SurfaceFlinger服務負責繪製Android應用程式的UI，它的實現相當複雜，要從正面分析它的實現不是一件容易的事。既然不能從正面分析，我們就想辦法從側面分析。說到底，無論SurfaceFlinger服務有多複雜，它都是為Android應用程式服務的，因此，我們就從Android應用程式與SurfaceFlinger服務的關係入手，來概述和制定SurfaceFlinger服務的學習計劃。

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        SurfaceFlinger服務執行在Android系統的System程序中，它負責管理Android系統的幀緩衝區（Frame Buffer）。Android系統的幀緩衝區的相關知識，可以參考前面兩篇文章

圖1 Android應用程式與SurfaceFlinger服務的關係

        注意，Android應用程式與SurfaceFlinger服務是執行在不同的程序中的，因此，它們採用Binder程序間通訊機制來進行通訊。Android系統的Binder程序間通訊機制的相關知識，可以參考Android程序間通訊（IPC）機制Binder簡要介紹和學習計劃

        在圖1中，每一個Android應用程式與SurfaceFlinger服務都有一個連線，這個連線都是通過一個型別為Client的Binder物件來描述的。這些Client物件是Android應用程式連線到SurfaceFlinger服務的時候由SurfaceFlinger服務建立的，而當Android應用程式成功連線到SurfaceFlinger服務之後，就可以獲得一個對應的Client物件的Binder代理介面了。有了這些Binder代理介面之後，Android應用程式就可以通知SurfaceFlinger服務來繪製自己的UI了。

        Android應用程式在通知SurfaceFlinger服務來繪製自己的UI的時候，需要將UI元資料傳遞給SurfaceFlinger服務，例如，要繪製UI的區域、位置等資訊。一個Android應用程式可能會有很多個視窗，而每一個視窗都有自己的UI元資料，因此，Android應用程式需要傳遞給SurfaceFlinger服務的UI元資料是相當可觀的。在這種情況下，通過Binder程序間通訊機制來在Android應用程式與SurfaceFlinger服務之間傳遞UI元資料是不合適的，這時候Android系統的匿名共享記憶體機制（Anonymous Shared Memory）就派上用場了。Android系統的匿名共享記憶體機制的相關知識，可以參考

       在每一個Android應用程式與SurfaceFlinger服務之間的連線上加上一塊用來傳遞UI元資料的匿名共享記憶體，我們就得到了圖2，如下所示：

圖2 用來在Android應用程式與SurfaceFlinger服務之間傳遞UI元資料的匿名共享記憶體

        在Application和Client這兩個高富帥看來，它們之間的原生匿名共享記憶體塊就一個活脫脫的土肥圓。因此，Application和Client是看不上這塊原生的匿名共享記憶體的。於是，這塊原生的匿名共享記憶體當時就怒了，立志要逆襲變成白富美，如圖3所示：

圖3 結構化後的用來傳遞UI元資料的匿名共享記憶體塊

       土肥圓逆襲後，就變成了一個名字為SharedClient的白富美，從此，它就和Application、Client過上幸福的啪啪啪生活了。

       SharedClient到底有多白多富多美？參見圖4：

圖4 用來描述Android應用程式的UI元資料的SharedClient

        在每一個SharedClient裡面，有至多31個SharedBufferStack。字面上來看，SharedBufferStack就是共享緩衝區堆疊。怎麼理解呢？首先，Shared表明這個堆疊共享的。那麼由誰來共享呢？當然就是Android應用程式和SurfaceFlinger服務了。其次，Buffer表明這個堆疊的內容是緩衝區。什麼樣的緩衝區呢？當然就是用來描述UI元資料的緩衝區了。再者，Stack表明用來描述UI元資料的緩衝區是需要按照一定的規則來訪問的。綜合起來，我們就可以認為每一個SharedBufferStack就是用來描述一系列需要按照一定規則來訪問的緩衝區。

        好像還是不能理解SharedBufferStack？好吧，回憶一下，一般我們就繪製UI的時候，都會採用一種稱為“雙緩衝”的技術。雙緩衝意味著要使用兩個緩衝區，其中一個稱為Front Buffer，另外一個稱為Back Buffer。UI總是先在Back Buffer中繪製，然後再和Front Buffer交換，渲染到顯示裝置中。這下就可以理解SharedBufferStack的含義了吧？SurfaceFlinger服務只不過是將傳統的“雙緩衝”技術昇華和抽象為了一個SharedBufferStack。可別小看了這個昇華和抽象，有了SharedBufferStack之後，SurfaceFlinger服務就可以使用N個緩衝區技術來繪製UI了。N值的取值範圍為2到16。例如，在Android 2.3中，N的值等於2，而在Android 4.1中，據說就等於3了。

        我們還可以再進一步地理解SharedBufferStack。在SurfaceFlinger服務中，每一個SharedBufferStack都對應一個Surface，即一個視窗。這樣，我們就可以知道為什麼每一個SharedClient裡面包含的是一系列SharedBufferStack而不是單個SharedBufferStack：一個SharedClient對應一個Android應用程式，而一個Android應用程式可能包含有多個視窗，即Surface。從這裡也可以看出，一個Android應用程式至多可以包含31個Surface。

        SharedBufferStack長什麼樣子呢？看圖5：

圖 5 SharedBufferStack的結構示意圖

       在圖5中，為了方便描述，我們假設圖中的SharedBufferStack有5個Buffer，其中，Buffer-1和Buffer-2是已經使用了的，而Buffer-3、Buffer-4和Buffer-5是空閒的。指標head和tail分別指向空閒緩衝區列表的頭部和尾部，而指標queue_head指向已經使用了的緩衝區列表的頭部。從這裡就可以看出，從指標tail到head之間的Buffer即為空閒緩衝區表，而從指標head到queue_head之間的Buffer即為已經使用了的緩衝區列表。注意，圖中的5個Buffer是迴圈使用的。

       空閒緩衝區比較好理解，接下來我們重點解釋一下那些已經被使用了的緩衝區，即圖5中的Buffer-1和Buffer-2。

       前面我們說過，SharedBufferStack中的緩衝區只是用來描述UI元資料的，這意味著它們不包含真正的UI資料。真正的UI資料儲存在GraphicBuffer中，後面我們再描述GaphicBuffer。因此，為了完整地描述一個UI，SharedBufferStack中的每一個已經使用了的緩衝區都對應有一個GraphicBuffer，用來描述真正的UI資料。當SurfaceFlinger服務緩制Buffer-1和Buffer-2的時候，就會找到與它們所對應的GraphicBuffer，這樣就可以將對應的UI繪製出來了。

       當Android應用程式需要更新一個Surface的時候，它就會找到與它所對應的SharedBufferStack，並且從它的空閒緩衝區列表的尾部取出一個空閒的Buffer。我們假設這個取出來的空閒Buffer的編號為index。接下來Android應用程式就請求SurfaceFlinger服務為這個編號為index的Buffer分配一個圖形緩衝區GraphicBuffer。SurfaceFlinger服務分配好圖形緩衝區GraphicBuffer之後，會將它的編號設定為index，然後再將這個圖形緩衝區GraphicBuffer返回給Android應用程式訪問。Android應用程式得到了SurfaceFlinger服務返回的圖形緩衝區GraphicBuffer之後，就在裡面寫入UI資料。寫完之後，就將與它所對應的緩衝區，即編號為index的Buffer，插入到對應的SharedBufferStack的已經使用了的緩衝區列表的頭部去。這一步完成了之後，Android應用程式就通知SurfaceFlinger服務去繪製那些儲存在已經使用了的緩衝區所描述的圖形緩衝區GraphicBuffer了。用圖5的例子來說，SurfaceFlinger服務需要繪製的是編號為1和2的Buffer所對應的圖形緩衝區GraphicBuffer。由於SurfaceFlinger服務知道編號為1和2的Buffer所對應的圖形緩衝區GraphicBuffer在哪裡，因此，Android應用程式只需要告訴SurfaceFlinger服務要繪製的Buffer的編號就OK了。當一個已經被使用了的Buffer被繪製了之後，它就重新變成一個空閒的Buffer了。

        上面描述的過程比較複雜，後面我們再用幾篇文章來詳細描述。

        SharedBufferStack是在Android應用程式和SurfaceFlinger服務之間共享的，但是，Android應用程式和SurfaceFlinger服務使用SharedBufferStack的方式是不一樣的，具體來說，就是Android應用程式關心的是它裡面的空閒緩衝區列表，而SurfaceFlinger服務關心的是它裡面的已經使用了的緩衝區列表。從SurfaceFlinger服務的角度來看，儲存在SharedBufferStack中的已經使用了的緩衝區其實就是在排隊等待渲染。

        為了方便SharedBufferStack在Android應用程式和SurfaceFlinger服務中的訪問，Android系統分別使用SharedBufferClient和SharedBufferServer來描述SharedBufferStack，其中，SharedBufferClient用來在Android應用程式這一側訪問SharedBufferStack的空閒緩衝區列表，而SharedBufferServer用來在SurfaceFlinger服務這一側訪問SharedBufferStack的排隊緩衝區列表。

         在SharedBufferClient看來，SharedBufferStack的樣子如圖6所示：

圖6 SharedBufferClient眼中的SharedBufferStack 

        只要SharedBufferStack中的available的buffer的數量大於0，SharedBufferClient就會將指標tail往前移一步，並且減少available的值，以便可以獲得一個空閒的Buffer。當Android應用程式往這個空閒的Buffer寫入好資料之後，它就會通過SharedBufferClient來將它新增到SharedBufferStack中的排隊緩衝區列表的尾部去，即指標queue_head的下一個位置上。

        在SharedBufferServer看來，SharedBufferStack的樣子如圖7所示：

圖7 SharedBufferServer眼中的SharedBufferStack

        當Android應用程式通知SurfaceFlinger服務更新UI的時候，只要對應的SharedBufferStack中的queued的緩衝區的數量大於0，SharedBufferServer就會將指標head的下一個Buffer繪製出來，並且將指標head向前移一步，以及將queued的值減1。

        上面我們多次提到了圖形緩衝區GraphicBuffer，它是什麼東東呢？我們看圖8：

圖8 圖形緩衝區Graphic的結構示意圖

        每一個GraphicBuffer內部都包含有一塊用來儲存UI資料的緩衝區，這塊緩衝區使用一個buffer_handle_t物件來描述。看到buffer_handle_t，是不是有點眼熟？在前面Android幀緩衝區（Frame Buffer）硬體抽象層（HAL）模組Gralloc的實現原理分析一文中，我們說過，由HAL層的Gralloc模組分配的圖形緩衝區的是使用一個buffer_handle_t物件來描述的，而由buffer_handle_t物件所描述的圖形緩衝區要麼是在系統幀緩衝區（Frame Buffer）或者匿名共享記憶體（Anonymous Shared Memory）中分配的。這樣，我們就可以將SurfaceFlinger服務與HAL層中的Gralloc模組關聯起來了。

        至此，Android應用程式與SurfaceFlinger服務的關係就概述完畢了，但是我們的任務還沒有完成，我們還要進一步去具體地學習它，例如：

        回答了這4個問題之後，相信我們就可以對SurfaceFlinger服務有一個深刻的認識，進而可以幫助我們從正面去分析SurfaceFlinger服務的實現。後面我們將以Android系統的開機動畫為例子，用4篇文章來回答這4個問題，敬請關注！