View 呈现完成后,SurfaceFlinger 会合成应用界面层和所有其他层,以便每个可见像素合成两次。

注意:受 DRM 保护的视频只能在叠加平面上呈现。支持受保护内容的视频播放器必须使用 SurfaceView 进行实现

项目 SurfaceView TextureView
内存
耗电
绘制 及时 1-3帧延迟
动画和截图 不支持 支持

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