Android硬件加速

概要

离Android 3.0开始（API L11）。Android开始使用硬件加速2D渲染。硬件加速的手段Android于View图形图像都使用GPU来进行绘制，使用硬件加速，在大部分时候都让绘制更加流畅，但付出的代价是须要消耗很多其它的内存资源。

硬件加速在API L14之上是默认开启的，对于主要的View绘制，通过硬件加速能够添加画图的流程性，可是要注意的是，并非全部的2D图形绘制API都支持硬件加速。

通过开发人员选项中的“强制进行GPU渲染”，用户能够为全局打开硬件加速。在3.0 以上的Android中，系统已经对大部分动画都进行了硬件加速。

名词解释

GPU：Graphic Processing Unit （图形处理器）
OpenGL：Open Graphic Library 定义了一个跨编程语言、跨平台的编程接口的规格，不同厂商会有不同的实现方法，它主要用于三维图象（二维的亦可）绘制。
SurfaceFlinger：Android中负责Surface之间叠加、混合操作的动态库
Skia：Android中的2D图形库

控制硬件加速

因为硬件加速对某些2D画图API的不支持，所以Android系统提供了四种级别的控制方式。

Application级别

在应用的Android清单文件里，把下列属性加入到<application>元素中，来开启整个应用程序的硬件加速，代码例如以下所看到的：

android:hardwareAccelerated="true"

Activity级别

比整个App范围稍小，我们能够在Activity范围内进行控制，代码例如以下所看到的：

android:hardwareAccelerated="true"

Window级别

针对单个的Window，Android相同能够控制硬件加速，代码例如以下所看到的：

getWindow().setFlags(
        WindowManager.LayoutParams.FLAG_HARDWARE_ACCELERATED,
        WindowManager.LayoutParams.FLAG_HARDWARE_ACCELERATED);

可是对Window来说。Android无法禁止硬件加速。

View级别

View级别是用的最多的控制硬件加速的级别，我们能够通过例如以下所看到的的代码来禁止硬件加速：

setLayerType(View.LAYER_TYPE_SOFTWARE, null);

与Window级别相反。我们无法在View级别开启硬件加速。

推断View是否已开启硬件加速

推断View是否支持硬件加速一般有例如以下所看到的的两种方法：

View.isHardwareAccelerated()
Canvas.isHardwareAccelerated()

尽量使用Canvas对象的推断方法。

Android画图模式

相对于是否开启硬件加速模式，Android的画图模式被分为两种——基于软件的画图模式与基于硬件的画图模式。

基于软件的画图模式

基于软件的画图模式在重绘View时，须要例如以下两个过程：

Invalidate the hierarchy
Draw the hierarchy

须要进行重绘时，系统发出invalidate()信号，并在View视图树中进行传递，计算须要又一次绘制的区域，可是这样的画图方式有两个不足：

当我们仅仅须要重绘视图树中的一个View时。视图树中的View都将进行重绘，并且遍历视图树也浪费大量时间。
比如一个ViewA在还有一个ViewB之上。即使B没有发生变化，重绘A的时候，B也会重绘。
这样的方式隐藏了绘制中的bug。比如上面的样例中，因为ViewA、ViewB相互重叠，有须要重绘的the dirty region，那么假设B忘记了进行重绘的逻辑。那么A进行重绘的时候，就会将B重绘。也就是说使用错误的行为来得到了正确的现象。
正是因为这个原因，开发人员须要保证在View须要发生重绘时，调用正确的invalidate()方法。

基于硬件的画图模式

基于硬件的画图方式相同使用invalidate()信号来进行重绘。但其绘制和渲染的方式不同。Android内部维护一个display list用于记录视图树的显示状态。当收到invalidate()信号时，系统仅仅须要更改须要重绘的视图的display list，而其它未发生改变的视图仅仅须要使用原来的display list就可以。整个过程分为三部分：

Invalidate the hierarchy
Record and update display lists
Draw the display lists

使用这样的方式。就能够避免软件画图中第二点的bug。

比如，假设有一个包括了一个Button对象的ListView对象的LinearLayout布局，那么LinearLayout布局的显示列表例如以下：

1. DrawDisplayList(ListView);

2.DrawDisplayList(Button)

假设如今要改变ListView对象的不透明度，那么在调用ListView对象的setAlpha(0.5f)方法时，显示列表就包括了下面处理：

1.SaveLayerAlpha(0.5);

2.DrawDisplayList(ListView);

3. Restore。

4.DrawDisplayList(Button)

不支持硬件加速的画图方法

假设应用程序受到这些错误的功能或限制的影响，那么能够通过调用setLayerType(View.LAYER_TYPE_SOFTWARE, null)方法针相应用程序受到影响的部分来关闭硬件加速。

详细哪些方法不支持硬件加速能够參考Google开发人员站点上的这篇文档 http://developer.android.com/guide/topics/graphics/hardware-accel.html

View Layers

在全部的Android版本号中，View都能够通过Canvas.saveLayer()方法来获得离屏缓冲的能力，离屏缓冲区或层有多种用途，特别是在呈现复杂的动画或使用组合效果时，能够获得更好的性能。比如，使用Canvas.saveLayer()能够实现淡入淡出的效果，先临时把一个View对象渲染在一个层中，然后把它和不透明因子合成到屏幕上显示。

从Android3.0（API Level 11）開始。用View.setLayerType()方法使用层的方式和时机会很多其它的控制。

这个API须要两个參数：一个是层的类型，还有一个是可选的，用于描写叙述层应该怎样被合成的Paint对象。

能够使用这个Paint对象来进行颜色过滤、特殊的混合模式、或者层的透明度。View对象能够使用下面三种层类型：

LAYER_TYPE_NONE：View对象用普通的方式来呈现，并且不是由屏幕外缓存来返回的。这样的类型是默认的行为；
LAYER_TYPE_HARDWARE：假设应用程序是硬件加速的，那么该View对象被呈如今硬件的一个硬件纹理中。假设没有被硬件加速，那么这样的层类型的行为与LAYER_TYPE_SOFTWARE相同。
LAYER_TYPE_SOFTWARE：View对象会被呈如今软件的一个位图中。

使用哪种层的类型。依赖下面目标：

性能：使用硬件层类型，把View呈现到一个硬件纹理中。一旦该View对象被呈现到一个层中，那么它的画图代码直到调用该View对象的invalidate()方法时才会被运行。对于某些动画，如alpha动画，就能够直接使用该层。这么做对于GPU来说是很高效的。
视觉效果：使用硬件或软件层类型和一个Paint对象。能够把一些特殊的视觉处理应用给一个View对象。
比如，使用ColorMatrixColorFilter对象绘制一个黑白相间的View对象。
兼容性：使用软件层类型会强制把一个View对象呈如今软件中。
假设View对象被硬件加速（比如，假设整个应用程序都被硬件加速）发生呈现问题，那么使用软件层类型来解决硬件呈现管道的限制是一个easy的方法。

View layers and animations

当应用层使用硬件加速的时候。手机显示硬件能够让动画、显示效果更加平滑。假设你的动画效果不够流畅，那么就须要考虑在View层面上使用硬件加速来进行优化。在Android中，有些视图操作使用硬件加速是很高效的，因为这些操作不须要让对象失效后重绘，比如：

1. alpha：改变层的透明度

2. x,y,translation,translation：改变层的位置

3. scaleX,scaleY：改变成的缩放

4. rotation,rotation,rotationY：改变3D空间中视图的方向

5. pivotX,pivotY：改变层的变换控制点

对于以上属性的动画，在开启硬件加速后将会得到很高效的绘制，下面的代码展示了怎样高效的在3D空间中环绕Y轴旋转View对象。代码例如以下所看到的：

view.setLayerType(View.LAYER_TYPE_HARDWARE,null);
ObjectAnimator.ofFloat(view,"rotationY",180).start();

可是因为硬件加速会消耗系统内存。因此强烈建议在动画结束后取消硬件加速，代码例如以下所看到的：

View.setLayerType(View.LAYER_TYPE_HARDWARE, null);
ObjectAnimator animator = ObjectAnimator.ofFloat(view, "rotationY", 180);
animator.addListener(new AnimatorListenerAdapter() {
    @Override
    public void onAnimationEnd(Animator animation) {
        view.setLayerType(View.LAYER_TYPE_NONE, null);
    }
});
animator.start();

硬件加速的缺点

当我们使用硬件加速时。会消耗很多其它的内存（将近4倍），假设分给应用的内存没有这么多，那么就会从系统剩于内存中进行划分。因此，硬件加速不适用于系统的核心进程。好的应用，应该在硬件加速（GPU）与软件绘制（CPU）中找到平衡点。

另外。须要注意的是。App中进行UI渲染是无法使用并发的，多核心无法带来显示上的性能提升。同一时候，分辨率也是影响流畅度的一个很重要的方面。为了能够在更高的分辨率上进行流畅的绘制效果，那么就须要使用更加强大的GPU进行渲染。