安卓surfaceview的使用方式
1. 什么是surfaceview
surfaceview内部机制和外部层次结构
在安卓开发中,我们经常会遇到一些需要高性能、高帧率、高画质的应用场景,例如视频播放、游戏开发、相机预览等。这些场景中,我们需要直接操作图像数据,并且实时地显示到屏幕上。如果我们使用普通的view组件来实现这些功能,可能会遇到以下问题:
- view组件是在主线程中进行绘制的,如果绘制过程耗时过长或者频繁刷新,可能会导致主线程阻塞,影响用户交互和界面响应。
- view组件在绘制时没有使用双缓冲机制,也就是说每次绘制都是直接在屏幕上进行的,这可能会导致绘制过程中出现闪烁或者撕裂的现象。
- view组件是基于view层次结构的,也就是说每个view都是一个矩形区域,如果我们想要实现一些不规则形状或者透明度变化的效果,可能会比较困难。
为了解决这些问题,安卓提供了一种特殊的view组件:surfaceview 。surfaceview拥有自己独立的surface,也就是一个可以在其上直接绘制内容的图形缓冲区。surfaceview的内容是透明的,可以嵌入到view层次结构中,并且可以和其他view进行重叠或者裁剪。surfaceview适用于需要频繁刷新或处理逻辑复杂的绘图场景,如视频播放、游戏等。
下图展示了surfaceview和普通view在屏幕上的显示效果:
surfaceview和普通view
从图中可以看出,普通view是按照顺序依次绘制到屏幕上的,而surfaceview则是直接绘制到屏幕上的一个透明区域,并且可以和其他view进行重叠或者裁剪。
2. surfaceview和view的区别
从上面的介绍中,我们已经了解了surfaceview和普通view在显示效果上的区别。那么,在实现原理和使用方式上,它们又有什么不同呢?下面我们来对比一下它们的主要区别:
特点 普通view surfaceview 更新方式 主动更新,可以在任何时候调用invalidate方法来触发重绘,在onDraw方法中使用canvas进行绘制 被动更新,不能直接控制重绘,需要通过一个子线程来进行页面的刷新,在子线程中直接操作surface进行绘制 刷新线程 主线程刷新,可以保证界面的一致性和同步性,但是可能导致主线程阻塞或者掉帧 子线程刷新,可以避免主线程阻塞,并且可以提高刷新频率和效率,但是需要注意线程间的通信和同步问题 缓冲机制 无双缓冲机制,每次绘制都是直接在屏幕上进行,可以节省内存空间,但是可能导致闪烁或者撕裂的现象 有双缓冲机制,每次绘制都是先在一个缓冲区中进行,然后再将缓冲区中的内容复制到屏幕上,可以避免闪烁或者撕裂的现象,并且可以提高绘制质量,但是需要消耗更多的内存空间 - 更新方式:普通view适用于主动更新的情况,也就是说我们可以在任何时候调用view的invalidate方法来触发view的重绘,然后在onDraw方法中使用canvas进行绘制。而surfaceview主要用于被动更新的情况,也就是说我们不能直接控制surfaceview的重绘,而是需要通过一个子线程来进行页面的刷新,然后在子线程中直接操作surface进行绘制。
- 刷新线程:普通view是在主线程里面进行刷新的,也就是说所有的绘制操作都是在主线程中完成的。这样的好处是可以保证界面的一致性和同步性,但是也有可能导致主线程阻塞或者掉帧。而surfaceview是通过一个子线程来进行页面的刷新的,也就是说所有的绘制操作都是在子线程中完成的。这样的好处是可以避免主线程阻塞,并且可以提高刷新频率和效率,但是也需要注意线程间的通信和同步问题。
- 缓冲机制:普通view在绘图时没有使用双缓冲机制,也就是说每次绘制都是直接在屏幕上进行的。这样的好处是可以节省内存空间,但是也可能导致绘制过程中出现闪烁或者撕裂的现象。而surfaceview在底层实现机制中已经实现了双缓冲机制,也就是说每次绘制都是先在一个缓冲区中进行,然后再将缓冲区中的内容复制到屏幕上。这样的好处是可以避免闪烁或者撕裂的现象,并且可以提高绘制质量,但是也需要消耗更多的内存空间。
3. surfaceview的创建和使用
了解了surfaceview和普通view的区别之后,我们就可以开始创建和使用surfaceview了。创建自定义的surfaceview需要以下几个步骤:
- 继承surfaceview:首先,我们需要创建一个自定义的类,继承自surfaceview,并实现两个接口:surfaceholder.callback和runnable。前者用于监听surface的状态变化,后者用于实现子线程的逻辑。
- 初始化surfaceholder:其次,我们需要在构造方法中初始化surfaceholder对象,并注册surfaceholder的回调方法。surfaceholder是一个用于管理surface的类,它提供了一些方法来获取和操作surface。
- 处理回调方法:然后,我们需要在回调方法中处理surface的创建、改变和销毁事件。当surface被创建时,我们需要启动子线程,并根据需要调整view的大小或位置;当surface被改变时,我们需要重新获取surface的宽高,并根据需要调整view的大小或位置;当surface被销毁时,我们需要停止子线程,并释放相关资源。
- 实现run方法:接着,我们需要在run方法中实现子线程的绘图逻辑。我们可以使用一个循环来不断地刷新页面,并且根据不同的条件来控制循环的退出。
- 获取canvas对象:最后,我们需要在draw方法中获取canvas对象,并通过lockcanvas和unlockcanvasandpost方法进行绘图操作。lockcanvas方法会返回一个canvas对象,我们可以使用它来对surface进行绘制;unlockcanvasandpost方法会将绘制好的内容显示到屏幕上,并且释放canvas对象。
下面给出一个简单的示例代码,实现了一个简单的画板功能:
//自定义类继承自SurfaceView,并实现SurfaceHolder.Callback和Runnable接口 public class MySurfaceView extends SurfaceView implements SurfaceHolder.Callback, Runnable { //声明SurfaceHolder对象 private SurfaceHolder mHolder; //声明子线程对象 private Thread mThread; //声明画笔对象 private Paint mPaint; //声明画布对象 private Canvas mCanvas; //声明一个标志位,用于控制子线程的退出 private boolean mIsDrawing; //构造方法,初始化相关对象 public MySurfaceView(Context context) { super(context); //获取SurfaceHolder对象 mHolder = getHolder(); //注册SurfaceHolder的回调方法 mHolder.addCallback(this); //初始化画笔对象,设置颜色和宽度 mPaint = new Paint(); mPaint.setColor(Color.RED); mPaint.setStrokeWidth(10); } //当Surface被创建时,启动子线程,并根据需要调整View的大小或位置 @Override public void surfaceCreated(SurfaceHolder holder) { //设置标志位为true,表示子线程可以开始运行 mIsDrawing = true; //创建并启动子线程 mThread = new Thread(this); mThread.start(); } //当Surface被改变时,重新获取Surface的宽高,并根据需要调整View的大小或位置 @Override public void surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width, int height) { //TODO: 根据需要调整View的大小或位置 } //当Surface被销毁时,停止子线程,并释放相关资源 @Override public void surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder) { //设置标志位为false,表示子线程可以停止运行 mIsDrawing = false; try { //等待子线程结束,并释放子线程对象 mThread.join(); mThread = null; } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } //实现run方法,实现子线程的绘图逻辑 @Override public void run() { //使用一个循环来不断地刷新页面 while (mIsDrawing) { //获取当前时间,用于计算绘制时间 long start = System.currentTimeMillis(); //调用draw方法进行绘制操作 draw(); //获取结束时间,用于计算绘制时间 long end = System.currentTimeMillis(); //如果绘制时间小于16ms,则延时一段时间,保证每秒60帧的刷新率 if (end - start
下图展示了上述代码运行的效果:
简单的画板
从图中可以看出,我们在surface上绘制了一条随机的折线图,并且显示到了屏幕上。这只是一个简单的示例,我们可以根据自己的需求,实现更复杂的绘图逻辑和效果。
4. surfaceview和activity的生命周期
在使用surfaceview时,我们需要注意它和activity的生命周期之间的关系。因为surfaceview是嵌入到view层次结构中的,所以它会受到activity的生命周期的影响。但是,surfaceview也有自己的生命周期,它是由surfaceholder来管理的。因此,对于具有surfaceview的activity,存在两个单独但相互依赖的状态机:应用oncreate/onresume/onpause和已创建/更改/销毁的surface。
下图展示了这两个状态机之间的关系:
surfaceview和activity的状态机之间的关系
surfaceview和activity的生命周期
从图中可以看出,当activity被创建时,会触发surfaceview的创建;当activity被恢复时,会触发surfaceview的改变;当activity被暂停时,会触发surfaceview的销毁。因此,在这些事件中,我们需要做一些相应的处理,例如:
- 启动/停止子线程:当surface被创建或者销毁时,我们需要启动或者停止子线程,并根据需要调整view的大小或位置。如果我们不及时地启动或者停止子线程,可能会导致内存泄漏或者空指针异常。
- 保存/恢复状态:当activity被暂停时,我们需要从子线程中提取状态,并保存到bundle中;当activity被恢复时,我们需要从bundle中恢复状态,并传递给子线程。如果我们不及时地保存或者恢复状态,可能会导致数据丢失或者不一致。
5. surfaceview和glsurfaceview
在上面的内容中,我们介绍了如何使用surfaceview来实现一些高性能、高帧率、高画质的应用。但是,如果我们想要实现一些更加复杂和精美的3D图形效果,例如光照、阴影、纹理、动画等,那么我们就需要使用opengl es来进行渲染。opengl es是一种跨平台的图形库,它可以利用gpu加速来提高渲染效率。
为了方便我们使用opengl es进行渲染,安卓提供了一种专门用于渲染opengl es内容的surfaceview:glsurfaceview 。glsurfaceview是一种继承自surfaceview的组件,它在底层封装了egl上下文、线程间通信以及与activity生命周期交互等功能。使用glsurfaceview时,我们无需自己创建和管理子线程,只需实现glsurfaceview.renderer接口,并设置给glsurfaceview对象即可。
下图展示了glsurfaceview和普通surfaceview在屏幕上的显示效果:
glsurfaceview和普通surfaceview
从图中可以看出,glsurfaceview和普通surfaceview都是直接绘制到屏幕上的一个透明区域,但是glsurfaceview可以使用opengl es来绘制一些更加复杂和精美的3D图形效果。
6. glsurfaceview的创建和使用
了解了glsurfaceview和普通surfaceview的区别之后,我们就可以开始创建和使用glsurfaceview了。创建自定义的glsurfaceview需要以下几个步骤:
- 继承glsurfaceview:首先,我们需要创建一个自定义的类,继承自glsurfaceview,并在构造方法中初始化相关对象。
- 设置渲染器:其次,我们需要实现glsurfaceview.renderer接口,并设置给glsurfaceview对象。渲染器是一个用于绘制opengl es内容的类,它提供了三个方法:onSurfaceCreated、onSurfaceChanged和onDrawFrame。
- 设置渲染模式:然后,我们需要设置glsurfaceview的渲染模式,有两种可选:RENDERMODE_CONTINUOUSLY和RENDERMODE_WHEN_DIRTY。前者表示持续地刷新页面,后者表示只有在调用requestRender方法时才刷新页面。
- 获取opengl es对象:最后,我们需要在渲染器的方法中获取opengl es对象,并使用它来进行绘制操作。opengl es对象是一个用于操作图形数据的类,它提供了一系列的方法来创建、加载、绘制、变换、释放等图形资源。
下面给出一个简单的示例代码,实现了一个简单的3D立方体效果:
//自定义类继承自GLSurfaceView,并在构造方法中初始化相关对象 public class MyGLSurfaceView extends GLSurfaceView { //声明渲染器对象 private MyRenderer mRenderer; //构造方法,初始化相关对象 public MyGLSurfaceView(Context context) { super(context); //设置opengl es版本为2.0 setEGLContextClientVersion(2); //创建并设置渲染器对象 mRenderer = new MyRenderer(); setRenderer(mRenderer); //设置渲染模式为持续刷新 setRenderMode(GLSurfaceView.RENDERMODE_CONTINUOUSLY); } //自定义类实现GLSurfaceView.Renderer接口,并实现三个方法 private class MyRenderer implements GLSurfaceView.Renderer { //声明opengl es对象 private GLES20 gl; //声明顶点着色器代码 private final String vertexShaderCode = "attribute vec4 vPosition;" + "uniform mat4 uMVPMatrix;" + "void main() {" + " gl_Position = uMVPMatrix * vPosition;" + "}"; //声明片元着色器代码 private final String fragmentShaderCode = "precision mediump float;" + "uniform vec4 vColor;" + "void main() {" + " gl_FragColor = vColor;" + "}"; //声明顶点坐标数组 private final float[] vertexCoords = { -0.5f, -0.5f, -0.5f, // front bottom left 0.5f, -0.5f, -0.5f, // front bottom right 0.5f, 0.5f, -0.5f, // front top right -0.5f, 0.5f, -0.5f, // front top left -0.5f, -0.5f, 0.5f, // back bottom left 0.5f, -0.5f, 0.5f, // back bottom right 0.5f, 0.5f, 0.5f, // back top right -0.5f, 0.5f, 0.5f // back top left }; //声明顶点索引数组 private final short[] drawOrder = { 0, 1, 2, // front face 0, 2, 3, 4, 5, 6, // back face 4, 6, 7, 0, 4, 7, // left face 0, 7, 3, 1, 5, 6, // right face 1, 6, 2, 3, 2, 6, // top face 3, 6, 7, 0, 1, 5, // bottom face 0, 5, 4 }; //声明颜色数组 private final float[] colors = { 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, // red 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f, // green 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, // blue 1.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f, // yellow 1.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, // magenta 0.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f // cyan }; //声明顶点缓冲对象 private FloatBuffer vertexBuffer; //声明索引缓冲对象 private ShortBuffer drawListBuffer; //声明颜色缓冲对象 private FloatBuffer colorBuffer; //声明顶点着色器对象 private int vertexShader; //声明片元着色器对象 private int fragmentShader; //声明程序对象 private int program; //声明顶点位置属性的句柄 private int positionHandle; //声明颜色属性的句柄 private int colorHandle; //声明投影矩阵属性的句柄 private int mvpMatrixHandle; //声明模型矩阵对象 private float[] modelMatrix = new float[16]; //声明视图矩阵对象 private float[] viewMatrix = new float[16]; //声明投影矩阵对象 private float[] projectionMatrix = new float[16]; //声明模型视图投影矩阵对象 private float[] mvpMatrix = new float[16]; //当Surface被创建时,初始化opengl es对象,并加载和编译着色器,创建和绑定图形数据,设置相机位置和投影方式等操作 @Override public void onSurfaceCreated(GL10 gl10, EGLConfig eglConfig) { //获取opengl es对象,用于后续的绘制操作 gl = (GLES20) gl10; //设置背景颜色为黑色,用于清除屏幕时使用 gl.glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f); //加载和编译顶点着色器,返回一个句柄,用于后续的链接操作 vertexShader = loadShader(GLES20.GL_VERTEX_SHADER, vertexShaderCode); //加载和编译片元着色器,返回一个句柄,用于后续的链接操作 fragmentShader = loadShader(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER, fragmentShaderCode); //创建一个空的程序对象,返回一个句柄,用于后续的链接操作 program = GLES20.glCreateProgram(); //将顶点着色器和片元着色器附加到程序对象上 GLES20.glAttachShader(program, vertexShader); GLES20.glAttachShader(program, fragmentShader); //链接程序对象,生成最终的可执行程序 GLES20.glLinkProgram(program); //使用程序对象,激活相关的属性和统一变量 GLES20.glUseProgram(program); //获取顶点位置属性的句柄,用于后续的绑定操作 positionHandle = GLES20.glGetAttribLocation(program, "vPosition"); //获取颜色属性的句柄,用于后续的绑定操作 colorHandle = GLES20.glGetUniformLocation(program, "vColor"); //获取投影矩阵属性的句柄,用于后续的绑定操作 mvpMatrixHandle = GLES20.glGetUniformLocation(program, "uMVPMatrix"); //将顶点坐标数组转换为字节缓冲对象,用于后续的传输操作 ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocateDirect( vertexCoords.length * 4); bb.order(ByteOrder.nativeOrder()); vertexBuffer = bb.asFloatBuffer(); vertexBuffer.put(vertexCoords); vertexBuffer.position(0); //将顶点索引数组转换为字节缓冲对象,用于后续的传输操作 ByteBuffer dlb = ByteBuffer.allocateDirect( drawOrder.length * 2); dlb.order(ByteOrder.nativeOrder()); drawListBuffer = dlb.asShortBuffer(); drawListBuffer.put(drawOrder); drawListBuffer.position(0); //将颜色数组转换为字节缓冲对象,用于后续的传输操作 ByteBuffer cb = ByteBuffer.allocateDirect( colors.length * 4); cb.order(ByteOrder.nativeOrder()); colorBuffer = cb.asFloatBuffer(); colorBuffer.put(colors); colorBuffer.position(0); //设置相机位置和朝向,生成视图矩阵 Matrix.setLookAtM(viewMatrix, 0, 0, 0, -3, 0f, 0f, 0f, 0f, 1.0f, 0.0f); } //当Surface被改变时,调整视口大小,并设置投影方式,生成投影矩阵 @Override public void onSurfaceChanged(GL10 gl10, int width, int height) { //设置视口大小为Surface的大小 GLES20.glViewport(0, 0, width, height); //设置投影方式为透视投影,并根据视口宽高比计算投影矩阵 float ratio = (float) width / height; Matrix.frustumM(projectionMatrix, 0, -ratio, ratio, -1, 1, 3, 7); } //当Surface被绘制时,清除屏幕,并旋转模型矩阵,生成模型视图投影矩阵,并传输和绘制图形数据 @Override public void onDrawFrame(GL10 gl10) { //清除屏幕颜色缓冲区 GLES20.glClear(GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT); //设置模型矩阵为单位矩阵,并根据系统时间旋转模型矩阵 Matrix.setIdentityM(modelMatrix, 0); Matrix.rotateM(modelMatrix, 0, (float) SystemClock.uptimeMillis() / 1000 * 30f, 1.0f, 1.0f, 1.0f); //将模型矩阵、视图矩阵和投影矩阵相乘,生成模型视图投影矩阵 Matrix.multiplyMM(mvpMatrix, 0, viewMatrix, 0, modelMatrix, 0); Matrix.multiplyMM(mvpMatrix, 0, projectionMatrix, 0, mvpMatrix, 0); //将模型视图投影矩阵传输到顶点着色器中,并激活该属性 GLES20.glUniformMatrix4fv(mvpMatrixHandle, 1, false, mvpMatrix, 0); //将顶点坐标数据传输到顶点着色器中,并激活该属性 GLES20.glVertexAttribPointer(positionHandle, 3, GLES20.GL_FLOAT, false, 0, vertexBuffer); GLES20.glEnableVertexAttribArray(positionHandle); //使用循环为每个面设置不同的颜色,并绘制三角形 for (int i = 0; i
glsurfaceview的使用方式
什么是glsurfaceview
glsurfaceview是一种专门用于渲染opengl es内容的surfaceview。opengl es是一种用于嵌入式设备上的3D图形渲染API。glsurfaceview类提供了用于管理egl上下文、在线程间通信以及与activity生命周期交互的辅助程序类。使用glsurfaceview时,无需自己创建和管理子线程,只需实现glsurfaceview.renderer接口,并设置给glsurfaceview对象即可。
glsurfaceview和surfaceview的区别
glsurfaceview和surfaceview都是继承自surfaceview的类,都可以在子线程中直接操作surface进行绘制。但是glsurfaceview相比surfaceview有以下的优势:
- glsurfaceview可以自动创建和管理egl上下文,无需自己处理egl的初始化、销毁、切换等操作。
- glsurfaceview可以自动创建和管理子线程,无需自己处理线程的启动、停止、同步等操作。
- glsurfaceview可以自动处理与activity生命周期的交互,无需自己处理activity的暂停、恢复、保存状态等操作。
- glsurfaceview可以提供多种渲染模式,可以根据需要调整渲染频率,避免过度绘制或掉帧。
glsurfaceview的创建和使用
创建自定义的glsurfaceview继承glsurfaceview,并在构造方法中设置opengl es版本、渲染器对象和渲染模式。创建自定义的渲染器实现glsurfaceview.renderer接口,并在回调方法中进行初始化、视口设置和绘图操作。
以下是一个简单的示例代码:
// 自定义的glsurfaceview类 public class MyGLSurfaceView extends GLSurfaceView { // 构造方法 public MyGLSurfaceView(Context context) { super(context); // 设置opengl es版本为2.0 setEGLContextClientVersion(2); // 设置渲染器对象 setRenderer(new MyRenderer()); // 设置渲染模式为连续模式 setRenderMode(GLSurfaceView.RENDERMODE_CONTINUOUSLY); } // 自定义的渲染器类 private class MyRenderer implements GLSurfaceView.Renderer { // 渲染器创建时的回调方法 @Override public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) { // 在这里进行一些初始化操作,比如设置清屏颜色为黑色 GLES20.glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f); } // 渲染器改变时的回调方法 @Override public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) { // 在这里进行一些视口设置操作,比如设置视口大小为surface的大小 GLES20.glViewport(0, 0, width, height); } // 渲染器绘制时的回调方法 @Override public void onDrawFrame(GL10 gl) { // 在这里进行一些绘图操作,比如清屏 GLES20.glClear(GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT); } } }
glsurfaceview和activity的生命周期
当使用glsurfaceview时,无需自己处理与activity生命周期的交互,glsurfaceview会自动根据activity的状态来暂停或恢复渲染器。但是如果需要保存或恢复一些重要的数据或状态,可以在activity的onSaveInstanceState和onRestoreInstanceState方法中进行操作。
以下是一个示意图,展示了glsurfaceview和activity的生命周期之间的关系:
glsurfaceview和activity的生命周期
从图中可以看出,当activity创建时,会触发glsurfaceview的onSurfaceCreated回调方法,这时会创建渲染器对象,并调用渲染器的onSurfaceCreated回调方法。当activity恢复时,会触发glsurfaceview的onDrawFrame回调方法,这时会恢复渲染器的绘制操作,并调用渲染器的onDrawFrame回调方法。当activity暂停时,会触发glsurfaceview的onDrawFrame回调方法,这时会暂停渲染器的绘制操作,并调用渲染器的onDrawFrame回调方法。当activity销毁时,会触发glsurfaceview的onSurfaceCreated回调方法,这时会销毁渲染器对象,并调用渲染器的onSurfaceCreated回调方法。
在这个过程中,需要注意以下几点:
- 在activity的onSaveInstanceState和onRestoreInstanceState方法中,可以保存或恢复一些重要的数据或状态,比如使用一个bundle对象来存储或获取一些opengl es相关的对象或参数。
- 在glsurfaceview的onSurfaceChanged回调方法中,可以根据surface的宽高调整视口大小或投影方式,比如使用glviewport或glfrustum等方法来设置视口或投影矩阵。
- 在glsurfaceview的setRenderMode方法中,可以设置不同的渲染模式,比如使用RENDERMODE_CONTINUOUSLY或RENDERMODE_WHEN_DIRTY来设置连续模式或按需模式。
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