Android显示系统——Transaction

Transaction是应用与SurfaceFlinger交流的方式之一，应用通过打开一个Transaction，然后设置各种setXXX操作，最后通过apply把所有的设定操作提交给SurfaceFlinger进行处理。

Transaction最常用的使用方法(套路)一般如下：

Transaction t;
t.setLayer(mSurfaceControl, 0x7fffffff)
    .show(mSurfaceControl)
    .apply();

Java层的Transaction定义位于base\core\java\android\view\SurfaceControl.java文件中。先来看Transaction提供了不同类型的构造函数，做开发者在不同的场景使用。

public Transaction() { // 由系统自动生成一个全新的Transaction
    this(nativeCreateTransaction());
}

private Transaction(long nativeObject) { // 根据nativeObject生成一个Transaction，这里nativeObject指一个已经存在的Trnansaction对象
    mNativeObject = nativeObject;
    mFreeNativeResources = sRegistry.registerNativeAllocation(this, mNativeObject); // 这里主要用于内存Transaction管理，不需要重点关注
}

private Transaction(Parcel in) { // 根据一个已经存在的Parcel对象创建一个Transaction对象
    readFromParcel(in);
}

对应Native侧C++的实现分别为：

// 第一种方式，创建一个全新的Transaction
SurfaceComposerClient::Transaction::Transaction() {
    mId = generateId(); // 自动生成一个Transaction id
}

std::atomic<uint32_t> idCounter = 0; // 查看aosp代码可知，idCounter代表系统已经创建过的Transaction数量
int64_t generateId() {
    return (((int64_t)getpid()) << 32) | ++idCounter;
}

// 第二种方式，根据已经一个已有的Transaction对象生成一个新的Trnasaction对象
SurfaceComposerClient::Transaction::Transaction(const Transaction& other)
      : mId(other.mId),
        mForceSynchronous(other.mForceSynchronous),
        mTransactionNestCount(other.mTransactionNestCount),
        mAnimation(other.mAnimation),
        mEarlyWakeupStart(other.mEarlyWakeupStart),
        mEarlyWakeupEnd(other.mEarlyWakeupEnd),
        mContainsBuffer(other.mContainsBuffer),
        mDesiredPresentTime(other.mDesiredPresentTime),
        mIsAutoTimestamp(other.mIsAutoTimestamp),
        mFrameTimelineInfo(other.mFrameTimelineInfo),
        mApplyToken(other.mApplyToken) {
    mDisplayStates = other.mDisplayStates;
    mComposerStates = other.mComposerStates;
    mInputWindowCommands = other.mInputWindowCommands;
    mListenerCallbacks = other.mListenerCallbacks;
}

// 第三种方式，根据parcel传递过来的信息创建一个新的Transaction对象
std::unique_ptr<SurfaceComposerClient::Transaction>
SurfaceComposerClient::Transaction::createFromParcel(const Parcel* parcel) {
    auto transaction = std::make_unique<Transaction>();
    if (transaction->readFromParcel(parcel) == NO_ERROR) {
        return transaction;
    }
    return nullptr;
}

status_t SurfaceComposerClient::Transaction::readFromParcel(const Parcel* parcel) {
    const uint32_t forceSynchronous = parcel->readUint32();
    // ......
    sp<IBinder> applyToken;
    parcel->readNullableStrongBinder(&applyToken);
    // ......
    mApplyToken = applyToken;
    return NO_ERROR;
}

下面重点来看Transaction都可以做哪些事情，即setXXX方法都有哪些。

1. Display相关的

备注：

• LayerStack是一个标识，用于唯一标识一组按z轴大小排序的layer的集合，一个layer只能被绑定到一个LayerStack中，但一个LayerStack可以关联到多个Display中，即多个Display显示同一个LayersStack的layers，也就是这些display显示的内容是完全一样的，镜像的。

2. Surface相关的

2.1 setBuffer

setBuffer有4个重载函数

1. setBuffer(SurfaceControl sc, GraphicBuffer buffer)
2. setBuffer(@NonNull SurfaceControl sc, @Nullable HardwareBuffer buffer)
3. setBuffer(@NonNull SurfaceControl sc, @Nullable HardwareBuffer buffer, @Nullable SyncFence fence)
4. setBuffer(@NonNull SurfaceControl sc, @Nullable HardwareBuffer buffer, @Nullable SyncFence fence, @Nullable Consumer releaseCallback)

4个函数的作用均为更新surface要显示的buffer，但存在如下差异：

• 第(1)个只能用于类型为FX_SURFACE_BLAST的SurfaceControl。
• 第(2)个函数中，该buffer只能以HardwareBuffer#USAGE_COMPOSER_OVERLAY类型进行申请，而以HardwareBuffer#USAGE_GPU_SAMPLED_IMAGE申请的buffer会可能会走GPU合成。
• 第(3)个函数与第(2)函数要求相同，但多了一个fence参数，如果fence参数为空或无效，则与第(2)个函数功能完全相同。该函数在设置要显示的buffer的同时，传入了一个presentation fence参数，主要目的是为了提升性能体验。指定了有效的fence参数后，只有等GPU完成了该Buffer的绘制后，这个transaction才能被SurfaceFlinger处理，否则SurfaceFlinger会一起等待，一起等到GPU绘制完成或者等待超时。例如，假设应用该buffer连同fence（该fence由android.opengl.EGLExt#eglDupNativeFenceFDANDROID(EGLDisplay, EGLSync)创建）一同传递给GPU进行处理，即允许transaction的下发和Buffer内容的绘制可以同时并行进行，合成器则需要等待该fence被signaled后才会将该Buffer进行合成送给Display进行显示。如果在同一个transaction中指定了多个Buffer，则在合成器合成送显之前，这些buffer的fence必须都被signaled后，合成器才能进行这一次的送显操作，主要目的是为了保证同步处理，即保证这些buffer是在一帧中被处理并送显的。
• 第(4)个函数在第(3)个函数的基础上，又加了一个releaseCallback参数。releaseCallback的主要目的是让producer知道什么可以可以放心重复使用该Buffer，这种用法主要是用于连续使用transaction进行setBuffer的操作场景场景。应用端想重复使用这个buffer，则必须等待该releaseCallback函数被SurfaceFlinger回调后（，此时表明该buffer已经在服务端处理完成并释放掉了）。换句话讲，即应用端可以通过releaseCallback回调函数知道该buffer何时被SurfaceFlinger处理完成了，以此为基础来做一些其他事情。

2.2 setFrameRate

1. setFrameRate(@NonNull SurfaceControl sc, @FloatRange(from = 0.0) float frameRate, @Surface.FrameRateCompatibility int compatibility)
2. setFrameRate(@NonNull SurfaceControl sc, @FloatRange(from = 0.0) float frameRate, @Surface.FrameRateCompatibility int compatibility, @Surface.ChangeFrameRateStrategy int changeFrameRateStrategy)
3. setFrameRateSelectionPriority(@NonNull SurfaceControl sc, int priority)

现今的手机产品，一般都会支持多个不同的刷新率，如60Hz，90Hz，120Hz及144Hz等。一般情况下，系统会根据不同的场景来选择合适的刷新率。改变刷新率，意思着改变了帧间隔时长，这样一般会影响Choreographer的回调节奏，但对于media codec这种则没有任何影响。

这三个函数是应用设置刷新率相关的，简单说明如下：

• 第(1)个setFrameRate设定该surface预期的刷新速率（或帧率），compatibility表示surface指定的帧率如何与系统当前的帧率兼容，一般有两种方式：FRAME_RATE_COMPATIBILITY_DEFAULT表示不需要继承当前surface的限制，当系统选择了app请求之外的刷新率时，app会以系统选择的刷新率继续运行，该模式一般用于游戏和普通UI场等非Video场景；RAME_RATE_COMPATIBILITY_FIXED_SOURCE模式表示surface的内容应该控制固定frame rate进行显示，如video一般是固定刷新率，当系统选择了app指定之外的刷新率时，app需要pull down或采取一些其他措施来适应系统的刷新节奏，可能会出现长短帧的情况，用户体验不好，该模式主要适用于video场景。还有一种只有系统有权限使用的模式FRAME_RATE_COMPATIBILITY_EXACT，表示当前surface属于高刷新黑名单，需要系统确定采用某个刷新率进行刷新。
• 第(2)个在第(1)基础上又添加了一个ChangeFrameRateStrategy参数，该参数表示该surface请求的帧率变更是否是无疑平滑切换的（无视觉中断的），用户不可感知的，若frameRate参数为0，则此参数无效。frameRate参数为0时，表示app会接受系统的帧率决策，如果应用未调用此接口，则默认策略即是如此。

2.3 其他函数

备注：

• 针对OPAQUE和alpha对合成的影响：
  • OPAQUE + alpha(1.0) == opaque composition
  • OPAQUE + alpha(0.x) == blended composition
  • OPAQUE + alpha(0.0) == no composition
  • !OPAQUE + alpha(1.0) == blended composition
  • !OPAQUE + alpha(0.x) == blended composition
  • OPAQUE + alpha(0.0) == no composition