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android界面实现原理

发布时间:2023-06-15 21:04:26

‘壹’ android 下拉滚动页面怎么实现

以下是我自己花功夫编写了一种非常简单的下拉刷新实现方案,现在拿出来和大家分享一下。相信在阅读完本篇文章之后,大家都可以在自己的项目中一分钟引入下拉刷新功能 最近项目中需要用到ListView下拉刷新的功能,一开始想图省事,在网上直接找一个现成的,可是尝试了网上多个版本的下拉刷新之后发现效果都不 怎么理想。有些是因为功能不完整或有Bug,有些是因为使用起来太复杂,十全十美的还真没找到。因此我也是放弃了在网上找现成代码的想法,自己花功夫编写 了一种非常简单的下拉刷新实现方案,现在拿出来和大家分享一下。相信在阅读完本篇文章之后,大家都可以在自己的项目中一分钟引入下拉刷新功能。 首先讲一下实现原理。这里我们将采取的方案是使用组合View的方式,先自定义一个布局继承自LinearLayout,然后在这个布局中加入下拉 头和ListView这两个子元素,并让这两个子元素纵向排列。初始化的时候,让下拉头向上偏移出屏幕,这样我们看到的就只有ListView了。然后对 ListView的touch事件进行监听,如果当前ListView已经滚动到顶部并且手指还在向下拉的话,那就将下拉头显示出来,松手后进行刷新操 作,并将下拉头隐藏。原理示意图如下: 那我们现在就来动手实现一下,新建一个项目起名叫PullToRefreshTest,先在项目中定义一个下拉头的布局文件pull_to_refresh/apk/res/android" xmlns:tools="schemas/tools" android:id="@+id/pull_to_refresh_head" android:layout_width="fill_parent" android:layout_height="60dip" > <LinearLayout android:layout_width="200dip" android:layout_height="60dip" android:layout_centerInParent="true" android:orientation="horizontal" > <RelativeLayout android:layout_width="0dip" android:layout_height="60dip" android:layout_weight="3" > <ImageView android:id="@+id/arrow" android:layout_width="wrap_content" android:layout_height="wrap_content" android:layout_centerInParent="true" android:src="@drawable/arrow" /> <ProgressBar android:id="@+id/progress_bar" android:layout_width="30dip" android:layout_height="30dip" android:layout_centerInParent="true" android:visibility="gone" /> </RelativeLayout> <LinearLayout android:layout_width="0dip" android:layout_height="60dip" android:layout_weight="12" android:orientation="vertical" > <TextView android:id="@+id/description" android:layout_width="fill_parent" android:layout_height="0dip" android:layout_weight="1" android:gravity="center_horizontalbottom" android:text="@string/pull_to_refresh" /> <TextView android:id="@+id/updated_at" android:layout_width="fill_parent" android:layout_height="0dip" android:layout_weight="1" android:gravity="center_horizontaltop" android:text="@string/updated_at" /> </LinearLayout> </LinearLayout> </RelativeLayout> 在这个布局中,我们包含了一个下拉指示箭头,一个下拉状态文字提示,和一个上次更新的时间。当然,还有一个隐藏的旋转进度条,只有正在刷新的时候我们才会将它显示出来。 布局中所有引用的字符串我们都放在stringsmit(); new HideHeaderTask()/apk/res/android" xmlns:tools="schemas/tools" android:layout_width="match_parent" android:layout_height="match_parent" tools:context=".MainActivity" > <com.example.pulltorefreshtest.RefreshableView android:id="@+id/refreshable_view" android:layout_width="fill_parent" android:layout_height="fill_parent" > <ListView android:id="@+id/list_view" android:layout_width="fill_parent" android:layout_height="fill_parent" > </ListView> </com.example.pulltorefreshtest.RefreshableView> </RelativeLayout> 可以看到,我们在自定义的RefreshableView中加入了一个ListView,这就意味着给这个ListView加入了下拉刷新的功能,就是这么简单! 然后我们再来看一下程序的主Activity,打开或新建MainActivity,加入如下代码: 复制代码 代码如下: public class MainActivity extends Activity { RefreshableView refreshableView; ListView listView; ArrayAdapter<String> adapter; String[] items = { "A", "B", "C", "D", "E", "F", "G", "H", "I", "J", "K", "L" }; @Override protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); requestWindowFeature(Window.FEATURE_NO_TITLE); setContentView(R.layout.activity_main); refreshableView = (RefreshableView) findViewById(R.id.refreshable_view); listView = (ListView) findViewById(R.id.list_view); adapter = new ArrayAdapter<String>(this, android.R.layout.simple_list_item_1, items); listView.setAdapter(adapter); refreshableView.setOnRefreshListener(new PullToRefreshListener() { @Override public void onRefresh() { try { Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } refreshableView.finishRefreshing(); } }, 0); } } 可 以看到,我们通过调用RefreshableView的setOnRefreshListener方法注册了一个监听器,当ListView正在刷新时就 会回调监听器的onRefresh方法,刷新的具体逻辑就在这里处理。而且这个方法已经自动开启了线程,可以直接在onRefresh方法中进行耗时操 作,比如向服务器请求最新数据等,在这里我就简单让线程睡眠3秒钟。另外在onRefresh方法的最后,一定要调用RefreshableView中的 finishRefreshing方法,这个方法是用来通知RefreshableView刷新结束了,不然我们的ListView将一直处于正在刷新的 状态。 不知道大家有没有注意到,setOnRefreshListener这个方法其实是有两个参数的,我们刚刚也是传入了一个不起眼的 0。那这第二个参数是用来做什么的呢?由于RefreshableView比较智能,它会自动帮我们记录上次刷新完成的时间,然后下拉的时候会在下拉头中 显示距上次刷新已过了多久。这是一个非常好用的功能,让我们不用再自己手动去记录和计算时间了,但是却存在一个问题。如果当前我们的项目中有三个地方都使 用到了下拉刷新的功能,现在在一处进行了刷新,其它两处的时间也都会跟着改变!因为刷新完成的时间是记录在配置文件中的,由于在一处刷新更改了配置文件, 导致在其它两处读取到的配置文件时间已经是更改过的了。那解决方案是什么?就是每个用到下拉刷新的地方,给setOnRefreshListener方法 的第二个参数中传入不同的id就行了。这样各处的上次刷新完成时间都是单独记录的,相互之间就不会再有影响。 好了,全部的代码都在这里了,让我们来运行一下,看看效果吧。 效果看起来还是非常不错的。我们最后再来总结一下,在项目中引入ListView下拉刷新功能只需三步: 1. 在Activity的布局文件中加入自定义的RefreshableView,并让ListView包含在其中。 2. 在Activity中调用RefreshableView的setOnRefreshListener方法注册回调接口。 3. 在onRefresh方法的最后,记得调用RefreshableView的finishRefreshing方法,通知刷新结束。 从此以后,在项目的任何地方,一分钟引入下拉刷新功能妥妥的。 好了,今天的讲解到此结束,有疑问的朋友请在下面留言。 源码下载,请点击这里

‘贰’ android平台框架原理

  Android的系统架构采用了分层架构的思想,如图1所示。从上层到底层共包括四层,分别是应用程序程序层、应用框架层、系统库和Android运行时和Linux内核。

  每层功能简要介绍如下:

  该层提供一些核心应用程序包,例如电子邮件、短信、日历、地图、浏览器和联系人管理等。同时,开发者可以利用java语言设计和编写属于自己的应用程序,而这些程序与那些核心应用程序彼此平等、友好共处。

  该层是Android应用开发的基础,开发人员大部分情况是在和她打交道。应用程序框架层包括活动管理器、窗口管理器、内容提供者、视图系统、包管理器、电话管理器、资源管理器、位置管理器、通知管理器和XMPP服务十个部分。在Android平台上,开发人员可以完全访问核心应用程序所使用的API框架。并且,任何一个应用程序都可以发布自身的功能模块,而其他应用程序则可以使用这些已发布的功能模块。基于这样的重用机制,用户就可以方便地替换平台本身的各种应用程序组件。

  系统库包括九个子系统,分别是图层管理、媒体库、SQLite、OpenGLEState、FreeType、WebKit、SGL、SSL和libc。

  包括核心库和Dalvik虚拟机。

  既兼容了大多数Java语言所需要调用的功能函数,又包括了Android的核心库,比如android.os、android.net、android.media等等。

  Dalvik虚拟机是一种基于寄存器的java虚拟机,所支持的字节码(ByteCode)是“dex”文件(Dalvik Executable)
  Dalvik虚拟机主要是完成对生命周期的管理、堆栈的管理、线程的管理、安全和异常的管理以及垃圾回收等重要功能。

  核心系统服务依赖于Linux内核,如安全性、内存管理、进程管理、网络协议栈和驱动模型。Linux内核也是作为硬件与软件栈的抽象层。驱动:显示驱动、摄像头驱动、键盘驱动、WiFi驱动、Audio驱动、flash内存驱动、Binder(IPC)驱动、电源管理等。

  Android的系统架构采用分层架构的思想,架构清晰,层次分明,协同工作。

  Android的系统架构不仅从宏观上认识了Android系统,同时,也给我们的学习与实践指明了方向。

  找准切入点,对我们的学习和工作,无疑是有非常大的帮助的。

  每个开发者估计都纠结过 平台 框架 的概念,特别是对新手而言, 平台 框架 似乎总是前辈们口头上惯用的、玄而又玄的名词。
  实际上,我们可以把 平台 理解为舞台,其强调了事物的支持特性,有如舞台具有支撑舞者在其上进行表演的特性。
  同样,Android 平台 具有支持Android应用程序运行的特性,具体表现在运行时(Runtime)环境和接口,API。

   框架 可以理解为骨架,其强调了事物的可重用性。众所周知,人类无论高矮胖瘦、美丑强弱,其骨架都是相似的。反之,使用一个人类的骨架模型,可以塑造出不同的人体模型。
  在软件开发过程中,使用 框架 可以开发出界面各异的、某一类应用程序。例如,输入法,有搜狗输入法、国笔输入法、网络输入法……等各有异同的应用程序。
   框架 的具体表现为一组协同工作的类,如界面组件类、事件处理类、网络通信类等。借助 框架 ,开发者可以高效地开发出应用程序。

  简而言之, 框架 帮助应用程序的开发, 平台 支持应用程序的运行, 框架 建立在 平台 之上。

  首先,理解两个概念 抽象和衍生

  框架里的函数能够呼叫应用程序之中的函数,通俗的讲是前辈呼叫晚辈,框架先于程序诞生,称之为前辈。程序在框架的基础上诞生,所以称为晚辈。前辈呼叫晚辈,会产生下述几种效果

  应用框架的典型双向沟通情形

  从上图可以看到,框架和应用程序之间,主动权掌握在框架手里,框架决定如何呼叫应用程序中的函数。

‘叁’ Android UI绘制之View绘制的工作原理

这是AndroidUI绘制流程分析的第二篇文章,主要分析界面中View是如何绘制到界面上的具体过程。

ViewRoot 对应于 ViewRootImpl 类,它是连接 WindowManager 和 DecorView 的纽带,View的三大流程均是通过 ViewRoot 来完成的。在 ActivityThread 中,当 Activity 对象被创建完毕后,会将 DecorView 添加到 Window 中,同时会创建 ViewRootImpl 对象,并将 ViewRootImpl 对象和 DecorView 建立关联。

measure 过程决定了 View 的宽/高, Measure 完成以后,可以通过 getMeasuredWidth 和 getMeasuredHeight 方法来获取 View 测量后的宽/高,在几乎所有的情况下,它等同于View的最终的宽/高,但是特殊情况除外。 Layout 过程决定了 View 的四个顶点的坐标和实际的宽/高,完成以后,可以通过 getTop、getBottom、getLeft 和 getRight 来拿到View的四个顶点的位置,可以通过 getWidth 和 getHeight 方法拿到View的最终宽/高。 Draw 过程决定了 View 的显示,只有 draw 方法完成后 View 的内容才能呈现在屏幕上。

DecorView 作为顶级 View ,一般情况下,它内部会包含一个竖直方向的 LinearLayout ,在这个 LinearLayout 里面有上下两个部分,上面是标题栏,下面是内容栏。在Activity中,我们通过 setContentView 所设置的布局文件其实就是被加到内容栏中的,而内容栏id为 content 。可以通过下面方法得到 content:ViewGroup content = findViewById(R.android.id.content) 。通过 content.getChildAt(0) 可以得到设置的 view 。 DecorView 其实是一个 FrameLayout , View 层的事件都先经过 DecorView ,然后才传递给我们的 View 。

MeasureSpec 代表一个32位的int值,高2位代表 SpecMode ,低30位代表 SpecSize , SpecMode 是指测量模式,而 SpecSize 是指在某种测量模式下的规格大小。
SpecMode 有三类,如下所示:

UNSPECIFIED

EXACTLY

AT_MOST

LayoutParams需要和父容器一起才能决定View的MeasureSpec,从而进一步决定View的宽/高。

对于顶级View,即DecorView和普通View来说,MeasureSpec的转换过程略有不同。对于DecorView,其MeasureSpec由窗口的尺寸和其自身的LayoutParams共同确定;

对于普通View,其MeasureSpec由父容器的MeasureSpec和自身的Layoutparams共同决定;

MeasureSpec一旦确定,onMeasure就可以确定View的测量宽/高。

小结一下

当子 View 的宽高采用 wrap_content 时,不管父容器的模式是精确模式还是最大模式,子 View 的模式总是最大模式+父容器的剩余空间。

View 的工作流程主要是指 measure 、 layout 、 draw 三大流程,即测量、布局、绘制。其中 measure 确定 View 的测量宽/高, layout 确定 view 的最终宽/高和四个顶点的位置,而 draw 则将 View 绘制在屏幕上。

measure 过程要分情况,如果只是一个原始的 view ,则通过 measure 方法就完成了其测量过程,如果是一个 ViewGroup ,除了完成自己的测量过程外,还会遍历调用所有子元素的 measure 方法,各个子元素再递归去执行这个流程。

如果是一个原始的 View,那么通过 measure 方法就完成了测量过程,在 measure 方法中会去调用 View 的 onMeasure 方法,View 类里面定义了 onMeasure 方法的默认实现:

先看一下 getSuggestedMinimumWidth 和 getSuggestedMinimumHeight 方法的源码:

可以看到, getMinimumWidth 方法获取的是 Drawable 的原始宽度。如果存在原始宽度(即满足 intrinsicWidth > 0),那么直接返回原始宽度即可;如果不存在原始宽度(即不满足 intrinsicWidth > 0),那么就返回 0。

接着看最重要的 getDefaultSize 方法:

如果 specMode 为 MeasureSpec.UNSPECIFIED 即未指定模式,那么返回由方法参数传递过来的尺寸作为 View 的测量宽度和高度;
如果 specMode 不是 MeasureSpec.UNSPECIFIED 即是最大模式或者精确模式,那么返回从 measureSpec 中取出的 specSize 作为 View 测量后的宽度和高度。

看一下刚才的表格:

当 specMode 为 EXACTLY 或者 AT_MOST 时,View 的布局参数为 wrap_content 或者 match_parent 时,给 View 的 specSize 都是 parentSize 。这会比建议的最小宽高要大。这是不符合我们的预期的。因为我们给 View 设置 wrap_content 是希望View的大小刚好可以包裹它的内容。

因此:

如果是一个 ViewGroup,除了完成自己的 measure 过程以外,还会遍历去调用所有子元素的 measure 方法,各个子元素再递归去执行 measure 过程。

ViewGroup 并没有重写 View 的 onMeasure 方法,但是它提供了 measureChildren、measureChild、measureChildWithMargins 这几个方法专门用于测量子元素。

如果是 View 的话,那么在它的 layout 方法中就确定了自身的位置(具体来说是通过 setFrame 方法来设定 View 的四个顶点的位置,即初始化 mLeft , mRight , mTop , mBottom 这四个值), layout 过程就结束了。

如果是 ViewGroup 的话,那么在它的 layout 方法中只是确定了 ViewGroup 自身的位置,要确定子元素的位置,就需要重写 onLayout 方法;在 onLayout 方法中,会调用子元素的 layout 方法,子元素在它的 layout 方法中确定自己的位置,这样一层一层地传递下去完成整个 View 树的 layout 过程。

layout 方法的作用是确定 View 本身的位置,即设定 View 的四个顶点的位置,这样就确定了 View 在父容器中的位置;
onLayout 方法的作用是父容器确定子元素的位置,这个方法在 View 中是空实现,因为 View 没有子元素了,在 ViewGroup 中则进行抽象化,它的子类必须实现这个方法。

1.绘制背景( background.draw(canvas); );
2.绘制自己( onDraw );
3.绘制 children( dispatchDraw(canvas) );
4.绘制装饰( onDrawScrollBars )。

dispatchDraw 方法的调用是在 onDraw 方法之后,也就是说,总是先绘制自己再绘制子 View 。

对于 View 类来说, dispatchDraw 方法是空实现的,对于 ViewGroup 类来说, dispatchDraw 方法是有具体实现的。

通过 dispatchDraw 来传递的。 dispatchDraw 会遍历调用子元素的 draw 方法,如此 draw 事件就一层一层传递了下去。dispatchDraw 在 View 类中是空实现的,在 ViewGroup 类中是真正实现的。

如果一个 View 不需要绘制任何内容,那么就设置这个标记为 true,系统会进行进一步的优化。

当创建的自定义控件继承于 ViewGroup 并且不具备绘制功能时,就可以开启这个标记,便于系统进行后续的优化;当明确知道一个 ViewGroup 需要通过 onDraw 绘制内容时,需要关闭这个标记。

参考:《Android开发艺术探索》

‘肆’ 安卓运行机制是什么 安卓手机的工作原理是什么

android基于Linux内核,很多系统也都基于Linux内核。但是android的特别之处除了开发上的特点以外,还有一个就是程序在运行时的行为和以往我接触到的程序运行机制有很大不同。在传统PC机或者其他一些手机上,用户对应用程序有绝对的掌控权,在应用程序的系统菜单上选择“退出”或者“关闭”之类的选项会直接杀死进程,而在android系统中不是这样的。在android中,应用程序的生命周期并不是由应用程序自身直接控制的,而是由系统,当系统需要释放内存来运行新进程或者保证某些后台进程和前端进程顺利执行的时候才会释放相应应用程序的资源,这个释放过程有一个重要性的层次。
android中进程的层次如下(重要性由高到低):

1、前端进程。顾名思义,前端进程就是目前显示在屏幕上和用户交互的进程,在系统中前端进程数量很少,而这种进程是对用户体验的影响最大,只有系统的内存稀少到不足以维持和用户的基本交互时才会销毁前端进程。因此这种进程重要性是最高的。

2、可见进程。可见进程也拥有一个可视化的界面,只是目前不是最上层界面(最上层界面在前端进程里面),可见进程一般调用了OnPause(),可见进程比前端进程重要性低,但是在交互方面影响还是很大,因为用户可能随时切换过去,所以系统不会轻易销毁它。

3、服务进程。一个服务进程就是一个Service,它调用了startService,就是UNIX中说的守护进程,对用户不可见,但是保证了一些重要的事件被监听或者维持着某些状态,比如网络数据传输、后台音乐播放,这类进程在内存不足且为了保证前端交互的顺利进行的时候被销毁。

4、后台进程。这里叫后台进程可能会和一般意义上的后台进程混淆,要说明的是,android里的后台进程是调用了OnStop()的,可以理解成用户暂时没有和这个进程交互的愿望,所以这里后台进程有点“待销毁”的意思。

5、空进程。这是一种系统缓存机制,其实就是个进程的外壳,当有新进程创建的时候,这个空进程可以加快进程创建速度,当系统内存不足的时候,首先销毁空进程。
android中进程重要性层次

‘伍’ Android N 四大组件的工作原理

本文侧重讲解android N 系统中四大组件的工作原理,不同系统原理略有差别。通过分析四大组件的工作流程加深对Android Framework的理解,也为插件化开发打下基础。

Activity
展示一个界面并和用户交互,它扮演的是一个前台界面的角色。

Service
计算型组件,用于后台执行一系列计算任务,工作在主线程,耗时操作需要另起线程, 分为启动状态和绑定状态。

BroadcastReceiver
消息型组件,主要用于不同组件或者不同应用之间的消息传递,它工作在系统内部,不适合执行耗时操作,操作超过5s,会出现ANR。

ContentProvider
数据共享型组件,用于向其他组件或者应用共享数据,主要执行CURD操作。

我们启动一个activity有两种方法,
第一种(Activity直接启动方式):
Intent intent = new Intent(this, MainActivity.class);
startActivity(intent);

第二种(Context启动方式)
Intent intent = new Intent(this, MainActivity.class);
getApplicationContext().startActivity(intent);

不同的启动方式Activity的工作流程有点差别。

两种启动都会调用到Instrumentation类中的execStartActivity的方法,系统最终是通过ActivityThread中的performLaunchActivity完成Activity的创建和启动。
performLaunchActivity方法主要完成以下工作:
1、通过ActivityClientRecord对象获取启动activity的组件信息
2、通过mInstrumentation对象的newActivity方法调用classloader完成activity的创建
3、通过r.packageInfo(LoadedApk 对象)的makeApplication方法尝试创建Application对象
4、创建ContextImpl对象并调用Activity的attach方法完成一些数据的初始化
5、调用Activity的onCreate方法

在Activity启动的过程中,App进程会频繁地与AMS进程进行通信:

App进程会委托AMS进程完成Activity生命周期的管理以及任务栈的管理;这个通信过程AMS是Server端,App进程通过持有AMS的client代理IActivityManager完成通信过程;
AMS进程完成生命周期管理以及任务栈管理后,会把控制权交给App进程,让App进程完成Activity类对象的创建,以及生命周期回调;这个通信过程也是通过Binder完成的,App所在server端的Binder对象存在于ActivityThread的内部类ApplicationThread;AMS所在client通过持有IApplicationThread的代理对象完成对于App进程的通信。

Service有两种启动方式,startService()和bindService(),两种状态可以并存:
startService流程

bindService流程

BroadcastReceiver的工作过程主要包括广播的注册、发送和接收:

动态注册过程:

发送过程

静态注册是由PackageManagerService(PMS)在应用安装的时候完成整个注册过程的,除广播以外,其他三大组件也都是在应用安装时由PMS解析并注册的。

每个进程的入口都是ActivityThead.main(),App的启动流程如下:

从源码中可以看出:
应用启动的入口为ActivityThread的main方法,main方法会创建ActivityThread实例并创建主线程消息队列。
attach方法中远程调用AMS的attachApplication方法,并提供ApplicationThread用于和AMS的通信。
attachApplication方法会通过bindApplication方法和H来调回ActivityThread的handleBindApplication,这个方法会先创建Application,再加载ContentProvider,然后才会回调Application的onCreate方法。

由上图可以看出,在ContentProvider的启动过程中伴随着app进程的启动。

ContentProvider的其他CURD操作如insert,delete,update跟query的流程类似。

‘陆’ Android图形渲染原理上

对于Android开发者来说,我们或多或少有了解过Android图像显示的知识点,刚刚学习Android开发的人会知道,在Actvity的onCreate方法中设置我们的View后,再经过onMeasure,onLayout,onDraw的流程,界面就显示出来了;对Android比较熟悉的开发者会知道,onDraw流程分为软件绘制和硬件绘制两种模式,软绘是通过调用Skia来操作,硬绘是通过调用Opengl ES来操作;对Android非常熟悉的开发者会知道绘制出来的图形数据最终都通过GraphiBuffer内共享内存传递给SurfaceFlinger去做图层混合,图层混合完成后将图形数据送到帧缓冲区,于是,图形就在我们的屏幕显示出来了。

但我们所知道的Activity或者是应用App界面的显示,只属于Android图形显示的一部分。同样可以在Android系统上展示图像的WebView,Flutter,或者是通过Unity开发的3D游戏,他们的界面又是如何被绘制和显现出来的呢?他们和我们所熟悉的Acitvity的界面显示又有什么异同点呢?我们可以不借助Activity的setView或者InflateView机制来实现在屏幕上显示出我们想要的界面吗?Android系统显示界面的方式又和IOS,或者Windows等系统有什么区别呢?……

去探究这些问题,比仅仅知道Acitvity的界面是如何显示出来更加的有价值,因为想要回答这些问题,就需要我们真正的掌握Android图像显示的底层原理,当我们掌握了底层的显示原理后,我们会发现WebView,Flutter或者未来会出现的各种新的图形显示技术,原来都是大同小异。

我会花三篇文章的篇幅,去深入的讲解Android图形显示的原理,OpenGL ES和Skia的绘制图像的方式,他们如何使用,以及他们在Android中的使用场景,如开机动画,Activity界面的软件绘制和硬件绘制,以及Flutter的界面绘制。那么,我们开始对Android图像显示原理的探索吧。

在讲解Android图像的显示之前,我会先讲一下屏幕图像的显示原理,毕竟我们图像,最终都是在手机屏幕上显示出来的,了解这一块的知识会让我们更容易的理解Android在图像显示上的机制。

图像显示的完整过程,分为下面几个阶段:

图像数据→CPU→显卡驱动→显卡(GPU)→显存(帧缓冲)→显示器

我详细介绍一下这几个阶段:

实际上显卡驱动,显卡和显存,包括数模转换模块都是属于显卡的模块。但为了能能详细的讲解经历的步骤,这里做了拆分。

当显存中有数据后,显示器又是怎么根据显存里面的数据来进行界面的显示的呢?这里以LCD液晶屏为例,显卡会将显存里的数据,按照从左至右,从上到下的顺序同步到屏幕上的每一个像素晶体管,一个像素晶体管就代表了一个像素。

如果我们的屏幕分辨率是1080x1920像素,就表示有1080x1920个像素像素晶体管,每个橡素点的颜色越丰富,描述这个像素的数据就越大,比如单色,每个像素只需要1bit,16色时,只需要4bit,256色时,就需要一个字节。那么1080x1920的分辨率的屏幕下,如果要以256色显示,显卡至少需要1080x1920个字节,也就是2M的大小。

刚刚说了,屏幕上的像素数据是从左到右,从上到下进行同步的,当这个过程完成了,就表示一帧绘制完成了,于是会开始下一帧的绘制,大部分的显示屏都是以60HZ的频率在屏幕上绘制完一帧,也就是16ms,并且每次绘制新的一帧时,都会发出一个垂直同步信号(VSync)。我们已经知道,图像数据都是放在帧缓冲中的,如果帧缓冲的缓冲区只有一个,那么屏幕在绘制这一帧的时候,图像数据便没法放入帧缓冲中了,只能等待这一帧绘制完成,在这种情况下,会有很大了效率问题。所以为了解决这一问题,帧缓冲引入两个缓冲区,即 双缓冲机制 。双缓冲虽然能解决效率问题,但会引入一个新的问题。当屏幕这一帧还没绘制完成时,即屏幕内容刚显示一半时,GPU 将新的一帧内容提交到帧缓冲区并把两个缓冲区进行交换后,显卡的像素同步模块就会把新的一帧数据的下半段显示到屏幕上,造成画面撕裂现象。

为了解决撕裂问题,就需要在收到垂直同步的时候才将帧缓冲中的两个缓冲区进行交换。Android4.1黄油计划中有一个优化点,就是CPU和GPU都只有收到垂直同步的信号时,才会开始进行图像的绘制操作,以及缓冲区的交换工作。

我们已经了解了屏幕图像显示的原理了,那么接着开始对Android图像显示的学习。

从上一章已经知道,计算机渲染界面必须要有GPU和帧缓冲。对于Linux系统来说,用户进程是没法直接操作帧缓冲的,但我们想要显示图像就必须要操作帧缓冲,所以Linux系统设计了一个虚拟设备文件,来作为对帧缓冲的映射,通过对该文件的I/O读写,我们就可以实现读写屏操作。帧缓冲对应的设备文件于/dev/fb* ,*表示对多个显示设备的支持, 设备号从0到31,如/dev/fb0就表示第一块显示屏,/dev/fb1就表示第二块显示屏。对于Android系统来说,默认使用/dev/fb0这一个设帧缓冲作为主屏幕,也就是我们的手机屏幕。我们Android手机屏幕上显示的图像数据,都是存储在/dev/fb0里,早期AndroidStuio中的DDMS工具实现截屏的原理就是直接读取/dev/fb0设备文件。

我们知道了手机屏幕上的图形数据都存储在帧缓冲中,所以Android手机图像界面的原理就是将我们的图像数据写入到帧缓冲内。那么,写入到帧缓冲的图像数据是怎么生成的,又是怎样加工的呢?图形数据是怎样送到帧缓冲去的,中间经历了哪些步骤和过程呢?了解了这几个问题,我们就了解了Android图形渲染的原理,那么带着这几个疑问,接着往下看。

想要知道图像数据是怎么产生的,我们需要知道 图像生产者 有哪些,他们分别是如何生成图像的,想要知道图像数据是怎么被消费的,我们需要知道 图像消费者 有哪些,他们又分别是如何消费图像的,想要知道中间经历的步骤和过程,我们需要知道 图像缓冲区 有哪些,他们是如何被创建,如何分配存储空间,又是如何将数据从生产者传递到消费者的,图像显示是一个很经典的消费者生产者的模型,只有对这个模型各个模块的击破,了解他们之间的流动关系,我们才能找到一条更容易的路径去掌握Android图形显示原理。我们看看谷歌提供的官方的架构图是怎样描述这一模型的模块及关系的。

如图, 图像的生产者 主要有MediaPlayer,CameraPrevier,NDK,OpenGl ES。MediaPlayer和Camera Previer是通过直接读取图像源来生成图像数据,NDK(Skia),OpenGL ES是通过自身的绘制能力生产的图像数据; 图像的消费者 有SurfaceFlinger,OpenGL ES Apps,以及HAL中的Hardware Composer。OpenGl ES既可以是图像的生产者,也可以是图像的消费者,所以它也放在了图像消费模块中; 图像缓冲区 主要有Surface以及前面提到帧缓冲。

Android图像显示的原理,会仅仅围绕 图像的生产者 图像的消费者 图像缓冲区 来展开,在这一篇文章中,我们先看看Android系统中的图像消费者。

SurfaceFlinger是Android系统中最重要的一个图像消费者,Activity绘制的界面图像,都会传递到SurfaceFlinger来,SurfaceFlinger的作用主要是接收图像缓冲区数据,然后交给HWComposer或者OpenGL做合成,合成完成后,SurfaceFlinger会把最终的数据提交给帧缓冲。

那么SurfaceFlinger是如何接收图像缓冲区的数据的呢?我们需要先了解一下Layer(层)的概念,一个Layer包含了一个Surface,一个Surface对应了一块图形缓冲区,而一个界面是由多个Surface组成的,所以他们会一一对应到SurfaceFlinger的Layer中。SurfaceFlinger通过读取Layer中的缓冲数据,就相当于读取界面上Surface的图像数据。Layer本质上是 Surface和SurfaceControl的组合 ,Surface是图形生产者和图像消费之间传递数据的缓冲区,SurfaceControl是Surface的控制类。

前面在屏幕图像显示原理中讲到,为了防止图像的撕裂,Android系统会在收到VSync垂直同步时才会开始处理图像的绘制和合成工作,而Surfaceflinger作为一个图像的消费者,同样也是遵守这一规则,所以我们通过源码来看看SurfaceFlinger是如何在这一规则下,消费图像数据的。

SurfaceFlinger专门创建了一个EventThread线程用来接收VSync。EventThread通过Socket将VSync信号同步到EventQueue中,而EventQueue又通过回调的方式,将VSync信号同步到SurfaceFlinger内。我们看一下源码实现。

上面主要是SurfaceFlinger初始化接收VSYNC垂直同步信号的操作,主要有这几个过程:

经过上面几个步骤,我们接收VSync的初始化工作都准备好了,EventThread也开始运转了,接着看一下EventThread的运转函数threadLoop做的事情。

threadLoop主要是两件事情

mConditon又是怎么接收VSync的呢?我们来看一下

可以看到,mCondition的VSync信号实际是DispSyncSource通过onVSyncEvent回调传入的,但是DispSyncSource的VSync又是怎么接收的呢?在上面讲到的SurfaceFlinger的init函数,在创建EventThread的实现中,我们可以发现答案—— mPrimaryDispSync

DispSyncSource的构造方法传入了mPrimaryDispSync,mPrimaryDispSync实际是一个DispSyncThread线程,我们看看这个线程的threadLoop方法

DispSyncThread的threadLoop会通过mPeriod来判断是否进行阻塞或者进行VSync回调,那么mPeriod又是哪儿被设置的呢?这里又回到SurfaceFlinger了,我们可以发现在SurfaceFlinger的 resyncToHardwareVsync 函数中有对mPeriod的赋值。

可以看到,这里最终通过HWComposer,也就是硬件层拿到了period。终于追踪到了VSync的最终来源了, 它从HWCompser产生,回调至DispSync线程,然后DispSync线程回调到DispSyncSource,DispSyncSource又回调到EventThread,EventThread再通过Socket分发到MessageQueue中

我们已经知道了VSync信号来自于HWCompser,但SurfaceFlinger并不会一直监听VSync信号,监听VSync的线程大部分时间都是休眠状态,只有需要做合成工作时,才会监听VSync,这样即保证图像合成的操作能和VSync保持一致,也节省了性能。SurfaceFlinger提供了一些主动注册监听VSync的操作函数。

可以看到,只有当SurfaceFlinger调用 signalTransaction 或者 signalLayerUpdate 函数时,才会注册监听VSync信号。那么signalTransaction或者signalLayerUpdate什么时候被调用呢?它可以由图像的生产者通知调用,也可以由SurfaceFlinger根据自己的逻辑来判断是否调用。

现在假设App层已经生成了我们界面的图像数据,并调用了 signalTransaction 通知SurfaceFlinger注册监听VSync,于是VSync信号便会传递到了MessageQueue中了,我们接着看看MessageQueue又是怎么处理VSync的吧。

MessageQueue收到VSync信号后,最终回调到了SurfaceFlinger的 onMessageReceived 中,当SurfaceFlinger接收到VSync后,便开始以一个图像消费者的角色来处理图像数据了。我们接着看SurfaceFlinger是以什么样的方式消费图像数据的。

VSync信号最终被SurfaceFlinger的onMessageReceived函数中的INVALIDATE模块处理。

INVALIDATE的流程如下:

handleMessageTransaction的处理比较长,处理的事情也比较多,它主要做的事情有这些

handleMessageRefresh函数,便是SurfaceFlinger真正处理图层合成的地方,它主要下面五个步骤。

我会详细介绍每一个步骤的具体操作

合成前预处理会判断Layer是否发生变化,当Layer中有新的待处理的Buffer帧(mQueuedFrames>0),或者mSidebandStreamChanged发生了变化, 都表示Layer发生了变化,如果变化了,就调用signalLayerUpdate,注册下一次的VSync信号。如果Layer没有发生变化,便只会做这一次的合成工作,不会注册下一次VSync了。

重建Layer栈会遍历Layer,计算和存储每个Layer的脏区, 然后和当前的显示设备进行比较,看Layer的脏区域是否在显示设备的显示区域内,如果在显示区域内的话说明该layer是需要绘制的,则更新到显示设备的VisibleLayersSortedByZ列表中,等待被合成

rebuildLayerStacks中最重要的一步是 computeVisibleRegions ,也就是对Layer的变化区域和非透明区域的计算,为什么要对变化区域做计算呢?我们先看看SurfaceFlinger对界面显示区域的分类:

还是以这张图做例子,可以看到我们的状态栏是半透明的,所以它是一个opaqueRegion区域,微信界面和虚拟按键是完全不透明的,他是一个visibleRegion,除了这三个Layer外,还有一个我们看不到的Layer——壁纸,它被上方visibleRegion遮挡了,所以是coveredRegion

对这几个区域的概念清楚了,我们就可以去了解computeVisibleRegions中做的事情了,它主要是这几步操作:

‘柒’ android的自定义View的实现原理哪位能给我个思路呢。谢谢。

如果说要按类型来划分的话,自定义View的实现方式大概可以分为三种,自绘控件、组合控件、以及继承控件。那么下面我们就来依次学习一下,每种方式分别是如何自定义View的。

一、自绘控件

自绘控件的意思就是,这个View上所展现的内容全部都是我们自己绘制出来的。绘制的代码是写在onDraw()方法中的,而这部分内容我们已经在Android视图绘制流程完全解析,带你一步步深入了解View(二)中学习过了。

下面我们准备来自定义一个计数器View,这个View可以响应用户的点击事件,并自动记录一共点击了多少次。新建一个CounterView继承自View,代码如下所示:

<?xmlversion="1.0"encoding="utf-8"?>
<RelativeLayoutxmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="50dp"
android:background="#ffcb05">

<Button
android:id="@+id/button_left"
android:layout_width="60dp"
android:layout_height="40dp"
android:layout_centerVertical="true"
android:layout_marginLeft="5dp"
android:background="@drawable/back_button"
android:text="Back"
android:textColor="#fff"/>

<TextView
android:id="@+id/title_text"
android:layout_width="wrap_content"
android:layout_height="wrap_content"
android:layout_centerInParent="true"
android:text="ThisisTitle"
android:textColor="#fff"
android:textSize="20sp"/>

</RelativeLayout>

在这个布局文件中,我们首先定义了一个RelativeLayout作为背景布局,然后在这个布局里定义了一个Button和一个TextView,Button就是标题栏中的返回按钮,TextView就是标题栏中的显示的文字。

接下来创建一个TitleView继承自FrameLayout,代码如下所示:

{

privateButtonleftButton;

privateTextViewtitleText;

publicTitleView(Contextcontext,AttributeSetattrs){
super(context,attrs);
LayoutInflater.from(context).inflate(R.layout.title,this);
titleText=(TextView)findViewById(R.id.title_text);
leftButton=(Button)findViewById(R.id.button_left);
leftButton.setOnClickListener(newOnClickListener(){
@Override
publicvoidonClick(Viewv){
((Activity)getContext()).finish();
}
});
}

publicvoidsetTitleText(Stringtext){
titleText.setText(text);
}

publicvoidsetLeftButtonText(Stringtext){
leftButton.setText(text);
}

(OnClickListenerl){
leftButton.setOnClickListener(l);
}

}

TitleView中的代码非常简单,在TitleView的构建方法中,我们调用了LayoutInflater的inflate()方法来加载刚刚定义的title.xml布局,这部分内容我们已经在Android LayoutInflater原理分析,带你一步步深入了解View(一)这篇文章中学习过了。

接下来调用findViewById()方法获取到了返回按钮的实例,然后在它的onClick事件中调用finish()方法来关闭当前的Activity,也就相当于实现返回功能了。

另外,为了让TitleView有更强地扩展性,我们还提供了setTitleText()、setLeftButtonText()、setLeftButtonListener()等方法,分别用于设置标题栏上的文字、返回按钮上的文字、以及返回按钮的点击事件。

到了这里,一个自定义的标题栏就完成了,那么下面又到了如何引用这个自定义View的部分,其实方法基本都是相同的,在布局文件中添加如下代码:

<RelativeLayoutxmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="match_parent">

<com.example.customview.TitleView
android:id="@+id/title_view"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="wrap_content">
</com.example.customview.TitleView>

</RelativeLayout>

这样就成功将一个标题栏控件引入到布局文件中了,运行一下程序。

现在点击一下Back按钮,就可以关闭当前的Activity了。如果你想要修改标题栏上显示的内容,或者返回按钮的默认事件,只需要在Activity中通过findViewById()方法得到TitleView的实例,然后调用setTitleText()、setLeftButtonText()、setLeftButtonListener()等方法进行设置就OK了。

‘捌’ Android屏幕适配-应用篇

Android屏幕适配-基础篇
Android屏幕适配-应用篇

从两个大方面阐述一下Android的屏幕适配:

Android推荐使用dp作为尺寸单位来适配UI ,通过dp加上自适应布局和weight比例布局可以基本解决不同手机上适配的问题,这基本是最原始的Android适配方案。
缺点
(1)这种方案只能保证我们写出来的界面适配绝大部分手机,部分手机仍然需要单独适配,但dpi的不同,还是会存在差异。
(2)一般的设计稿都是以px为单位的,所以我们在写layout文件的时候需要将px转为dp,影响开发效率。

 为了高效的实现UI开发,出现了新的适配方案,我把它称作宽高限定符适配。简单说,就是穷举市面上所有的Android手机的宽高像素值,设定一个基准的分辨率,其他分辨率都根据这个基准分辨率来计算,在不同的尺寸文件夹内部,根据该尺寸编写对应的dimens文件:

鸿洋大神的作品 ,使用也超级简单,核心功能就是在绘制的时候在onMeasure里面做变换,重新计算px。
缺点 :我们自定义的控件可能会被影响或限制,可能有些特定的控件(框架没有做适配的控件),需要单独适配。

  小结:上述几种适配方案都是实际开发中用过的方案,但随着技术不断的更新,出现了更好的适配方案。

   实现原理 :Android会识别屏幕可用高度和宽度的最小尺寸的dp值( 其实就是手机的宽度值 ),然后根据识别到的结果去资源文件中寻找对应限定符的文件夹下的资源文件。
   sw限定符适配 宽高限定符适配 类似,区别在于,前者有很好的容错机制,如果没有value-sw360dp文件夹,系统会向下寻找,比如离360dp最近的只有value-sw350dp,那么Android就会选择value-sw350dp文件夹下面的资源文件。这个特性就完美的解决了上文提到的宽高限定符的容错问题。
   优点: 1.非常稳定,极低概率出现意外
    2.不会有任何性能的损耗
    3.适配范围可自由控制,不会影响其他三方库
   缺点 :就是多个dimens文件可能导致apk变大,几百k。

   附件: 生成sw文件的工具

   实现原理 修改系统的density值 (核心)
  今日头条适配是以设计图的宽或高进行适配的,适配最终是改变系统density实现的。
   过程:

  AndroidAutoSize 是基于今日头条适配方案,该开源库已经很大程度上解决了今日头条适配方案的两个缺点,可以对activity,fragment进行取消适配。也是目前我的项目中所使用的适配方案。
使用也非常简单只需两步:
(1)引入:

(2)在 AndroidManifest 中填写全局设计图尺寸 (单位 dp),如果使用副单位,则可以直接填写像素尺寸,不需要再将像素转化为 dp,详情请查看 demo-subunits

阅读全文

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