Android IOS WebRTC 音视频开发总结（十二）-- sufaceview

谈到音视频不得不谈谈对视频呈现的理解，为了让大家能有一个更好的理解，先看看android里面SurfaceView的原理，后续陆续分享其绘画原理。

说明：本文是转载的，转载自哪里我也不知道，貌似经过很多层转载了，在这里先对原创者表示谢意. cnblogs RTC.Blacker

通过自定义View，我们知道使用它可以做一些简单的动画效果。它通过不断循环的执行View.onDraw方法，每次执行都对内部显示的图形做一些调整，我们假设 onDraw方法每秒执行20次，这样就会形成一个20帧的补间动画效果。但是现实情况是你无法简单的控制View.onDraw的执行帧数，这边说的执行帧数是指每秒View.onDraw方法被执行多少次，这是为什么呢？首先我们知道，onDraw方法是由系统帮我们调用的，我们是通过调用View的 invalidate方法通知系统需要重新绘制View，然后它就会调用View.onDraw方法。这些都是由系统帮我们实现的，所以我们很难精确去定义View.onDraw的执行帧数，这个就是为什么我们这边要了解SurfaceView了，它能弥补View的一些不足。

首先我们先写一个自定义View实现动画效果，AnimateViewActivity.java：

 1 package com.android777.demo.uicontroller.graphics;  
 2    
 3 import android.app.Activity;  
 4 import android.content.Context;  
 5 import android.graphics.Canvas;  
 6 import android.graphics.Color;  
 7 import android.graphics.Paint;  
 8 import android.os.Bundle;  
 9 import android.view.View;  
10    
11 public class AnimateViewActivity extends Activity {  
12    
13     @Override  
14     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  
15         super.onCreate(savedInstanceState);  
16    
17         setContentView(new AnimateView(this));//這邊傳入的this代表這個對象，因為Activity是繼承自Content類的，因此該對象也  
18                                                可向上轉型為Content類型作為AnimateView的構造方法的參數  
19     }  
20    
21     class AnimateView extends View{  
22    
23         float radius = 10;  
24         Paint paint;  
25    
26         public AnimateView(Context context) {  
27             super(context);  
28             paint = new Paint();  
29             paint.setColor(Color.YELLOW);  
30             paint.setStyle(Paint.Style.STROKE);  
31         }  
32    
33         @Override  
34         protected void onDraw(Canvas canvas) {  
35    
36             canvas.translate(200, 200);  
37             canvas.drawCircle(0, 0, radius++, paint);            
38    
39             if(radius > 100){  
40                 radius = 10;  
41             }  
42    
43             invalidate();//通过调用这个方法让系统自动刷新视图  
44    
45         }  
46    
47     }  
48    
49 }

运行上面的Activity，你将看到一个圆圈，它原始半径是10，然后不断的变大，直到达到100后又恢复到10，这样循环显示，视觉效果上说你将看到一个逐渐变大的圆圈。它能做的只是简单的动画效果，具有一些局限性。首先你无法控制动画的显示速度，目前它是以最快的速度显示，但是当你要更快，获取帧数更高的动画呢？因为View的帧数是由系统控制的，所以你没办法完成上面的操作。如果你需要编写一个游戏，它需要的帧数比较高，那么View就无能为力了，因为它被设计出来时本来就不是用来处理一些高帧数显示的。你可以把View理解为一个经过系统优化的，可以用来高效的执行一些帧数比较低动画的对象，它具有特定的使用场景，比如有一些帧数较低的游戏就可以使用它来完成：贪吃蛇、俄罗斯方块、棋牌类等游戏，因为这些游戏执行的帧数都很低。但是如果是一些实时类的游戏，如射击游戏、塔防游戏、RPG游戏等就没办法使用View来做，因为它的帧数太低了，会导致动画执行不顺畅。所以我们需要一个能自己控制执行帧数的对象，SurfaceView因此诞生了。

什么是SurfaceView呢？

为什么是SurfaceView呢？Surface的意思是表层，表面的意思，那么SurfaceView就是指一个在表层的View对象。为什么说是在表层呢，这是因为它有点特殊跟其他View不一样，其他View是绘制在表层外，而它就是充当表层对象。假设你要在一个球上画画，那么球的表层就当做你的画布对象，你画的东西会挡住它的表层，我们默认没使用SurfaceView，那么球的表层就是空白的，如果我们使用了SurfaceView，我们可以理解为我们拿来的球本身表面就具有纹路，你是画再纹路之上的，如果你画的是半透明的，那么你将可以透过你画的东西看到球面本身的纹路。SDK的文档说到：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。

SurfaceView还有其他的特性，上面我们讲了它可以控制帧数，那它是什么控制的呢？这就需要了解它的使用机制。一般在很多游戏设计中，我们都是开辟一个后台线程计算游戏相关的数据，然后根据这些计算完的新数据再刷新视图对象，由于对View执行绘制操作只能在UI线程上，所以当你在另外一个线程计算完数据后，你需要调用View.invalidate方法通知系统刷新View对象，所以游戏相关的数据也需要让UI线程能访问到，这样的设计架构比较复杂，要是能让后台计算的线程能直接访问数据，然后更新View对象那改多好。我们知道View的更新只能在UI线程中，所以使用自定义View没办法这么做，但是SurfaceView就可以了。它一个很好用的地方就是允许其他线程(不是UI线程)绘制图形(使用Canvas)，根据它这个特性，你就可以控制它的帧数，你如果让这个线程1秒执行50次绘制，那么最后显示的就是50帧。

如何使用SurfaceView？

首先SurfaceView也是一个View，它也有自己的生命周期。因为它需要另外一个线程来执行绘制操作，所以我们可以在它生命周期的初始化阶段开辟一个新线程，然后开始执行绘制，当生命周期的结束阶段我们插入结束绘制线程的操作。这些是由其内部一个SurfaceHolder对象完成的。 SurfaceHolder，顾名思义，它里面保存了一个队Surface对象的引用，而我们执行绘制方法就是操作这个 Surface，SurfaceHolder因为保存了对Surface的引用，所以使用它来处理Surface的生命周期，说到底 SurfaceView的生命周期其实就是Surface的生命周期，因为SurfaceHolder保存对Surface的引用，所以使用 SurfaceHolder来处理生命周期的初始化。首先我们先看看建立一个SurfaceView的大概步骤，先看看代码：

DemoSurfaceView.java：

 1 package com.android777.demo.uicontroller.graphics;  
 2    
 3 import android.content.Context;  
 4 import android.view.SurfaceHolder;  
 5 import android.view.SurfaceHolder.Callback;  
 6 import android.view.SurfaceView;  
 7    
 8 public class DemoSurfaceView extends SurfaceView  implements Callback{  
 9    
10     public DemoSurfaceView(Context context) {  
11         super(context);  
12    
13         init(); //初始化,设置生命周期回调方法  
14    
15     }  
16    
17     private void init(){  
18    
19         SurfaceHolder holder = getHolder();  
20         holder.addCallback(this); //设置Surface生命周期回调  
21    
22     }  
23    
24     @Override  
25     public void surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width,  
26             int height) {  
27     }  
28    
29     @Override  
30     public void surfaceCreated(SurfaceHolder holder) {  
31     }  
32    
33     @Override  
34     public void surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder) {  
35     }  
36    
37 }

上面代码我们在SurfaceView的构造方法中执行了init初始化方法，在这个方法里，我们先获取SurfaceView里的 SurfaceHolder对象，然后通过它设置Surface的生命周期回调方法，使用DemoSurfaceView类本身作为回调方法代理类。 surfaceCreated方法，是当SurfaceView被显示时会调用的方法，所以你需要再这边开启绘制的线程，surfaceDestroyed方法是当SurfaceView被隐藏会销毁时调用的方法，在这里你可以关闭绘制的线程。上面的例子运行后什么也不显示，因为还没定义一个执行绘制的线程。下面我们修改下代码，使用一个线程绘制一个逐渐变大的圆圈：

  1 package com.android777.demo.uicontroller.graphics;  
  2    
  3 import android.content.Context;  
  4 import android.graphics.Canvas;  
  5 import android.graphics.Color;  
  6 import android.graphics.Paint;  
  7 import android.view.SurfaceHolder;  
  8 import android.view.SurfaceHolder.Callback;  
  9 import android.view.SurfaceView;  
 10    
 11 public class DemoSurfaceView extends SurfaceView  implements Callback{  
 12    
 13     LoopThread thread;  
 14    
 15     public DemoSurfaceView(Context context) {  
 16         super(context);  
 17    
 18         init(); //初始化,设置生命周期回调方法  
 19    
 20     }  
 21    
 22     private void init(){  
 23    
 24         SurfaceHolder holder = getHolder();  
 25         holder.addCallback(this); //设置Surface生命周期回调  
 26         thread = new LoopThread(holder, getContext());  
 27     }  
 28    
 29     @Override  
 30     public void surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width,  
 31             int height) {  
 32     }  
 33    
 34     @Override  
 35     public void surfaceCreated(SurfaceHolder holder) {  
 36         thread.isRunning = true;  
 37         thread.start();  
 38     }  
 39    
 40     @Override  
 41     public void surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder) {  
 42         thread.isRunning = false;  
 43         try {  
 44             thread.join();  
 45         } catch (InterruptedException e) {  
 46             e.printStackTrace();  
 47         }  
 48     }  
 49    
 50     /** 
 51      * 执行绘制的绘制线程 
 52      * @author Administrator 
 53      * 
 54      */  
 55     class LoopThread extends Thread{  
 56    
 57         SurfaceHolder surfaceHolder;  
 58         Context context;  
 59         boolean isRunning;  
 60         float radius = 10f;  
 61         Paint paint;  
 62    
 63         public LoopThread(SurfaceHolder surfaceHolder,Context context){  
 64    
 65             this.surfaceHolder = surfaceHolder;  
 66             this.context = context;  
 67             isRunning = false;  
 68    
 69             paint = new Paint();  
 70             paint.setColor(Color.YELLOW);  
 71             paint.setStyle(Paint.Style.STROKE);  
 72         }  
 73    
 74         @Override  
 75         public void run() {  
 76    
 77             Canvas c = null;  
 78    
 79             while(isRunning){  
 80    
 81                 try{  
 82                     synchronized (surfaceHolder) {  
 83    
 84                         c = surfaceHolder.lockCanvas(null);  
 85                         doDraw(c);  
 86                         //通过它来控制帧数执行一次绘制后休息50ms  
 87                         Thread.sleep(50);  
 88                     }  
 89                 } catch (InterruptedException e) {  
 90                     e.printStackTrace();  
 91                 } finally {  
 92                     surfaceHolder.unlockCanvasAndPost(c);  
 93                 }  
 94    
 95             }  
 96    
 97         }  
 98    
 99         public void doDraw(Canvas c){  
100    
101             //这个很重要，清屏操作，清楚掉上次绘制的残留图像  
102             c.drawColor(Color.BLACK);  
103    
104             c.translate(200, 200);  
105             c.drawCircle(0,0, radius++, paint);  
106    
107             if(radius > 100){  
108                 radius = 10f;  
109             }  
110    
111         }  
112    
113     }  
114    
115 }

上面代码编写了一个使用SurfaceView制作的动画效果，它的效果跟上面自定义View的一样，但是这边的SurfaceView可以控制动画的帧数。在SurfaceView中内置一个LoopThread线程，这个线程的作用就是用来绘制图形，在SurfaceView中实例化一个 LoopThread实例，一般这个操作会放在SurfaceView的构造方法中。然后通过在SurfaceView中的SurfaceHolder的生命周期回调方法中插入一些操作，当Surface被创建时(SurfaceView显示在屏幕中时)，开启LoopThread执行绘制，LoopThread会一直刷新SurfaceView对象，当SurfaceView被隐藏时就停止改线程释放资源。这边有几个地方要注意下：

1.因为SurfaceView允许自定义的线程操作Surface对象执行绘制方法，而你可能同时定义多个线程执行绘制，所以当你获取 SurfaceHolder中的Canvas对象时记得加同步操作，避免两个不同的线程同时操作同一个Canvas对象，当操作完成后记得调用 SurfaceHolder.unlockCanvasAndPost方法释放掉Canvas锁。

2.在调用doDraw执行绘制时，因为SurfaceView的特点，它会保留之前绘制的图形，所以你需要先清空掉上一次绘制时留下的图形。(View则不会，它默认在调用View.onDraw方法时就自动清空掉视图里的东西)。

3. 记得在回调方法：onSurfaceDestroyed方法里将后台执行绘制的LoopThread关闭，这里是使用join方法。这涉及到线程如何关闭的问题，多数人建议是通过一个标志位：isRunning来判断线程是否该停止运行，如果你想关闭线程只需要将isRunning改成false即可，线程会自动执行完run方法后退出。

总结：

通过上面的分析，现在大家应该会简单使用SurfaceView了，总的归纳起来SurfaceView和View不同之处有：

1. SurfaceView允许其他线程更新视图对象(执行绘制方法)而View不允许这么做，它只允许UI线程更新视图对象。

2. SurfaceView是放在其他最底层的视图层次中，所有其他视图层都在它上面，所以在它之上可以添加一些层，而且它不能是透明的。

3. 它执行动画的效率比View高，而且你可以控制帧数。

4. 因为它的定义和使用比View复杂，占用的资源也比较多，除非使用View不能完成，再用SurfaceView否则最好用View就可以。(贪吃蛇，俄罗斯方块，棋牌类这种帧数比较低的可以使用View做就好)