【Android API指南】动画和图像(6) - 硬件加速

从Android3.0开始，Android 2D渲染通道被设计成能很好的支持硬件加速。使用GPU的View在Canvas上进行画的操作时都会使用硬件加速。在最新的Android版本里，图形硬件加速及绘制技巧得到了更好的提升。

开启硬件加速最简单的方法就是在整个程序中全局开启它，如果程序只使用标准的View和Drawable的话，全局开启没什么影响，但是硬件加速不支持所有的2D绘制操作，所以全局开启会对自定义组件产生影响。问题常常是出在一些不可见的元素或者错误的渲染像素。为了修复这个问题，你可以有选择的开启硬件加速，可选择的级别有：

• Application
• Activity
• Window
• View

如果使用自定义绘制，那么需要在真实的设备上测试硬件加速是否有问题。

控制硬件加速

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你可以在下面这些级别控制硬件加速：

• Application
• Activity
• Window
• View

Application 级别

在manifest文件中添加下面属性开启硬件加速：

<application android:hardwareAccelerated="true" ...>

Activity 级别

可以开启全局硬件加速，然后在特定的activity上关闭硬件加速：

<application android:hardwareAccelerated="true">    <activity ... />    <activity android:hardwareAccelerated="false" /></application>

Window 级别

如果你需要更加细粒的纹理控制，你可以这样开启硬件加速：

getWindow().setFlags(    WindowManager.LayoutParams.FLAG_HARDWARE_ACCELERATED,    WindowManager.LayoutParams.FLAG_HARDWARE_ACCELERATED);

提示：不能在Window级别关闭硬件加速。

View 级别

你可以为个别的View关闭硬件加速：

myView.setLayerType(View.LAYER_TYPE_SOFTWARE, null);

提示：不能在View级别开启硬件加速。

判断一个View是否开启了硬件加速

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在做自定义绘制的时候，判断一个View是否已经开启硬件加速是很有用的。

下面是两个不同的判断方法：

• View.isHardwareAccelerated()
• Canvas.isHardwareAccelerate()

最好使用Canvas.isHardwareAccelerate()，因为一个开启了硬件加速的View也有可能使用一个非硬件加速的Canvas。这种情况发生在，绘制一个view到位图后做为缓存。

Android绘制模型

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当硬件加速被开启后，Android使用一种新的绘制模型，使用一个显示列表去渲染程序到屏幕中。了解Android的软件绘制模型和硬件加速绘制模型很有必要。

软件绘制模型

软件绘制模型的步骤是：

1. 使层级无效。

2. 绘制层级。

当程序需要更新UI的一部分时，它会在任何包含被改变内容的View上调用invalidate()。这个无效的消息会发送给所有唤醒着的view层，去计算需要重绘的区域。然后Android会去绘制任何与这个脏区域相交的view层级，不幸的是，这种模式有两种缺陷：

1. 需要更多的代码，比如，当一个button在一个view上时，如果在button上调用invalidate()，那么整个view也需要重绘，即便是这个view没有任何改变。
2. 另外一问题就是，会在程序中隐藏一些bug。当重绘和脏区域有相交的view时，这个view可能没有调用invalidate()就重绘了。这种情况下，你正依靠其他view的无效去获得这个view的合适状态。而这种状态可能会在你修改代码后发生改变，所以，当你修改影响自定义view的代码时，你应该调用invalidate()来更新数据和状态，而不是依靠其他view。

提示：Android自带view会在属性改变时自动调用invalidate()。

硬件加速绘制模型

Android仍然使用invalidate()和draw()去请求屏幕更新和渲染view。但是实际绘图处理方式不同。不是直接执行绘制命令，而是把指令记录到一个显示列表中，这个列表包含视图层绘制代码输出。另外一个优势是，Android系统仅仅需要记录和更新显示列表，没有被失效的视图被先前记录的显示列表调用并重画，步骤是：

1. 让层失效
2. 记录和更新显示列表
3. 绘制显示列表

使用这个模型，你不能依靠view和脏区域的相交执行draw()方法。为了确保系统记录了一个view的显示列表，你必须调用invalidate()。如果忘记这样做的话，就不会看到改过的效果，这就很容易发现bug。

使用显示列表也可以提高动画性能，比如透明度或者旋转，不需要让目标view失效（它会自动执行）。优化应用于任何开启硬件加速的程序中的view。比如，假设有一个LinearLayout包含一个ListView，上面有一个Button，那么显示列表是这样的：

• DrawDisplayList(ListView)
• DrawDisplayList(Button)

现在你想要修改ListView的透明度，调用了setAlpha(0.5f)后，显示列表现在包含内容是这样的：

• SaveLayerAlpha(0.5)
• DrawDisplayList(ListView)
• Restore
• DrawDisplayList(Button)

ListView中复杂的绘制代码不会被执行，系统仅仅更新了LinearLayout的显示列表。在没有开启硬件加速的程序，list和他的父view的绘制代码都会被执行。

不支持的绘制操作

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硬件加速不支持的操作：

• Canvas
  clipPath()
  clipRegion()
  drawPicture()
  drawTextOnPath()
  drawVertices()
• Paint
  setLinearText()
  setMaskFilter()
  setRasterizer()
• Xfermodes
  AvoidXfermode
  PixelXorXfermode

另外，一些操作在硬件加速后表现不一样：

• Canvas
  clipRect()：XOR, Difference和ReverseDifference剪切模式被忽略。3D转换不会应用于剪切矩形。
  drawBitmapMesh()：颜色数组被忽略
• Paint
  setDither()：忽略
  setFilterBitmap()：过滤器会一直开启
  setShadowLayer()：只有text能使用
• PorterDuffXfermode
  PorterDuff.Mode.DARKEN 当针对framebuffer时和SRC_OVER是等效的。
  PorterDuff.Mode.LIGHTEN 当针对framebuffer时和SRC_OVER是等效的。 
  PorterDuff.Mode.OVERLAY 当针对framebuffer时和SRC_OVER是等效的。 
  
• ComposeShader
  ComposeShader 只能包含不同类型的着色器
  ComposeShader 不能包含一个ComposeShader

如果你的程序被任何缺少特性或者限制所影响，你可以在受影响的部分关闭硬件加速。

View层

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所有Android版本的view都有能力去渲染屏幕外的缓冲区，不管是使用绘制缓冲，还是使用Canvas.saveLayer()。屏幕外缓冲和层有很多用法，在复杂的动画或者组合效果时，使用它们能取得好的性能，例如，要实现一个渐变效果，你可以使用Canvas.saveLayer()在一个层上临时渲染一个view，然后使用一个不透明的因素混合这个view实现效果。

从Android3.0开始，你可以使用View.setLayerType()对层进行控制。这个API有两个参数：你想使用的layer的类型和Paint对象。你可以使用Paint去应用颜色过滤器，指定混合模型，透明度。view可以使用三个layer类型中的一个：

• LAYER_TYPE_NONE：默认效果，不支持屏幕外缓冲。
• LAYER_TYPE_HARDWARE：如果程序已经硬件加速，视图被硬件纹理渲染。如果没有开启硬件加速，效果和下面的LAYER_TYPE_SOFTWARE一样。
• LAYER_TYPE_SOFTWARE：软件渲染到一个位图。

使用哪个类型取决你的目标：

• 性能：使用硬件层类型去渲染一个view到硬件纹理。一旦view已经被渲染到layer，直到view调用invalidate()才会执行绘制代码。一些动画可以执行被应用到layer上，这样使用GPU是非常高效的。
• 视觉效果：使用一个硬件或者软件类型和一个Paint去进行一个特别的视觉效果处理。例如，使用一个ColorMatrixColorFilter可以绘制一个黑白视图。
• 兼容性：使用软件类型会强制软件渲染一个view。如果一个view是被硬件加速的，就会存在渲染问题，这是一个和硬件渲染限制一起工作的简单方法。

View层和动画

程序已经开启硬件加速的话，硬件层能提供更快更平滑的动画。如果动画比较复杂，要达到60帧每秒的话可能性不是很大，使用硬件层能够缓解渲染的压力。硬件纹理能够被用于动画，而且产生动画时不需要不断的重绘，除非你改变view的属性，那么会调用invalidate()，或者你自己调用invalidate()。如果你的程序动画不够平滑的话，那么考虑开启硬件层吧：

当view被硬件层所支持，那么它的一些属性会被层和屏幕混合处理，设置这些属性将会很高效，因为他们不需要失效和重绘。设置view的下面这些属性不会被重绘：

• alpha：改变层的透明度
• x，y，translationX，translationY：改变层的位置
• scaleX，scaleY：改变层的尺寸
• rotation，rotatonX，rotationY：改变层的3D方位
• pivotX，pivotY：改变层的转换原点。

通过属性的set方法实现动画，下面的代码展示了一个沿着Y轴的3D旋转：

view.setLayerType(View.LAYER_TYPE_HARDWARE, null);ObjectAnimator.ofFloat(view, "rotationY", 180).start();

由于硬件层会消耗视频内存，所以动画运行完成后我们要关闭它，你可以使用动画监听完成这个功能：

View.setLayerType(View.LAYER_TYPE_HARDWARE, null);ObjectAnimator animator = ObjectAnimator.ofFloat(view, "rotationY", 180);animator.addListener(new AnimatorListenerAdapter() {    @Override    public void onAnimationEnd(Animator animation) {        view.setLayerType(View.LAYER_TYPE_NONE, null);    }});animator.start()

提示和技巧

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在程序中减少view的数量

view越多，绘制越慢，优化UI做简单的办法就减少view。

避免透支

不要叠加绘制太多层。移除那些被掩盖的层，如果必须要重叠的话，原则是总像素不要超过屏幕像素的2.5倍。

不要在绘制方法中创建渲染对象

一种普遍的错误就是在渲染方法中创建一个新的Paint和新的Path。这会让垃圾收集器运行更加频繁，而且也会绕过硬件通道的缓存和优化。

不要频繁修改形状

对于复杂的形状，路径，圆的实例会使用纹理遮罩来渲染，创建和修改这些形状都会创建一个新的遮罩，这样很浪费资源。

不要频繁修改位图

每次修改位图，GPU纹理就会重新加载。

小心使用透明度

当你使用setAlpha(), AlphaAnimation, 或者ObjectAnimator设置透明度时，它还会在屏幕外缓冲区被渲染，这就是两次渲染需求，所以在大视图上使用透明度的时候，最好设置view的层类型为LAYER_TYPR_HARDWARE。