android双缓冲绘图技术分析

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双缓冲、多缓冲技术在计算机科学中其实是一个广义的概念，不过其本质上的意思都是差不多的。今天我们就来讲一讲双缓冲技术在android绘图中的应用。

何谓缓冲？

在理解双缓冲的原理之前，我们先要明白，什么叫缓冲？
我们可以举一个比较通俗的粟子，比如：

工头给你一个任务，让你把50块大板砖从A处搬到距离你1000米之外的B处去。你心想，50块板砖？小case,我一次就能扛完。于是你撸起袖子，一步一步，真的一趟就搞定了。这个时候工头一声奸笑对你说，小伙子不错，那边还有2000块砖，你也搬过去吧。。。
看到这堆积如山的砖头，你眼前一黑，这孙子真是想累死我啊，钱给这么少还干这么多活！
可是没办法呀，谁叫自己当初书读得少，长大了只能靠搬砖为生呢。正当你准备徒手一趟一趟地开始干时，丰满漂亮的工头，的老婆来了，她走过来，带着迷一般的微笑。那种笑容，甜蜜优雅，仿佛春风拂过泸沽湖，秋雨浸润九寨沟，让你虎躯一震。她对你说，你开工地上的卡车把这些砖搬过去吧，2000块砖太多了，一趟一趟搬太累。
你瞬间来了精神，把砖搬到卡车上，油门一踩不带走一片云彩，一下就把2000块砖搬过去了。。。
…………
“快起来，什么时候了还在睡，快去搬砖！”
该死的工头又来催！

缓冲的概念就讲到这里。

Android绘图中的双缓冲

我们知道，我们在绘图时有两样东西是少不了的，一个是Canvas（画布），一个是Paint(画笔）。Canvas提供画各种图形的方法，如画圆（drawCircle)，画矩形（drawRect）等等，Paint用来设置画笔的样式，比如笔的粗细，颜色等。每个Canvas内部持有一个Bitmap对象的引用，画图的过程其实就是往这个Bitmap当中写入ARGB信息。
比如我们现在自定义一个View,在上面画一个矩形和一个圆：

@Overrideprotected void onDraw(Canvas canvas) {canvas.drawRect(rect,mPaint);canvas.drawCircle(cx,cy,100,mPaint);}

那么现在有一个问题，画矩形和画圆是两个独立的动作，会不会在drawRect执行完之后屏幕上马上就会显示出来一个矩形呢？
为了验证我们的猜想，我们在两个绘图动作中加一个sleep:

@Overrideprotected void onDraw(Canvas canvas) {canvas.drawRect(rect,mPaint);try {TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}canvas.drawCircle(cx,cy,100,mPaint);}

我们会看到，并不是先显示矩形再显示圆，而是两个几乎同时一起显示出来的。这就说明必须要等onDraw方法执行完成之后，才会把数据交给GPU去处理展示。这就是android绘图当中的第一道缓冲，即显示缓冲区。

而所谓的双缓冲，在android绘图中其实就是再创建一个Canvas和对应的Bitmap，然后在onDraw方法里默认的Canvas通过drawBitmap画刚才new的那个bitmap从而实现双缓冲。用代码简单的表述是这样的：

private void init(){Bitmap bufferBm = Bitmap.create(getWidth,getHeight,Bitmap.Config.ARGB_8888);Canvas bufferCanvas = new Canvas(bufferBm);
}private void drawSomething(){bufferCanvas.drawRect();bufferCanvas.drawCircle();...invalidate();
}@Override
protected void onDraw(Canvas canvas) {canvas.drawBitmap(bufferBm,0,0,null);
}

示意图：

双缓冲绘图的优缺点及适用场景

我们通过一个例子来说明。
实现这样一个功能，一个自定义View,每次点击的时候在点击处画一个圆。我们先不使用双缓冲来实现：

不用双缓冲的代码：

public class MyView extends View{private Paint mPaint;private List<Point> mPoints;public MyView(Context context) {super(context);}public MyView(Context context, AttributeSet attrs) {super(context, attrs);mPaint = new Paint(Paint.ANTI_ALIAS_FLAG | Paint.DITHER_FLAG);mPaint.setStyle(Paint.Style.FILL);mPaint.setColor(Color.GREEN);setBackgroundColor(Color.WHITE);mPoints = new ArrayList<>();}@Overridepublic boolean onTouchEvent(MotionEvent event) {int action = event.getAction();switch (action){case MotionEvent.ACTION_DOWN:mPoints.add(new Point((int)event.getX(),(int)event.getY()));break;case MotionEvent.ACTION_UP:invalidate();break;}return true;}@Overrideprotected void onDraw(Canvas canvas) {for (Point p : mPoints) {canvas.drawCircle(p.x,p.y,50,mPaint);}}

在实验之前，我们先打开开发者选项里的”GPU呈现模式分析“，设置为“在屏幕上显示为条形图”（不同的手机可能有略微的差异，我这里用的是google Nexus5）。

可以看到，当画的圆数目比较少时，GPU的负荷较低，但是出现一个逐步上升的趋势：

不使用双缓冲-少数据-GPU占用图

内存使用情况是这样的：

不使用双缓冲-少数据-内存占用图

当画的圆数目增加到比较大时，GPU负荷有点惨不妨睹了：

不使用双缓冲-大数据-GPU占用图

这时的内存使用情况：

不使用双缓冲-大数据-内存占用图

我们现在改用双缓冲来绘图，代码如下：

public class MyView extends View{private Paint mPaint;private Canvas mBufferCanvas;private Bitmap mBufferBitmap;public MyView(Context context) {super(context);}public MyView(Context context, AttributeSet attrs) {super(context, attrs);mPaint = new Paint(Paint.ANTI_ALIAS_FLAG | Paint.DITHER_FLAG);mPaint.setStyle(Paint.Style.FILL);mPaint.setColor(Color.GREEN);setBackgroundColor(Color.WHITE);}@Overridepublic boolean onTouchEvent(MotionEvent event) {int action = event.getAction();switch (action){case MotionEvent.ACTION_DOWN:if (mBufferBitmap == null) {mBufferBitmap = Bitmap.createBitmap(getWidth(),getHeight(), Bitmap.Config.ARGB_8888);mBufferCanvas = new Canvas(mBufferBitmap);}mBufferCanvas.drawCircle((int)event.getX(),(int)event.getY(),50,mPaint);break;case MotionEvent.ACTION_UP:invalidate();break;}return true;}@Overrideprotected void onDraw(Canvas canvas) {if (mBufferBitmap == null) {return;}canvas.drawBitmap(mBufferBitmap,0,0,null);}
}

使用双缓冲，在数量较小时的GPU使用情况是这样的：

使用双缓冲-少数据-GPU占用图

这时候的内存使用情况：

使用双缓冲-少数据-内存占用图

使用双缓冲，在数量非常大的时候，GPU使用情况是这样的：

使用双缓冲-大数据-GPU占用图

内存使用情况：

使用双缓冲-大数据-内存占用图

从上面的实验数据我们可以得出结论：

在绘制数据量较小时，不使用双缓冲，GPU的负荷更低，即绘制性能更高；
在绘制数据量较大时，使用双缓冲绘图，绘制性能明显高于不使用双缓冲的情况；
使用双缓冲会增加内存消耗。

其实上面的结论也很好理解，就像上面举的搬砖的例子，如果砖少的话，用车来拉明显是划不来的，砖的数量很多的时候，用车来拉就可以节省很多时间，但是用车就要消耗额外的资源，这就需要根据不同的情况做出正确的选择。

android的双缓冲绘图技术就讲到这里，有不对的地方或大家有什么问题欢迎留言。

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