hwui介绍与分析

用户1907613

发布于 2023-09-17 14:58:16

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发布于 2023-09-17 14:58:16

文章被收录于专栏：Android群英传

hwui全称**HardwareAcceleratedRenderingEngineforUI，**hwui是一个基于GPU加速的2D图形引擎。HWUI的目标是提供高效、稳定、高质量的2D图形渲染能力，为Android系统的UI体验提供技术支持。

相关源码位于目录android/platform/framework/base/libs/hwui 文末有福利~

hwui的大部分代码以C++实现，Android平台对应到libhwui.so这个动态库.本文主要介绍一下hwui，简单梳理hwui绘制原理、绘制流程，不涉及过多细节。

概述

hwui介绍

hwui简单讲，就是一个2D渲染引擎；Android各种View组件都是通过这个引擎实现的。

hwui设计

● hwui的2D绘制接口通过Canvas类提供，支持多种后端实现；skia opengles、skia vulkan、opengles（早期版本支持）等。

● DisplayList设计：hwui里有一个DisplayList设计，和OpenGL的DisplayList概念相似，都是用来打包渲染命令的；hwui的DisplayList打包的是skia渲染命令。 ● RenderNode设计：hwui一次渲染任务都是由一个个渲染节点RenderNode构成的，这些渲染节点组成树形结构；开始渲染时，从Root节点开始，以DFS的方式进行遍历处理。一个View至少有一个RenderNode。 ● 多线程模式：为了最大利用CPU性能，hwui把渲染分到了两个线程处理，即UI线程和RenderThread线程（简称RT线程）。UI线程负责整个VIew绘制逻辑，以及把Canvas的绘制命令打包成Skia的绘制命令存储到DisplayList；RT线程依次取出这些绘制命令并处理。 ● UI线程SkCanvas和RT线程SkCanvas区别：UI线程SkCanvas的实例是一个空壳，不会执行任何绘制操作，任务drawXXX函数都会调用到其派生类RecordingCanvas的onDrawXXX函数内部；RT线程SkCanvas的实例，通过SkSurface获取，和opengles后端绑定，会执行当前的绘制操作。

Canvas分析

hwui的绘制接口都是通过Canvas类向外部提供的。

Canvas类图梳理

传给View系统的都是Canvas的派生类RecordingCanvas的实例；RecordingCanvas对应到Native层就是SkiaRecordingCanvas。SkiaRecordingCanvas里面有两个关键的成员变量：RecordingCanvas和SkiaDisplayList。RecordingCanvas是SkCanvas的派生类。

Canvas创建流程分析

Canvas一般都调用RenderNode的beginRecording函数创建。流程如下：

Canvas的draw函数分析

执行Canvas的draw call函数时，Canvas相关的绘制函数会调用到SkiaRecordingCanvas内的绘制函数；SkiaRecordingCanvas内的绘制函数会把绘制命令转化成Skia绘制命令，并调用RecordingCanvas内的绘制函数；RecordingCanvas内的绘制函数会调用DisplayListData内的绘制函数；DisplayListData内的绘制函数就会把绘制命令存起来。



struct DrawRect final : Op {
    static const auto kType = Type::DrawRect;
    DrawRect(const SkRect& rect, const SkPaint& paint) : rect(rect), paint(paint) {}
    SkRect rect;
    SkPaint paint;
    void draw(SkCanvas* c, const SkMatrix&) const { c->drawRect(rect, paint); }
};

void SkiaCanvas::drawRect(float left, float top, float right, float bottom, const Paint& paint) {
    if (CC_UNLIKELY(paint.nothingToDraw())) return;
    applyLooper(&paint, [&](const SkPaint& p) {
        mCanvas->drawRect({left, top, right, bottom}, p);
    });
}

void SkCanvas::drawPaint(const SkPaint& paint) {
    TRACE_EVENT0("skia", TRACE_FUNC);
    this->onDrawPaint(paint);
}

void RecordingCanvas::onDrawRect(const SkRect& rect, const SkPaint& paint) {
    fDL->drawRect(rect, paint);
}

void DisplayListData::drawRect(const SkRect& rect, const SkPaint& paint) {
    this->push<DrawRect>(0, rect, paint);
}

RenderNode分析

hwui一次渲染任务都是由一个个渲染节点RenderNode构成的，这些渲染节点组成树形结构。开始渲染时，从Root节点开始，以DFS方式进行遍历处理。

RenderNode类图梳理

RenderNode的渲染命令和数据存储在mDisplayList、mStagingDisplayList和mProperties、mStagingProperties。分析RenderNode就是分析mDisplayList、mStagingDisplayList和mProperties、mStagingProperties的设置逻辑、处理逻辑。

RenderNode创建流程分析

每个VIew持有一个RenderNode，同时HardwareRenderer持有一个RenderNode；HardwareRenderer持有的RenderNode为Root RenderNode，VIew持有的RenderNode为Sub RenderNode。HardwareRenderer的Root RenderNode在HardwareRenderer构造时被创建，VIew的RenderNode在VIew构造时被创建。

属性设置函数(如setTranslationX等)分析

RenderNode的属性设置函数(如setTranslationX等)，会把属性值设置到mStagingProperties里面，并把mDirtyPropertiesFields对应的bit位设置成1。

beginRecording & endRecording函数分析

RenderNode的beginRecording函数会创建一个RecordingCanvas，并保存到mCurrentRecordingCanvas，然后把这个RecordingCanvas传到上层；上层通过这个Canvas执行的绘制指令，都会被存到该Canvas的DisplayList中。RenderNode的endRecording函数会把mCurrentRecordingCanvas中的mDisplayList保存到mStagingDisplayList。

mStagingDisplayList不仅存储着渲染指令，还存储子渲染节点。当通过RenderNode（假设A）生成的Canvas绘制其他RenderNode（假设B）时，drawRenderNode函数除了调用drawDrawable生成一个绘制命令保存起来，还会将被绘制的RenderNode保存到mStagingDisplayList的mChildNodes中；这个被绘制的RenderNode（B）就成了RenderNode（A）的子节点。

prepareTreeImpl函数分析

RenderNode的prepareTreeImpl函数会把mStagingProperties保存到mProperties、mStagingDisplayList保存到mDisplayList中，并递归调用mDisplayList的mChildNodes的prepareTreeImpl函数。

创建自己的RenderNode，并加入到View系统中

View & ViewGroup分析

View & ViewGroup是Android View系统UI控件基类。通过重载View类的onDraw函数可以绘制出各种各样的控件。 View和RenderNode一样都是树形结构。树的分支节点是ViewGroup类型，叶子节点是View类型。每个View实例对应一个RenderNode实例mRenderNode；View的onDraw函数中的canvas参数，就是通过mRenderNode获取的。

View类图梳理

updateDisplayListIfDirty函数分析

updateDisplayListIfDirty函数触发View的绘制（此处说的绘制，是更新DisplayList）；执行updateDisplayListIfDirty函数后，View就会绘制自己以及子View。draw函数、onDraw函数都是在此时触发执行的。下图是最顶层View的绘制流程。

渲染流程分析

初步了解了Canvas、RenderNode、View的设计后，再分析渲染流程就非常简单了。渲染流程分为如下几个关键步骤：

执行RenderThread的requireGLContext函数：该函数主要是初始化egl环境和skia环境，创建EGLContext和GrContext。
创建EGLSurface。
执行最顶层View的updateDisplayListIfDirty函数，并把最顶层View的RenderNode加入到HardwareRenderer的RenderNode。
执行根RenderNode的prepareTreeImpl函数：会把RenderNode的mStagingProperties保存到mProperties，mStagingDisplayList保存到mDisplayList，并递归调用mDisplayList的mChildNodes的prepareTreeImpl函数。
执行SkiaOpenGLPipeline的draw函数：该函数首先创建一个和fb0绑定的SkSurface，然后把DisplayList里面的绘制命令取出来执行。下面是具体的执行流程：



IRenderPipeline::DrawResult SkiaOpenGLPipeline::draw(
        const Frame& frame, const SkRect& screenDirty, const SkRect& dirty,
        const LightGeometry& lightGeometry, LayerUpdateQueue* layerUpdateQueue,
        const Rect& contentDrawBounds, bool opaque, const LightInfo& lightInfo,
        const std::vector<sp<RenderNode>>& renderNodes, FrameInfoVisualizer* profiler) {
    ...
    sk_sp<SkSurface> surface(SkSurface::MakeFromBackendRenderTarget(
            mRenderThread.getGrContext(), backendRT, this->getSurfaceOrigin(), colorType,
            mSurfaceColorSpace, &props));

    ...
    renderFrame(*layerUpdateQueue, dirty, renderNodes, opaque, contentDrawBounds, surface,
                SkMatrix::I());
    ...
    {
        ATRACE_NAME("flush commands");
        surface->flushAndSubmit();
    }
    ...
}

void SkiaPipeline::renderFrame(const LayerUpdateQueue& layers, const SkRect& clip,
                               const std::vector<sp<RenderNode>>& nodes, bool opaque,
                               const Rect& contentDrawBounds, sk_sp<SkSurface> surface,
                               const SkMatrix& preTransform) {
    ...
    // Initialize the canvas for the current frame, that might be a recording canvas if SKP
    // capture is enabled.
    SkCanvas* canvas = tryCapture(surface.get(), nodes[0].get(), layers);
    ...
    renderFrameImpl(clip, nodes, opaque, contentDrawBounds, canvas, preTransform);
    ...
}

触发绘制的流程分析

当View组件内容出现更新，或者属性出现更新时，就会触发hwui的绘制。 View组件内容更新时，会执行View的requestLayout函数；View的requestLayout函数会调用parent的requestLayout函数，一直递归到ViewRootImpl。 ViewRootImpl的requestLayout函数会执行scheduleTraversals函数；scheduleTraversals函数申请Vsync信号；下个周期的Vsync信号到来，ViewRootImpl就会执行performTraversals函数；performTraversals函数内部就会执行绘制。以TextView为例，具体流程如下：