Android GUI 系统综述

GUI（Graphical User Interface）即图形用户界面，官方架构图如下：

下面分别介绍上图中的几个重要角色：

IMAGE STREAM PRODUCERS 图像流生产方

生成图形缓冲区以供消耗的任何内容，例如 OpenGL ES、Canvas 2D 和 mediaserver 视频解码器都是图像流生产方。

IMAGE STREAM CONSUMERS 图像流消耗方

图像流最常见的消耗方是 SurfaceFlinger，该系统服务接收来自于多个源的数据缓冲区，组合它们，并将它们发送给显示设备。

除了 SurfaceFlinger，OpenGL ES 应用也可以消耗图像流，例如相机应用会消耗相机预览图像流，另外非 GL 应用也可以消耗图像流，例如 ImageReader 类。

SurfaceFlinger 使用 OpenGL 和 Hardware Composer 来合成一组 Surface。

WindowManager

WindowManager 会控制 window 对象，window 是用于容纳视图对象的容器。

window 对象由 Surface 对象提供支持。WindowManager 会监督生命周期、输入和聚焦事件、屏幕方向、转换、动画、位置、变形、Z 轴顺序等窗口事件。

WindowManager 会将所有窗口元数据发送到 SurfaceFlinger，以便 SurfaceFlinger 可以使用这些数据合成 Surface。

Surface

无论开发者使用什么渲染 API，一切内容都会渲染到 Surface 上，Surface 即供 UI 应用程序绘制图像的 "画板"，承载应用要渲染的图像数据。

应用端可以使用 OpenGL ES 、Vulkan 或 Canvas API 渲染到 Surface 上。

Hardware Composer 硬件混合渲染器(HWC)

用于确定组合缓冲区的最有效方式，作为 HAL 硬件抽象层，其实现是基于特定设备的，通常由屏幕硬件设备制造商 (OEM) 完成。

SurfaceFlinger 在收集可见层的所有缓冲区后，便会询问 HWC 应如何进行合成。如果 HWC 将层合成类型标记为客户端合成，则 SurfaceFlinger 会合成这些层，然后 SurfaceFlinger 会将输出缓冲区传递给 HWC。

Gralloc

包括 fb 和 gralloc 两个设备，fb 负责打开内核中的 FrameBuffer、初始化配置，并提供了 post、setSwapInterval 等操作接口；gralloc 负责管理帧缓冲区的分配和释放。

作为 HAL，上层都会通过 Gralloc 来访问内核显示设备的帧缓冲区。

BufferQueue 与图像数据流

图像流由生产方流向消耗方，这种典型的生产者-消费者模型都是需要一个缓冲区队列的，BufferQueue 就是这个队列，它将图像流生产方与消耗方结合在一起，并且可以调解图像流从生产方到消耗方的固定周期。

如图，生产方通过 dequeue 向 BufferQueue 申请空闲的缓冲区，将图像数据存放进去，然后通过 queue 移交给 BufferQueue。

消耗方通过 acquire 从 BufferQueue 中获取图像数据缓冲区，然后进行合成显示或处理后，再将缓冲区交还给 BufferQueue。

对应到显示场景，应用程序作为生产方将图像数据交给 BufferQueue；SurfaceFlinger 则作为消耗方从 BufferQueue 中取出来，然后合成图像数据。