Android应用程序请求SurfaceFlinger服务创建Surface的过程分析

前面我们已经学习过Android应用程序与SurfaceFlinger服务的连接过程了。连接上SurfaceFlinger服务之后，Android应用程序就可以请求SurfaceFlinger服务创建Surface。而当有了Surface后，Android应用程序就可以用来渲染自己的UI了。在本文中，我们将详细分析Android应用程序请求SurfaceFlinger服务创建Surface的过程。

在讲述Android应用程序请求SurfaceFlinger服务创建Surface之前，我们首先了解一个Surface是由什么组成的。我们可以将Surface理解为一个绘图表面，Android应用程序负责往这个绘图表面填内容，而SurfaceFlinger服务负责将这个绘图表面的内容取出来，并且渲染在显示屏上。

在SurfaceFlinger服务这一侧，绘图表面使用Layer类来描述，Layer类的实现如图1所示。

图1 Layer类的实现

Layer类继承了LayerBaseClient类；LayerBaseClient类继承了LayerBase类；LayerBase类继续了RefBase类。从这些继承关系就可以看出，我们可以通过Android系统的智能指针来引用Layer对象，从而可以自动地维护它们的生命周期。

Layer类内部的成员变量mUserClientRef指向了一个ClientRef对象，这个ClientRef对象内部有一个成员变量mControlBlock，它指向了一个SharedBufferServer对象。从前面Android应用程序与SurfaceFlinger服务之间的共享UI元数据（SharedClient）的创建过程分析一文可以知道，SharedBufferServer类是用来在SurfaceFlinger服务这一侧描述一个UI元数据缓冲区堆栈的，即在SurfaceFlinger服务中，每一个绘图表面，即一个Layer对象，都关联有一个UI元数据缓冲区堆栈。

LayerBaseClient类内部有一个类型为LayerBaseClient::Surface的弱指针，它引用了一个Layer::SurfaceLayer对象。这个Layer::SurfaceLayer对象是一个Binder本地对象，它是SurfaceFlinger服务用来与Android应用程序建立通信的，以便可以共同维护一个绘图表面。

Layer::SurfaceLayer类继承了LayerBaseClient::Surface类，它的实现如图2所示。

图2 SurfaceLayer类的实现

理解这个图需要了解Android系统的Binder进程间通信机制，具体可以参考Android进程间通信（IPC）机制Binder简要介绍和学习计划一文。从这里就可以看出，Layer::SurfaceLayer类实现了ISurface接口，而Android应用程序就是通过这个接口来和SurfaceFlinger服务共同维护一个绘图表面的。

Layer::SurfaceLayer类内部有两个成员变量mFlinger和mOwner，前者指向了SurfaceFlinger服务，而后者指向了其宿主Layer对象。

ISurface接口定义在文件frameworks/base/include/surfaceflinger/ISurface.h中，它有一个重要的成员函数requestBuffer，如下所示：

图3 BpSurface类的实现
       理解这个图同样需要了解Android系统的Binder进程间通信机制，具体可以参考Android进程间通信（IPC）机制Binder简要介绍和学习计划一文。
       以上都是从SurfaceFlinger服务这一侧来理解一个Surface，下面我们再从Android应用程序这一侧来理解一个Surface。
       在Android应用程序这一侧，每一个绘图表面都使用一个Surface对象来描述，每一个Surface对象都是由一个SurfaceControl对象来创建的。Surface类和SurfaceControl类的关系以及实现如图4所示。

图4 Surface类和SurfaceControl类的关系以及实现
       SurfaceControl类的成员变量mClient是一个类型为SurfaceComposerClient的强指针，它指向了Android应用程序进程中的一个SurfaceComposerClient单例对象。在前面Android应用程序与SurfaceFlinger服务的连接过程分析一文中，我们已经看到过SurfaceComposerClient类的作用了，Android应用程序主要就是通过它来和SurfaceFlinger服务建立连接的，连接的结果就是得到一个类型为Client的Binder代理对象，保存它的成员变量mClient中。
      SurfaceControl类的成员变量mSurface是一个类型为ISurface的强指针，它指向了一个类型为BpSurface的Binder代理对象，而这个Binder代理对象引用的是一个Layer::SurfaceLayer对象。当Android应用程序请求SurfaceFlinger服务创建一个绘图表面的时候，SurfaceFlinger服务就会在内部创建一个Layer::SurfaceLayer对象，并且将这个Layer::SurfaceLayer对象的一个Binder代理对象返回来给Android应用程序，然后Android应用程序再将这个Binder代理对象保存在一个SurfaceControl对象的成员变量mSurface中。
      SurfaceControl类的成员变量mSurfaceData是一个类型为Surface的强指针，它指向了一个Surface对象。
      Surface类就是用来在Android应用程序这一侧描述绘图表面的，它的成员变量mSurface与它的宿主类SurfaceControl的成员变量mSurface指向的是同一个Binder代理对象，即它们都引用了在SurfaceFlinger服务内部所创建的一个类型为Layer::SurfaceLayer的Binder本地对象。
      Surface类的成员变量mClient指向了Android应用程序进程中的一个SurfaceClient单例对象。在前面Android应用程序与SurfaceFlinger服务之间的共享UI元数据（SharedClient）的创建过程分析一文中，我们已经介绍过SurfaceClient类的实现了，Android应用程序就是通过它来请求SurfaceFlinger服务创建共享UI元数据的，并且可以通过它来请求SurfaceFlinger服务渲染一个绘图表面。
      Surface类的成员变量mSharedBufferClient指向了一个SharedBufferClient对象。从前面Android应用程序与SurfaceFlinger服务之间的共享UI元数据（SharedClient）的创建过程分析一文可以知道，SharedBufferClient类是用来在Android应用程序这一侧描述一个UI元数据缓冲区堆栈的，即在Android应用程序中，每一个绘图表面，即一个Surface对象，都关联有一个UI元数据缓冲区堆栈。
      Surface类继承了EGLNativeBase类，而EGLNativeBase类又继承了ANativeWindow类。我们知道，Android系统是通过OpenGL库来绘制UI的。OpenGL库在绘制UI的时候，需要底层的系统提供一个本地窗口给它，以便它可以将UI绘制在这个本地窗口上。Android系统为OpenGL库定提供的本地窗口使用ANativeWindow类来描述，Surface类通过EGLNativeBase类间接地继承了ANativeWindow类，因此，Surface类也是用来描述OpenGL绘图所需要的一个本地窗口的。从这个角度出发，我们可以将Surface类看作OpenGL库与Android的UI系统之间的一个桥梁。
      讨论到这里，我们就可以知道，一个绘图表面，在SurfaceFlinger服务和Android应用程序中分别对应有一个Layer对象和一个Surface对象，这两个对象在内部分别使用一个SharedBufferServer对象和一个SharedBufferClient对象来描述这个绘图表面的UI元数据缓冲堆栈。在前面Android应用程序与SurfaceFlinger服务之间的共享UI元数据（SharedClient）的创建过程分析一文中，我们已经分析过这个UI元数据的创建过程了，接下来，我们再简要看一下SharedBufferServer类和SharedBufferClient类的定义。
      SharedBufferServer类和SharedBufferClient类均是从SharedBufferBase类继承下来的，如图5所示。

图5 SharedBufferBase、SharedBufferServer和SharedBufferClient的关系
      在基类SharedBufferBase中，有三个成员变量mSharedClient、mSharedStack和mIdentity。成员变量mSharedClient指向一块UI元数据缓冲区，即一个SharedClient对象；成员变量mSharedStack指向一个UI元数据堆栈，即一个SharedBufferStack对象；成员变量mIdentity用来描述一个绘图表面的ID。
      在前面Android应用程序与SurfaceFlinger服务之间的共享UI元数据（SharedClient）的创建过程分析一文提到，每一个与UI相关的Android应用程序内部都有一个唯一的SharedClient对象，这个SharedClient对象内部有一个SharedBufferStack数组surfaces，SharedBufferServer类的成员变量mSharedStack所指向的SharedBufferStack对象，正是成员变量mSharedClient所指向的一个SharedClient对象内部的一个SharedBufferStack数组的一个元素，这一点可以从SharedBufferServer类的构造函数实现来看出。
      SharedBufferServer类的构造函数frameworks/base/libs/surfaceflinger_client/SharedBufferStack.cpp文件中，如下所示：

图6 SharedBufferClient眼中的SharedBufferStack 
       在Android应用程序这一侧，当它需要渲染一个Surface时，它就会首先找到对应的SharedBufferClient对象，然后再调用它的成员函数dequeue来请求分配一个UI元数据缓冲区。有了这个UI元数据缓冲区之后，Android应用程序再调用这个SharedBufferClient对象的成员函数setDirtyRegion、setCrop和setTransform来设置对应的Surface的裁剪区域、纹理坐标以及旋转方向。此外，Android应用程序还会请求SurfaceFlinger服务为这个Surface分配一个图形缓冲区，以便可以往这个图形缓冲区写入实际的UI数据。最后，Android应用程序就可以调用这个SharedBufferClient对象的成员函数queue把前面已经准备好了的UI元数据缓冲区加入到它所描述的一个UI元数据缓冲区堆栈的待渲染队列中，以便SurfaceFlinger服务可以在合适的时候对它进行渲染。这个过程我们在下一篇文章中再详细分析。
       SharedBufferServer类的成员变量mNumBuffers的含义可以参考前面Android应用程序与SurfaceFlinger服务的关系概述和学习计划一文中的图7，如下所示。

图7 SharedBufferServer眼中的SharedBufferStack
        当SurfaceFlinger服务需要渲染一个Surface的时候，它就会找到对应的一个SharedBufferServer对象，然后调用它的成员函数getQueueCount来检查它所描述的一个UI元数据缓冲区堆栈的待渲染队列的大小。如果这个大小大于0，那么SurfaceFlinger服务就会继续调用它的成员函数retireAndLock来取出队列中的第一个UI元数据缓冲区，以及调用它的成员函数getDirtyRegion、getCrop和getTransform来获得要渲染的Surface的裁剪区域、纹理坐标和旋转方向。最后，SurfaceFlinger服务就可以结合这些信息来将保存这个Surface的图形缓冲区中的UI数据渲染在显示屏中。这个过程我们同样在下一篇文章中再详细分析。
       SharedBufferServer类的另外一个成员变量mBufferList指向了一个BufferList对象，这个BufferList对象是用来管理SharedBufferServer类所描述的一个UI元数据缓冲区堆栈的，接下来我们就简要分析它的定义。
       BufferList类定义在frameworks/base/include/private/surfaceflinger/SharedBufferStack.h文件中，如下所示：

图8 Android应用程序请求SurfaceFlinger服务创建Surface的过程 
       这个过程可以划分为20个步骤，接下来我们就详细分析每一个步骤。
       Step 1. SurfaceComposerClient.createSurface
SharedBufferClient::SharedBufferClient(SharedClient* sharedClient,        int surface, int num, int32_t identity)    : SharedBufferBase(sharedClient, surface, identity),      mNumBuffers(num), tail(0){    SharedBufferStack& stack( *mSharedStack );    tail = computeTail();    queued_head = stack.head;}
       这个函数定义在文件frameworks/base/libs/surfaceflinger_client/SharedBufferStack.cpp中。
       SharedBufferClient类的构造函数主要是用来初始化成员变量tail和queued_head的值。这两个成员变量的含义可以参考前面Android应用程序与SurfaceFlinger服务的关系概述和学习计划一文中的图6，这里不再详述。
       这里我们需要注意的是，这里的参数sharedClient指向了一个SharedClient对象，这个SharedClient对象与在前面Step 18中用来创建SharedBufferServer对象的SharedClient对象描述的是同一块匿名共享内存，而且这里的参数surface与在前面Step 18中用来创建SharedBufferServer对象的token的值是相等的，这意味着这一步所创建的SharedBufferClient对象与前面Step 19所创建的SharedBufferServer对象描述的是同一个SharedBufferStack对象，即同一个UI元数据缓冲区堆栈，并且这个UI元数据缓冲区堆栈已经在前面的Step 19中初始化好了。
       至此，Android应用程序请求SurfaceFlinger服务创建Surface的过程就分析完成了。我们需要重点掌握的是，当Android应用程序请求SurfaceFlinger服务创建一个Surface的时候，需要在SurfaceFlinger服务这一侧创建一个Layer对象、一个Layer::SurfaceLayer对象和一个SharedBufferServer对象，同时又需要在Android应用程序这一侧创建一个SurfaceControl对象、一个Surface对象和一个SharedBufferClient对象。掌握了这些知识之后，在接下来的一篇文章中，我们就可以分析Android应用程序请求SurfaceFlinger服务渲染Surface的过程了，敬请期待！

1楼melvinchan59分钟前
牛人辛苦，深夜还在写博客