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Android进阶之SurfaceView与TextureView详解
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SurfaceView 以及 TextureView 均继承于 android.view.View,属于 Android 提供的控件体系的一部分。与普通 View 不同,它们都在独立的线程中绘制和渲染。

前言

SurfaceView 以及 TextureView 均继承于 android.view.View,属于 Android 提供的控件体系的一部分。与普通 View 不同,它们都在独立的线程中绘制和渲染。所以,相比于普通的 ImageView 它们的性能更高,因此常被用在对绘制的速率要求比较高的应用场景中,用来解决普通 View 因为绘制的时间延迟而带来的掉帧的问题,比如用作相机预览、视频播放的媒介等;

今天我们就来详细介绍下;

一、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:

  • 通过Surface(因为Surface是句柄)就可以获得原生缓冲器以及其中的内容。就像在C语言中,可以通过一个文件的句柄,就可以获得文件的内容一样;
  • 原生缓冲器(rawbuffer)是用于保存当前窗口的像素数据的。
  • 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);

二、SurfaceView应用详解

1、SurfaceView 介绍

  • 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。
  1. if (mWindow == null) {   
  2.     mWindow = new MyWindow(this);   
  3.     mLayout.type = mWindowType;   
  4.     mLayout.gravity = Gravity.LEFT|Gravity.TOP;   
  5.     mSession.addWithoutInputChannel(mWindow, mWindow.mSeq, mLayout,   
  6.     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;
  • 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;

2、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。

3、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.

4、SurfaceView简单应用

SurfaceView 的 getHolder() 方法获取图层 (Surface),它通过接口 SurfaceHolder 提供。当 SurfaceView 所在的窗口可见的时候,图层 (Surface) 会被创建。你可以通过实现 SurfaceHolder.Callback.surfaceCreated(SurfaceHolder) 和 SurfaceHolder.Callback.surfaceDestroyed(SurfaceHolder) 监听 Surface 的创建和销毁事件,并且只能在这两个方法之间对图层 (Surface) 进行操作。SurfaceView 和 SurfaceHolder.Callback 的所有方法都会被主线程调用,所以当在子线程中进行绘制的时候,必须妥善进行线程的同步

  1. class SurfaceViewActivity : CommonActivity<ActivitySurfaceViewBinding>(), SurfaceHolder.Callback { 
  2.     private lateinit var camera: Camera 
  3.     private lateinit var surfaceView: SurfaceView 
  4.     private lateinit var holder: SurfaceHolder 
  5.     override fun getLayoutResId(): Int = R.layout.activity_surface_view 
  6.     override fun doCreateView(savedInstanceState: Bundle?) { 
  7.         surfaceView = SurfaceView(this) 
  8.         // Add callback to listen the lifecycle callback for SurfaceView 
  9.         holder = surfaceView.holder 
  10.         holder.addCallback(this) 
  11.         binding.cl.addView(surfaceView) 
  12.     } 
  13.     override fun surfaceCreated(holder: SurfaceHolder?) { 
  14.         camera = Camera.open() 
  15.         camera.setPreviewDisplay(holder) 
  16.         camera.startPreview() 
  17.     } 
  18.     override fun surfaceChanged(holder: SurfaceHolder?, format: Int, width: Int, height: Int) { 
  19.         // Ignored, Camera does all the work for us 
  20.     } 
  21.     override fun surfaceDestroyed(holder: SurfaceHolder?) { 
  22.         camera.stopPreview() 
  23.         camera.release() 
  24.     } 

SurfaceView 也提供了生命周期的回调接口。当我们只需要从 SurfaceView 上面得到一个 SurfaceHolder 实例然后向其中添加回调即可;

二、TextureView详解

1、TextureView介绍

  • 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。
  • TextureView 在 API 14 中引入,用来展示流,比如视频和 OpenGL 等的流。这些流可以来自应用进程或者是跨进程的。它只能用在开启了硬件加速的窗口,否则无法绘制任何内容。与 SurefaceView 不同,TextureView 不会创建一个独立的窗口,而是像一个普通的 View 一样。这种区别使得 TextureView 可以移动、转换和做动画等,比如你可以使用 TextureView 的 setAlpha() 方法将其设置成半透明的
  • 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。

TextureView 的使用非常简单,你只需要获取到它的 SurfaceTexture. 然后就可以使用它来渲染;

  1. class TextureViewActivity : CommonActivity<ActivityTextureViewBinding>(), TextureView.SurfaceTextureListener { 
  2.     private lateinit var camera: Camera 
  3.     private lateinit var textureView: TextureView 
  4.     override fun getLayoutResId(): Int = R.layout.activity_texture_view 
  5.     override fun doCreateView(savedInstanceState: Bundle?) { 
  6.         textureView = TextureView(this) 
  7.         // Add callback to listen the lifecycle callback for TextureView 
  8.         textureView.surfaceTextureListener = this 
  9.         binding.cl.addView(textureView) 
  10.     } 
  11.     override fun onSurfaceTextureAvailable(surface: SurfaceTexture?, width: Int, height: Int) { 
  12.         camera = Camera.open() 
  13.         // Add the surface texture to camera 
  14.         camera.setPreviewTexture(surface) 
  15.         camera.startPreview() 
  16.     } 
  17.     override fun onSurfaceTextureSizeChanged(surface: SurfaceTexture?, width: Int, height: Int) { 
  18.         // Ignored, Camera does all the work for us 
  19.     } 
  20.     override fun onSurfaceTextureUpdated(surface: SurfaceTexture?) { 
  21.         // Invoked every time there's a new Camera preview frame 
  22.     } 
  23.     override fun onSurfaceTextureDestroyed(surface: SurfaceTexture?): Boolean { 
  24.         // Release everything when texture destroyed 
  25.         camera.stopPreview() 
  26.         camera.release() 
  27.         return true 
  28.     } 

TextureView 的 SurfaceTexture 可以通过 getSurfaceTexture() 方法或者通过 SurfaceTextureListener 获取到。还有一点很重要的是,SurfaceTexture 只在 TextureView 关联到窗口并且 onAttachedToWindow() 被触发的之后可用。因此,强烈建议使用监听的方式来获取 SurfaceTexture 可用的通知。

还有一个重要的就是,在同一时刻只能由一个生产者可以使用 TextureView,就是说,当你使用 TextureView 作为相机预览的时候是无法使用 lockCanvas() 同时在 TextureView 上面进行绘制的。

除了只能在开启了硬件加速的窗口中使用,TextureView 消费的内存要比 SurfaceView 要多,并伴随着 1-3 帧的延迟;

2、SurfaceTexture介绍

  • 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。

3、SurfaceView 和 TextureView区别

  • 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。

  • 在Android 7.0上系统 Surfaceview 的性能比 TextureView 更有优势,支持对象的内容位置和包含的应用内容同步更新,平移、缩放不会产生黑边。在7.0以下系统如果使用场景有动画效果,可以选择性使用TextureView。
  • 由于失效(invalidation)和缓冲的特性,TextureView增加了额外1~3帧的延迟显示画面更新。
  • TextureView总是使用GL合成,而SurfaceView可以使用硬件overlay后端,可以占用更少的内存。
  • TextureView的内部缓冲队列导致比SurfaceView使用更多的内存。
  • SurfaceView:内部自己持有surface,surface 创建、销毁、大小改变时系统来处理的,通过surfaceHolder 的callback回调通知。
  • 当画布创建好时,可以将surface绑定到MediaPlayer中。SurfaceView如果为用户可见的时候,创建SurfaceView的SurfaceHolder用于显示视频流解析的帧图片,如果发现SurfaceView变为用户不可见的时候,则立即销毁SurfaceView的SurfaceHolder,以达到节约系统资源的目的

总结:

TextureView 和 SurfaceView 都继承自 View 类,但是 TextureView 在 Andriod 4.0 之后的 API 中才能使用。SurfaceView 可以通过 SurfaceHolder.addCallback() 方法在子线程中更新 UI;TextureView 则可以通过 TextureView.setSurfaceTextureListener() 在子线程中更新 UI,能够在子线程中更新 UI 是上述两控件相比于 View 的最大优势

责任编辑:武晓燕 来源: Android开发编程
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