硬件加速 - 简书

原文链接：https://developer.android.com/guide/topics/graphics/hardware-accel.html

从Android 3.0（API级别 11）开始，Android 2D渲染管道支持硬件加速，这意味着在View画布（Canvas）上执行的所有绘图操作都使用GPU。因为开启硬件加速会有额外的资源消耗，app可能会占用更多的内存。

硬件加速默认在API级别14（含）以上开启，也可以显式开启。如果你的应用仅仅使用一些标准的View和Drawable，则全局打开硬件加速也不会产生任何不利的绘图效果。但是，因为硬件加速并不支持所有的2D绘图操作，因此开启硬件加速可能会影响一些自定义View或绘图调用。问题通常表现为不可见元素、异常或者错误渲染的像素。为了解决这个问题，Android提供了在多个级别上开启或禁用硬件加速的选项。

如果你的应用做了一些自定义绘制，请在开启硬件加速的真机上测试应用来发现问题。

控制硬件加速

可以在四个级别上控制硬件加速：

Application
Activity
Window
View

Application级别

<application>标签的hardwareAccelerated属性为整个应用打开或者关闭硬件加速。优先级最低

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

Activity级别

可以对Activity进行单独控制。优先级高于Application级别。

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

Window级别

如果需要更细致的控制，可以对给定Window开启硬件加速。注意：不支持在Window级别关闭硬件加速。

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

View级别

可以在运行时对单个View关闭硬件加速：

myView.setLayerType(View.LAYER_TYPE_SOFTWARE, null);

注意：当前不能在View级别开启硬件加速。设置View Layer除了禁用硬件加速外还有别的功能。

判断View是否开启了硬件加速

有两种不同方式检查是否应用开启了硬件加速：

View.isHardwareAccelerated()返回true如果View附着到了开启硬件加速的Window上
Canvas.isHardwareAccelerated()返回true如果Canvas是硬件加速的

如果你自定义View进行绘制的时候需要做检查的话，尽可能优先使用Canvas.isHardwareAccelerated()。因为，当View附着到开启了硬件加速的Window时，它仍然可能使用非硬件加速的Canvas。比如，为了缓存目的，将View绘制到Bitmap时会发生这种情况。

Android绘制模型

当硬件加速开启时，Android框架将采用新的绘制模型，其利用显示列表将应用程序呈现在屏幕上。为了完全理解显示列表（display lists）以及它们如何影响应用程序，理解Android如何在没有硬件加速的模式下绘制View是非常重要的。

基于软件的绘制模型

在软件绘制模型中，View通过下面的两步绘制出来：

使层级失效（invalidate）
绘制层级

每当应用程序需要更新部分UI时，它会在任何更改了内容的View上调用invalidate()（或等效方法）。失效消息在View层级中一路传递，来达到计算出需要重绘的屏幕区域（即脏区域）的目的。Android系统然后重绘在View层级中与脏区域相交的任何View。不幸的是，在这种绘图模型中有两个缺点：

第一，这个模型在每次绘制传递的时候需要执行大量代码。比如，如果你的应用程序对一个Button调用invalidate()，而那个Button覆盖在另一个View之上，则Android系统将会重绘这个View，即使它什么也没变。
第二个问题是绘制模型可能会隐藏一些你应用的bug。因为Android系统会重绘那些与脏区域相交的View，一个你已经改变了内容的View可能会被重绘，即使在其invalidate()方法并没有被调用。当发生这种情况时，你正在依靠别的视图失效来获得正确的行为。一旦修改了程序，这种依赖关系可能就会变化。因此，无论何时当你修改数据或者状态影响到了你自定义的View，你都应该调用其invalidate()方法。

注意：Android View会在其属性发生变化时候自动调用invalidate()方法，比如TextView的文本或者背景颜色发生变化。

硬件加速绘制模型

Android系统仍然使用invalidate()和draw()来请求屏幕更新以及渲染View，但是处理实际的绘制有不同。Android系统不是立即执行绘制命令，而是将它们记录到包含了View层级的绘制代码输出的显示列表（display lists）中。另一个优化是，Android系统仅仅为那些通过调用invalide()而被标记成脏的View记录和更新显示列表。没有失效的View仅仅通过重新发布之前记录的显示列表来重新绘制。新的绘制模型包含三步：

失效View层级
记录和更新显示列表
绘制显示列表

在这种模型里，你不能依赖于View与脏区域相交来让它的draw()方法被执行。为了确保Android系统记录View的显示列表，你必须调用其invalidate()方法。忘记调用会导致View显示的和之前一样，即使它的内容已经更改了。

使用显示列也有利于动画性能，因为设置特定属性（比如alpha或旋转）不要求让目标View失效（自动完成的）。此优化也适用于具有显示列表的View（硬件加速开启时的任何View）。比如，假设有一个LinearLayout包含一个ListView和Button，ListView位于Button的上方。这个LinearLayout的显示列表像这样：

DrawDisplayList(ListView)
DrawDisplayList(Button)

假设现在你想要改变这个ListView的透明度。在对ListView调用setAlpha(0.5f)后，显示列表现在包含：

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

ListView的复杂的绘制代码不会被执行。相反，系统仅仅更新更简单的LinearLayout的显示列表。在没有开启硬件加速的应用中，这个ListView和它的Parent的绘制代码将会再次执行。

不支持的绘制操作

当硬件加速时，2D渲染管道支持最常使用的Canvas绘图操作以及许多较少使用的操作。支持所有用于渲染Android应用程序的绘图操作，默认窗口小部件和布局以及常见的高级视觉效果，例如反射和平铺纹理。

画布缩放（Canvas Scaling）

硬件加速的2D渲染管道是为支持未缩放的绘图而建立的，一些绘图操作在较高的缩放比下会显著降低质量。在缩放比为1.0（未缩放）的情况下，这些操作被实现为纹理绘制（texture drawn），由GPU进行转换。在API级别小于17时，使用这些操作会导致随着缩放比的增加缩放工序增加。

下表显示什么时候支持正确处理大缩放比

需要缩放的绘制操作	开始支持的API级别
drawText()	18
drawPosText()	不支持
drawTextOnPath()	不支持
简单图形	17
复杂图形	不支持
drawPath()	不支持
Shadow layer	不支持

注意：简单图形是指使用不带PathEffect的Paint，不包含默认非默认连接（setStrokeJoin() / setStrokeMiter()），利用drawRect()，drawCircle()，drawOval()，drawRoundRect()和drawAcr()（使用userCenter = false）命令绘制而成的图形。其他情况属于复杂图形。

如果你的应用受上面的限制而被影响，你可以对于这些影响点通过调用setLayerType(View.LAYER_TYPE_SOFTWARE, null)来关闭硬件加速。

视图图层

在Android的所有版本，View都可以渲染到离屏缓冲区中，要么使用View的绘制缓冲区，要么使用Canvas.saveLayer()。离屏缓冲区或者图层，有几个应用。可以在对复杂View做动画或者应用组合效果的时候利用他们来获得更好的性能。比如，你可以利用Canvas.saveLayer()临时将View渲染到图层，然后用一个不透明度因子和其组合再渲染回屏幕，来实现渐入渐出效果。

从Android 3.0（API 11）开始，对于何时以及如何使用图层你可以通过View.setLayerType()方法获得更多的控制能力。这个API有两个参数：图层类型，可选的Paint对象用来描述如何组合图层。你可以用Paint参数将颜色过滤器、特殊混合模式或者不透明度应用到图层。View可以使用下面三个图层类型之一：

LAYER_TYPE_NONE：View按标准方式渲染，不会由离屏缓冲区支持。默认行为。
LAYER_TYPE_HARDWARE：应用支持硬件加速时，将会被硬件渲染成硬件纹理。如果应用不支持硬件加速，这个图层类型等效于LAYER_TYPE_SOFTWARE。
LAYER_TYPE_SOFTWARE：View由软件渲染成Bitmap。

怎么设置图层类型依赖于你的目标：

性能：使用硬件层类型将View渲染成硬件纹理。一旦View被渲染进图层，它的绘制代码只有在View调用了invalidate()之后才会被执行。一些动画，比如透明度动画，可以直接应用到图层，这对于GPU来说是非常高效的。
视觉效果：使用硬件层或者软件层类型加上一个Paint可以对View应用一些特殊的视觉效果。例如，你可以使用ColorMatrixColorFilter对View实现黑白效果。
兼容性：使用软件层来强制View使用软件的方式绘制。如果一个View是硬件加速的（比如，你的整个应用是硬件加速的），同时有渲染问题，这种方式很容易处理因为硬件渲染管道的限制导致的问题。

视图图层和动画

当应用程序是硬件加速时，硬件层可以带来更快更平滑的动画效果。当对包含很多绘制操作的复杂View做动画想要达到每秒60帧的速度几乎不可能。可以使用硬件层将View渲染成硬件纹理来进行优化。硬件纹理操作可以用作对一个view进行动画操作，当进行动画的时候可以减少对View自身频繁的重绘。除非你改变这个view的属性（调用invalidate()方法）或者你手动的调用invalidate()。如果在你的应用中运行一个动画，但是并没有得到你想要的平滑效果，可以考虑为你要动画的view开启硬件层。

当View由硬件层支持时，一些属性由图层在屏幕上的复合方式操控。设置这些属性的时候是很高效的，因为他们不需要View失效或重绘。下面列出的属性会影响图层的叠加。设置这些属性会使View刷新，但是不会重绘目标View。

alpha：改变图层的不透明度
x,y,translationX,translationY：改变图层的位置
scaleX,scaleY：改变图层的大小
rotation,rotationX,rotationY：在3D空间改变图层的方向
pivotX,pivotY：改变图层的变换原点

这些属性是使用ObjectAnimator对View进行动画操作时用到的名字。如果你想要访问这些属性，调用对应的setter和getter方法。比如，想要修改alpha属性，调用setAlpha()。下面的代码片段展示在3D空间将View绕着Y轴旋转的最高效方式：

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

因为硬件层会消耗视频内存，所以强烈建议仅仅在动画期间开启，动画结束后立即关闭。通过动画监听器来实现：

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();

小贴士和技巧

切换到硬件加速的2D图形可以立即提高性能，但您仍然应该按照以下建议来设计应用程序以有效使用GPU：

减少应用中View数量
- 系统需要绘制的View越多，越慢。对于软件渲染管道也是一样。减少view数量是优化UI的最容易的方法之一。
避免过度绘制
- 不要在一个点画太多层。移除那些完全不可见的View。如果你需要绘制几层叠起来，可以考虑将它们合并到一层上。就现在的硬件来看，有一个好的经验就是动画的每帧不要绘制多余屏幕像素2.5倍的像素数量（bimap中的透明像素也计算在内）。
不要在draw方法中创建渲染对象
- 一个常见的错误就是当绘制方法被调用的时候，每次都要创建一个新的Paint或者Path。这将迫使垃圾回收器过于频繁的运行，这将对缓冲和硬件的绘制造成影响
不要频繁修改形状
- 比如，复杂的图形、路径和圆使用纹理蒙层渲染。每次你创建或修改路径时，硬件管道都会创建一个新的蒙层。这个过程是很昂贵的。
不要频繁修改Bitmap
- 你每次改变Bitmap的内容时，下次绘制的时候都会以GPU纹理形式再上传一次。
要小心使用alpha通道
- 当你使用setAlpha()，AlphaAnimation或者ObjectAnimator改变View的透明度时，它都会被渲染到离屏缓冲区中，这将导致双倍的填充率。当对非常大的View应用不透明度效果时，可以考虑设置这个View的图层类型为LAYER_TYPE_HARDWARE