硬件加速

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最近项目中遇到了因为硬件加速引起的一些问题，故这里深入学习了解一下关于硬件加速的一些东西

背景

什么是硬件加速？

硬件加速是Android系统在绘制图形时采取的一种方式。

图形的绘制，本质上就是界面的渲染。在渲染界面的时候，是要经过一系列计算的，这部分计算通常是逻辑较简单，但数据量庞大的浮点运算。

在操作系统层面，有一个东西叫中央处理器——CPU，他是计算机设备的核心器件之一，主要功能是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。除此之外，计算机还有一个器件，叫做图形处理器——GPU，他类似于CPU，但是是专门为运行绘图运算的微处理器。

那么CPU和GPU的区别在哪里呢？

  • CPU内部算数逻辑单元（ALU）较少，控制器较复杂，适合进行复杂的逻辑运算

  • GPU控制器简单，但是包含了较多的算数逻辑单元，可并行运行大量计算

    结果显而易见，因为界面渲染的计算是逻辑简单但是数据量很大的浮点运算，所以如果使用CPU来对界面渲染做运算，效果自然比不了GPU。

所以，硬件加速绘制图形是一般会采用的软件绘制就是由CPU来绘制的。硬件加速，就是通过底层代码，将CPU中一部分不擅长的图形计算转换成GPU专用指令，然后交给GPU来完成。而对于Android来讲，硬件加速就是将View的绘制工作从原来的CPU转交给GPU来做。

原理

硬件绘制之所以比软件绘制“快速”，除了如上所述的奖一部分计算量交给更适合的硬件来做外，还有一个很重要的原因在于绘制区域即绘制内容的选择不一样。

在关闭了硬件加速，即采用软件绘制时，绘制区域是这样获取的：从要执行 invalidate() 方法的View开始，遍历从跟View开始的整个View结构，标记出需要重新绘制的 脏区域。在这个过程中，除了我们直接修改的View需要绘制外，其他的所有View，都可能因为遮盖、相交等原因，被标记为需要绘制，这样一来绘制的区域就会变的很大。这样一来一旦开始绘制，搞不好会有很多“无辜”的View也被重新绘制，虽然这些View未必真的需要被重绘。

而采用硬件加速时，就完全不一样了。硬件绘制，首先将View抽象为 RenderNode 节点，将对View的绘制，抽象为 DrawOp ，每个View不仅持有自己的绘制操作 DrawOp 组成的List，还持有其子View的绘制入口，而 DrawOp 中保存有对应的 OpenGL 绘制命令，这样便形成了一个完整的树状结构。其次，硬件绘制是直接交给一个Render线程来执行绘制的，而不是主线程，这样也缓解了主线程的部分压力。最后，在进行实际绘制时，每个View的实际绘制操作对应于 DrawOp ，在绘制时只需更新其中保存的绘制命令，即可完成这个View单独的绘制，而不会影响到其他View。

问题

虽然硬件加速有很多优点，但是也有许多坑。

首先，一些Api方法是不支持硬件加速的：

其次，在使用Webview时，如果启用了硬件加速，那么有时会出现花屏、闪烁等异常状况。

最后，正如前面说的，由于不支持一些Api，所以在做自定义View时，有可能因为开启硬件加速导致View的绘制效果不理想。

如何使用

一开始Android是默认关闭硬件加速的。从Android4.0版本开始，默认是开启了硬件加速的。硬件加速固然有很多优点，但是由于种种原因（系统设计、历史遗留、以及自身的局限性）导致在有些情况会出现一些问题，这个时候又需要我们手动关闭了。

硬件加速的开关分为四个级别，分别为App级别、Activity级别、Window级别以及View级别。

  • App级别：直接在 AndroidManifest.xml 文件中， <application> 标签下加入一个属性，属性值为 true 为开启， false 为关闭：
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<application android:hardwareAccelerated="true">
  • Activity级别：类似于App级别，在 <activity> 标签下加入同样的属性： 
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<activity android:hardwareAccelerated="true">
  • Window级别： 在Window级别，只能通过Java代码形式动态的开启硬件加速而不能关闭：
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getWindow().setFlags(WindowManager.LayoutParams.FLAG_HARDWARE_ACCELERATED, WindowManager.LayoutParams.FLAG_HARDWARE_ACCELERATED);
  • View级别:View层比较特殊，这里只允许关闭硬件加速，而无法开启。而且相关的接口并不是专门用来做硬件加速开关的，而是在给View设置Layer时“顺便”关闭了硬件加速：
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view.setLayerType(LAYER_TYPE_SOFTWARE, null);

这个方法只是给View设置了一个LayerType，而且参数有三种：LAYER_TYPE_SOFTWARE LAYER_TYPE_HARDWARE LAYER_TYPE_NONE，这是什么意思呢？关于这一部分，在官网中有详细的解释：

You currently cannot enable hardware acceleration at the view level. View layers have other functions besides disabling hardware acceleration. See View layers for more information about their uses.

官方说在View层只能关闭，不能开启，至于为什么，引用一段扔物线大佬的解释：

setLayerType() 这个方法，它的作用其实就是名字里的意思：设置 View Layer 的类型。所谓 View Layer，又称为离屏缓冲（Off-screen Buffer），它的作用是单独启用一块地方来绘制这个 View ，而不是使用软件绘制的 Bitmap 或者通过硬件加速的 GPU。这块「地方」可能是一块单独的 Bitmap，也可能是一块 OpenGL 的纹理（texture，OpenGL 的纹理可以简单理解为图像的意思），具体取决于硬件加速是否开启。采用什么来绘制 View 不是关键，关键在于当设置了 View Layer 的时候，它的绘制会被缓存下来，而且缓存的是最终的绘制结果，而不是像硬件加速那样只是把 GPU 的操作保存下来再交给 GPU 去计算。通过这样更进一步的缓存方式，View 的重绘效率进一步提高了：只要绘制的内容没有变，那么不论是 CPU 绘制还是 GPU 绘制，它们都不用重新计算，而只要只用之前缓存的绘制结果就可以了。

所以，如果给View设置了Layer，且值为SOFTWARE，那么就是用软件来做View Layer，自然就关闭了硬件加速。而如果硬件加速已经关闭，参数HARDWARE的作用跟SOFTWARE一样，自然也无法开启硬件加速。而值为NONE时，直接就关闭了ViewLayer，所以在View层只能关闭、不能开启，正如官方文档所说：

  • LAYER_TYPE_NONE: The view is rendered normally and is not backed by an off-screen buffer. This is the default behavior.
  • LAYER_TYPE_HARDWARE: The view is rendered in hardware into a hardware texture if the application is hardware accelerated. If the application is not hardware accelerated, this layer type behaves the same as LAYER_TYPE_SOFTWARE.
  • LAYER_TYPE_SOFTWARE: The view is rendered in software into a bitmap.