一.渲染流程

1.VSync信号的监听

    在Android中，App的渲染流程是从ViewRootImpl开始的。在回调Activity的onResume方法后，会调用ViewRootImpl的requestLayout方法触发页面中View的测量与绘制。

    在requestLayout方法中，首先会调用checkThread方法检查当前线程是否为UI线程，如果不是，则抛出异常。接下来会调用scheduleTraversals方法。

    在ViewRootImpl的scheduleTraversals方法中，主要做了两件事：

1）向主线程的消息队列发送一个同步信息屏障。

2）提交callbackType类型为CALLBACK_TRAVERSAL的TraversalRunnable。

2.VSync信号触发绘制

    当VSync信号到来时，会执行TraversalRunnable的run方法，该方法内部会调用ViewRootImpl的doTraversal方法。

    在ViewRootImpl的doTraversal方法中，主要做了两件事：

1）移除主线程消息队列的同步信息屏障。

2）调用performTraversals方法。

    在ViewRootImpl的performDraw方法中，会调用draw方法。在ViewRootImpl的draw方法中，如果开启了硬件渲染，就会从mAttachInfo的mThreadedRenderer中获取ThreadedRenderer。并调用ThreadedRenderer的draw方法。

    在ThreadedRenderer的draw方法中主要做了两件事：

1）从DecorView开始递归构建DisplayList。

2）唤醒Render线程对DisplayList进行渲染。

    在ThreadedRenderer的updateRootDisplayList中主要做了四件事：

1）从DecorView开始向下分发draw方法，递归构建DisplayListOp。

2）获取最顶层的RecordingCanvas。

3）通过DecorView获取最终的RenderNode并绘制到RecordingCanvas上。

4）将DisplayListOp填充到Native层的RootRenderNode中。

二.渲染原理

1.画布的获取

    在硬件渲染中，每个View都有一个RenderNode。当调用RenderNode的beginRecording方法时，内部会调用RecordingCanvas的静态方法obtain获取RenderNode。
    在RecordingCanvas的静态方法obtain中，会创建RecordingCanvas。

    在RecordingCanvas的构造方法中，主要做了两件事：

1）创建Native层Canvas并返回对应的地址。

2）调用父类的构造方法对返回的地址进行保存。

1.1 画布的创建

    RecordingCanvas的nCreateDisplayListCanvas方法对应的Native实现为android_graphics_DisplayListCanvas的android_view_DisplayListCanvas_createDisplayListCanvas函数。

    在android_view_DisplayListCanvas_createDisplayListCanvas函数中，主要做了三件事：

1）获取Native层的RenderNode。

2）创建Canvas。

3）返回Canvas对应的地址。

    在Canvas::create_recording_canvas方法中，会创建SkiaRecordingCanvas。

    在SkiaRecordingCanvas的构造方法中，会调用initDisplayList方法，初始化DisplayList。

1.2 渲染指令列表的创建

    在SkiaRecordingCanvas的initDisplayList方法中，主要做了三件事：

1）清除上一帧的SkiaDisplayList，如果SkiaDisplayList为空，则再创建一个SkiaDisplayList。

2）绑定SkiaDisplayList与RecordingCanvas。

3）将RecordingCanvas保存到SkiaCanvas中。

    在SkiaDisplayList的attachRecorder方法中，会将SkiaDisplayList中的SkiaDisplayData与RecordingCanvas绑定。

2.绘制与渲染指令

2.1 矩形的绘制

    在硬件绘制过程中，当调用Canvas的drawRect方法时，在Canvas的drawRect方法中，会调用nDrawRect方法。

    Canvas的nDrawRect方法对应的Native实现为android_graphics_Canvas的drawRect函数。在drawRect函数中，主要做了两件事：

1）获取Native层Canvas。

2）通过Canvas绘制矩形。

    SkiaRecordingCanvas继承自SkiaCanvas。这里的drawRect方法在SkiaRecordingCanvas的父类SkiaCanvas中实现。

    在SkiaCanvas的drawRect方法中，会调用SkCanvas的drawRect方法。

    在SkCanvas的drawRect方法中，会调用子类RecordingCanvas的onDrawRect方法。

    在RecordingCanvas的onDrawRect方法中，会调用之前保存的DisplayListData的drawRect方法。在DisplayListData的drawRect方法中，会创建一个DrawRect指令并保存。

2.2 硬件渲染指令

    在DisplayListData中，所有的绘制指令都存储在一块连续的内存中。

    在Android中，所有的绘制指令都继承了Op。Op是一个结构体，在Op中有两个字段，type表示指令的类型，skip表示指令的长度。

struct Op {
    uint32_t type : 8;
    uint32_t skip : 24;
  };

    在DisplayListData的push方法中，主要做了四件事：

1）计算当前指令的长度。

2）判断所有的绘制指令是否超过内存最大容量，如果超过最大容量，则进行扩容，重新分配内存，每次扩容增加4096个字节。

3）计算当前绘制指令在内存中的位置，并在指定位置处创建当前指令的实例对象。

4）为当前绘制指令的type和skip赋值。

2.3 节点的绘制

    在ThreadedRenderer的updateViewTreeDisplayList方法中，会调用View的updateDisplayListIfDirty方法。
    在View的updateDisplayListIfDirty方法中，主要做了三件事：

1）从自身的RenderNode中获取RecordingCanvas。

2）通过Flag判断，如果是ViewGroup且自身不用绘制，则分发子View去绘制，否则直接绘制。

3）结束绘制。

    在View的draw方法中，首先会绘制自身。然后对子View进行绘制。dispatchDraw方法在View中为空实现，如果一个View不是ViewGroup，那么dispatchDraw方法不会对任何View进行绘制分发。

    View的dispatchDraw方法在ViewGroup中被重写。如果一个View是ViewGroup，那么dispatchDraw方法会对子View进行绘制分发。在ViewGroup的dispatchDraw方法中，会调用drawChild方法。

    在ViewGroup的drawChild方法中，会调用View的draw方法。这里的draw方法是View中一个重载的draw方法，只在ViewGroup中调用。

    在View重载的draw方法中，主要做了三件事：

1）判断是否开启硬件渲染。

2）如果开启硬件渲染，则对当前View构建DisplayList，保存到当前View的RenderNode并返回。

3）如果当前View的DisplayList不为空，则将当前View的RenderNode绘制到父View的Canvas上。

    在RecordingCanvas的drawRenderNode方法中，会调用nDrawRenderNode方法。

    RecordingCanvas的nDrawRenderNode方法对应的Native层实现为android_graphics_DisplayListCanvas的android_view_DisplayListCanvas_drawRenderNode函数。

    在android_view_DisplayListCanvas_drawRenderNode函数中，主要做了三件事：

1）根据地址获取Native层Canvas。

2）根据地址获取View对应的Native层的RenderNode。

3）将RenderNode绘制到Canvas上。

    根据硬件渲染中Canvas的创建过程可以知道，这里的Canvas实际上是SkiaRecordingCanvas。

    在SkiaRecordingCanvas的drawRenderNode方法中，主要做了两件事：

1）将RenderNode封装成RenderNodeDrawable，保存到SkiaDisplayList中用于记录。

2）对封装好的RenderNodeDrawable进行绘制。

    SkiaRecordingCanvas继承自SkiaCanvas。这里的drawDrawable方法在SkiaRecordingCanvas的父类SkiaCanvas中实现。

    在SkiaCanvas的drawDrawable方法中，会调用SkCanvas的drawDrawable方法。

    在SkCanvas的drawDrawable方法中，会调用子类RecordingCanvas的onDrawDrawable方法。

    在RecordingCanvas的onDrawDrawable方法中，会调用之前保存的DisplayListData的drawDrawable方法。在DisplayListData的drawDrawable方法中，会创建一个DrawDrawable指令并保存。

3.绘制的提交

3.1 绘制结果的保存

    在RenderNode的endRecording方法中，主要做了两件事：

1）停止记录，标记DisplayList可用。

2）释放RecordingCanvas。

    在RecordingCanvas的finishRecording方法中，会调用nFinishRecording方法。

    RecordingCanvas的nFinishRecording方法对应的Native实现为android_graphics_DisplayListCanvas的android_view_DisplayListCanvas_finishRecording函数。

    在android_view_DisplayListCanvas_finishRecording函数中，主要做了三件事：

1）获取Canvas，实际获取的是SkiaRecordingCanvas。

2）获取RenderNode。

3）调用SkiaRecordingCanvas的finishRecording结束绘制。

    在SkiaRecordingCanvas的finishRecording方法中，主要做了三件事：

1）暂停标记并获取SkiaDisplayList。

2）将SkiaDisplayList封装成DisplayList，DisplayList是对SkiaDisplayListWrapper的重命名，SkiaDisplayListWrapper会保存SkiaDisplayList。

3）将DisplayList保存到RenderNode中。

3.2 绘制结果的获取

    在DisplayList构建完成后， 会调用ThreadedRenderer的syncAndDrawFrame方法唤醒Render线程进行渲染。在ThreadedRenderer的syncAndDrawFrame中，会调用nSyncAndDrawFrame方法。

    ThreadedRenderer的nSyncAndDrawFrame方法对应的Native实现为android_graphics_HardwareRenderer的android_view_ThreadedRenderer_syncAndDrawFrame函数。

    在android_view_ThreadedRenderer_syncAndDrawFrame函数中，主要做了两件事：

1）获取RenderProxy。

2）调用RenderProxy的syncAndDrawFrame方法。

    在RenderProxy的syncAndDrawFrame方法中，会调用DrawFrameTask的drawFrame方法。在DrawFrameTask的drawFrame方法中，会调用postAndWait方法。

    在DrawFrameTask的postAndWait方法中，主要做了三件事：

1）对DrawFrameTask的run方法进行封装。

2）将封装后的对象添加到RenderThread的队列中。

3）UI线程进入阻塞状态。

    当RenderTread执行任务时，会调用DrawFrameTask的run方法。在DrawFrameTask的run方法中，主要做了三件事：

1）获取UI线程构建的DisplayList。

2）唤醒UI线程。

3）根据DisplayList进行绘制。

4.层级的构建

    在DrawFrameTask的syncFrameState方法中，主要做了两件事：

1）处理硬件加速层，如TextureView的绘制。

2）构建TreeInfo。

    在CanvasContext的prepareTree方法中，主要做了两件事：

1）保存LayerUpdateQueue到TreeInfo中，为后续后构建TreeInfo做准备。LayerUpdateQueue用于保存待绘制的RenderNode。

2）遍历RenderNode构建TreeInfo。

    在RenderNode的prepareTreeImpl方法中，主要做了三件事：

1）获取DisplayList。

2）通过DisplayList分发子节点构建TreeInfo。

3）将完成构建的当前RenderNode保存到LayerUpdateQueue中。

4.1 绘制结果的更新

    在RenderNode的pushStagingDisplayListChanges方法中，会调用syncDisplayList方法，对DisplayList进行锁定保存。

    在RenderNode的syncDisplayList方法中，主要做了三件事：

1）遍历mStagingDisplayList中保存的RenderNode，对RednerNode的引用加1。mStagingDisplayList是用于暂存本次构建好的DisplayList的变量。

2）遍历mDisplayList中保存的RenderNode，对RednerNode的引用减1，并清空mDisplayList中对SkiaDisplayList的引用。mDisplayList是用于保存下次待渲染的DisplayList的变量。

3）将本次构建好的DisplayList保存到下次待渲染的DisplayList。

    DisplayList是对SkiaDisplayListWrapper的重命名。在SkiaDisplayListWrapper的updateChildren方法中，会调用SkiaDisplayList的updateChildren方法。

    在SkiaDisplayList的updateChildren方法中，主要做了三件事：

1）遍历获取RenderNodeDrawable。

2）从RenderNodeDrawable中获取RenderNode。

3）将RenderNode作为参数，执行参数中传入的function方法。

4.2 构建的分发

    DisplayList是对SkiaDisplayListWrapper的重命名。在SkiaDisplayListWrapper的prepareListAndChildren方法中，会调用SkiaDisplayList的prepareListAndChildren方法。

    在SkiaDisplayList的prepareListAndChildren方法中，主要做了四件事：

1）遍历获取RenderNodeDrawable。

2）从RenderNodeDrawable中获取RenderNode。

3）对TreeInfo中的属性进行更新。

4）将RenderNode和TreeInfo作为参数，执行参数中传入的function方法。

    这里传入的function是RenderNode的prepareTreeImpl方法，这样就实现了子RenderNode构建TreeInfo。

4.3 构建数据的保存

    在RenderNode的pushLayerUpdate方法中，会对当前的RenderNode进行保存。

5.渲染与渲染管线

    在Android中，渲染管线有两种：SkiaOpenGLPipeline和SkiaVulkanPipeline，底层实现分别对应着OpenGL和Vulkan。下面所有的IRenderPipeline以SkiaOpenGLPipeline为例。

    在CanvasContext的draw方法中，主要做了三件事：

1）获取可绘制的缓存。

2）使用GPU按照绘制指令绘制界面。

3）将绘制好的图形缓冲通过Binder交给SurfaceFlinger进行合成与显示，即上帧。

    在SkiaOpenGLPipeline的draw方法中，主要做了两件事：

1）创建SkSurface指针并初始化。

2）开始渲染。

    SkiaOpenGLPipeline的renderFrame方法在SkiaOpenGLPipeline的父类SkiaPipeline中实现。

    在SkiaPipeline的renderFrame方法中，主要做了四件事：

1）获取SkCanvas。

2）处理发生变化的Layer，更新对应RenderNode。

3）对所有的renderNode进行绘制。

4）释放SkCanvas。

5.1 节点的更新

    在SkiaPipeline的renderLayersImpl方法中，主要做了三件事：

1）遍历LayerUpdateQueue，获取Entry，并从Entry中获取RenderNode.

2）从RenderNode中获取SkCanvas。

3）将RenderNode分装成RenderNodeDrawable，并绘制到SkCanvas上。

    RenderNodeDrawable继承自SkDrawable。在RenderNodeDrawable的draw方法中，会调用onDraw方法，onDraw方法在RenderNodeDrawable被重写。在RenderNodeDrawable的onDraw方法中，会调用forceDraw方法。在RenderNodeDrawable的forceDraw方法中，会调用drawContent方法。

    在RenderNodeDrawable的drawContent方法中，主要做了两件事：

1）从RenderNode中获取DisplayList。

2）绘制DisplayList。

    在SkiaDisplayList的draw方法中，会调用DisplayListData的draw方法。

    在DisplayListData的draw方法中，会调用map方法。在DisplayListData的map方法中，主要做了五件事：

1）计算绘制指令内存中绘制指令的终止区域。

2）从绘制指令内存的起始位置进行遍历。

3）获取绘制指令的类型和长度。

4）根据指令的类型，调用指令的绘制方法。

5）根据指令的长度，计算下一个绘制指令的位置。

    Array<Fn>是模版生成的代码，其中的模版参数Fn代表不同类型的绘制指令的draw方法的调用。以DrawRect指令为例，当ptr指针指向DrawRect指令时，会根据指令类型从Array<Fn>取出对应DrawRect的draw方法调用的Fn，当调用Fn时，会触发DrawRect的draw方法的执行。

    在DrawRect的draw方法中，会通过SkCanvas的draw方法完成绘制。

5.2 节点的渲染

    在SkiaPipeline的renderFrameImpl方法中，主要做了两件事：

1）对RenderNode进行遍历，将RenderNode封装成RenderNodeDrawable。

2）对RenderNodeDrawable进行渲染。

    与renderLayerImpl不同，renderFrameImpl绘制到缓存对应的SkCanvas上，而不是自身的SkCanvas上。

三.总结

1.硬件渲染

    Android硬件渲染分成两个部分：渲染指令列表的构建和渲染指令列表的渲染，分别对应着ThreadedRenderer的updateRootDisplayList方法和syncAndDrawFrame方法。即绘制过程和渲染过程是分开的。

    绘制过程发生在UI线程，渲染过程发生在Render线程。

2.绘制流程

    在硬件渲染中，每个View对应着一个RenderNode。每个RenderNode中保存着对应的SkiaDisplayList。

    硬件的绘制过程，本质上是将待绘制的数据封装成对应的硬件渲染指令，保存到SkiaDisplayList中。子View绘制到完成后，父View会对子View的RenderNode进行绘制，将子View的RenderNode绘制指令保存到SkiaDisplayList中，形成绘制的层级结构。

    画布的获取本质上是对SkiaDisplayList的创建与初始化。

    绘制的提交本质上是将构建好的SkiaDisplayList保存到RenderNode中。

2.1 渲染指令

    在Android中，所有的绘制指令都继承了Op。Op是一个结构体，在Op中有两个字段，type表示指令的类型，skip表示指令的长度。

struct Op {
    uint32_t type : 8;
    uint32_t skip : 24;
  };

    所有的渲染指令都保存到DisplayListData中，DisplayListData本质上是一块连续的内存。

2.2 对应关系

    SkiaRecordingCanvas继承自SkiaCanvas，RecordingCanvas继承自SkCanvas。

    RecordingCanvas负责管理硬件渲染指令和DisplayListData、操作硬件渲染指令在DisplayListData上的填充。SkiaRecordingCanvas是对RecordingCanvas的封装，负责DisplayListData的大小分配与初始化、SkiaDisplayList的管理和子View的RenderNode更新保存。

    RecordingCanvas直接操作DisplayListData，SkiaRecordingCanvas直接操作SkiaDisplayList。SkiaDisplayList是对DisplayListData的屏蔽封装。

3.渲染流程

    硬件的渲染过程分成三部分：渲染指令列表(SkiaDisplayList)的获取、渲染层级(TreeInfo)的构建、渲染管线(IRenderPipeline)的渲染。

3.1 渲染指令列表的获取

    渲染指令列表的获取过程会阻塞UI线程，在获取完成后会唤醒UI线程。

3.2 渲染层级的构建

    渲染层级的构建过程本质上是从DecorView的RootRenderNode开始向下判断哪些子View的RenderNode发生了变化，并把变化的RenderNode保存到TreeInfo中。

3.3 渲染管线的渲染

    在Android中，渲染管线有两种：SkiaOpenGLPipeline和SkiaVulkanPipeline，底层实现分别对应着OpenGL和Vulkan。

    渲染管线的渲染过程分成两部分：RenderNode的更新渲染和RenderNode的最终渲染。

    渲染管线在渲染过程中会将RenderNode封装成RenderNodeDrawable。RenderNode的更新渲染本质上就是在RenderNode自身的SkCanvas上绘制。RenderNode的最终渲染本质上就是在生产消费模型对应的SkCanvas上绘制。