Android SurfaceFlinger中的Layer,LayerDim,LayerBlur,LayerBuffer

应用程序中不同类型的Surface,在FrameWorks本地层的SurfaceFlinger中，分别对应着不同的Layer类，本文主要是讨论这几种Layer的实现和差异。

阅读本文之前，最好对SurfaceFlinger这个系统服务有所了解，可以参阅我的以下两篇文章：

Android SurfaceFlinger中的SharedClient -- 客户端（Surface）和服务端（Layer）之间的显示缓冲区管理
Android SurfaceFlinger中的工作线程：threadLoop()

视觉效果

下面几张图片分别表示了不同Layer产生的视觉效果：



Layer对应普通的窗口
LayerDim 会使他后面的窗口产生一个变暗的透明效果
LayerBlur在LayerDim的基础上，背景会产生模糊的效果

创建Layer

默认地，创建普通的窗口Surface，在SurfaceFlinger中会创建Layer类，如果想创建LayerDim或LayerBlur，应用程序需要在绑定View之前设置一下窗口的标志位：

创建LayerDim效果：

[java]
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@Override
protected void onCreate(Bundle icicle) {
// Be sure to call the super class.
super.onCreate(icicle);

// Have the system blur any windows behind this one.
getWindow().setFlags(WindowManager.LayoutParams.FLAG_DIM_BEHIND,
WindowManager.LayoutParams.FLAG_DIM_BEHIND);
......
setContentView(......);
}

创建LayerBlur效果：

[cpp]
view plaincopy

@Override
protected void onCreate(Bundle icicle) {
// Be sure to call the super class.
super.onCreate(icicle);

// Have the system blur any windows behind this one.
getWindow().setFlags(WindowManager.LayoutParams.FLAG_BLUR_BEHIND,
WindowManager.LayoutParams.FLAG_BLUR_BEHIND);
......
setContentView(......);
}

相应地，在SufaceFlinger中，会根据Java层传入的标志，创建不同的Layer:

[c-sharp]
view plaincopy

sp<ISurface> SurfaceFlinger::createSurface(ClientID clientId, int pid,
const String8& name, ISurfaceFlingerClient::surface_data_t* params,
DisplayID d, uint32_t w, uint32_t h, PixelFormat format,
uint32_t flags)
{
sp<LayerBaseClient> layer;
sp<LayerBaseClient::Surface> surfaceHandle;
......
switch (flags & eFXSurfaceMask) {
case eFXSurfaceNormal:
if (UNLIKELY(flags & ePushBuffers)) {
layer = createPushBuffersSurfaceLocked(client, d, id,
w, h, flags);
} else {
layer = createNormalSurfaceLocked(client, d, id,
w, h, flags, format);
}
break;
case eFXSurfaceBlur:
layer = createBlurSurfaceLocked(client, d, id, w, h, flags);
break;
case eFXSurfaceDim:
layer = createDimSurfaceLocked(client, d, id, w, h, flags);
break;
}

if (layer != 0) {
layer->setName(name);
setTransactionFlags(eTransactionNeeded);
surfaceHandle = layer->getSurface();
........
}

return surfaceHandle;
}

Layer类的静态结构

下面的图展示了Layer类之间的继承关系：



所有的Layer都继承了LayerBaseClient，SurfaceFlinger统一通过LayerBaseClient类访问其他的派生Layer类
LayerBaseClient的内嵌类Surface继承了ISurface接口，ISurface用于和SurfaceFlinger的客户端交互
Layer和LayerBuffer都有各自的内嵌类：SurfaceLayer、SurfaceLayerBuffer，继承了LayerBaseClient的内嵌类Surface
LayerBuffer还有另外的内嵌类：Source，并且派生出另外两个内嵌类：BufferSource、OverlaySource

ISurface接口

ISurface接口其实非常简单，只有几个函数：

requestBuffer() // Layer类使用，用于申请frontbuffer、backbuffer，初始化或size变化时调用
registerBuffers() // LayerBuffer类使用，用于注册IMemoryHeap接口
unregisterBuffers() // LayerBuffer类使用，用于注销IMemoryHeap接口
postBuffer() // post用于刷新的图像数据
createOverlay() // 用于创建Overlay表面

LayerBaseClient的派生类中，会有一个内嵌类，继承LayerBaseClient::Surface，然后根据需要会实现该接口的相应函数。

Layer类

Layer类是使用最多的一个，普通的应用程序窗口都会对应一个Layer类，Layer类的内嵌类SurfaceLayer继承了ISurface接口，创建Layer类时，将会返回一个ISurface接口给创建者。并且，Layer类在创建时会建立两个GraphicBuffer对象，这两个Buffer在不同的时刻分别被作为frontbuffer和backbuffer，frontbuffer用于本窗口的画图操作，backbuffer用于所有窗口的混合操作。但是两个GraphicBuffer对象在创建时并没有真正地分配内存，而是在第一次lockBuffer时才正式通过ISurface接口的requestBuffer方法申请内存，当窗口的大小发生变化时，也要重新分配适合窗口大小的内存。Layer类的主要成员函数如下：

createSurface() 返回ISurface接口
setBuffers() 创建两个GraphicBuffer对象，创建ISurface接口的实现类SurfaceLayer
onDraw() 把frontbuffer中的图像数据通过OpenGL混合到OpenGL的主表面中
doTransaction() 检测并处理窗口大小变化
lockPageFlip() 获取frontbuffer，并且生成frontbuffer的OpenGL贴图
finishPageFlip() unlock frontbuffer，此后该buffer会queue到空闲列表中，下次可以作为backbuffer使用

LayerDim和LayerBlur

LayerDim和LayerBlur，他们的显示内容是固定不变的（透明的黑色），所以不需要分配两个GraphicBuffer对象，因此它们也没有继承自LayerBaseClient::Surface的内嵌类，而是直接使用LayerBaseClient::Surface类作为它们的ISurface接口。以LayerDim为例跟踪一下它的Draw过程：

创建LayerDim时，在LayerDim.initDimmer()中生成纯黑的OpenGL贴图

[cpp]
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void LayerDim::initDimmer(SurfaceFlinger* flinger, uint32_t w, uint32_t h)
{
sTexId = -1;
sImage = EGL_NO_IMAGE_KHR;
......
if (LIKELY(flags & DisplayHardware::DIRECT_TEXTURE)) {
/* 申请GraphicBuffer */
sp<GraphicBuffer> buffer = new GraphicBuffer(w, h, PIXEL_FORMAT_RGB_565,
GraphicBuffer::USAGE_SW_WRITE_OFTEN |
GraphicBuffer::USAGE_HW_TEXTURE);

android_native_buffer_t* clientBuf = buffer->getNativeBuffer();
/* 申请OpenGL贴图 */
glGenTextures(1, &sTexId);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, sTexId);

EGLDisplay dpy = eglGetCurrentDisplay();
sImage = eglCreateImageKHR(dpy, EGL_NO_CONTEXT,
EGL_NATIVE_BUFFER_ANDROID, (EGLClientBuffer)clientBuf, 0);
glEGLImageTargetTexture2DOES(GL_TEXTURE_2D, (GLeglImageOES)sImage);
......
// initialize the texture with zeros
GGLSurface t;
buffer->lock(&t, GRALLOC_USAGE_SW_WRITE_OFTEN);
memset(t.data, 0, t.stride * t.height * 2);
buffer->unlock();
sUseTexture = true;
}
}

在OnDraw()中把第一步生成的贴图混合到OpenGL的主表面中

[c-sharp]
view plaincopy

void LayerDim::onDraw(const Region& clip) const
{
const State& s(drawingState());
Region::const_iterator it = clip.begin();
Region::const_iterator const end = clip.end();
if (s.alpha>0 && (it != end)) {
const DisplayHardware& hw(graphicPlane(0).displayHardware());
......
/* 设置透明值 */
glColor4x(0, 0, 0, alpha);

#if defined(DIM_WITH_TEXTURE) && defined(EGL_ANDROID_image_native_buffer)
if (sUseTexture) {
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, sTexId);
glEnable(GL_TEXTURE_2D);
glTexEnvx(GL_TEXTURE_ENV, GL_TEXTURE_ENV_MODE, GL_REPLACE);
const GLshort texCoords[4][2] = {
{ 0, 0 },
{ 0, 1 },
{ 1, 1 },
{ 1, 0 }
};
glMatrixMode(GL_TEXTURE);
glLoadIdentity();
glEnableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);
glTexCoordPointer(2, GL_SHORT, 0, texCoords);
} else
#endif
{
glDisable(GL_TEXTURE_2D);
}

GLshort w = sWidth;
GLshort h = sHeight;
const GLshort vertices[4][2] = {
{ 0, 0 },
{ 0, h },
{ w, h },
{ w, 0 }
};
glVertexPointer(2, GL_SHORT, 0, vertices);

while (it != end) {
const Rect& r = *it++;
const GLint sy = fbHeight - (r.top + r.height());
glScissor(r.left, sy, r.width(), r.height());
glDrawArrays(GL_TRIANGLE_FAN, 0, 4);
}
}
glDisableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);
}

LayerBuffer

《未完待续》

/ApiDemos/src/com/example/android/apis/app/TranslucentBlurActivity.java