前面我們從Android應用程式與SurfaceFlinger服務的關系出發，從側面簡單學習了SurfaceFlinger服務。有了這些預 備知識之後，我們就可以從正面來分析SurfaceFlinger服務的實作原理了。SurfaceFlinger服務負責管理系統的幀緩沖區裝置，并且 負責渲染系統的UI，即各個應用程式的UI。在本文中，我們就簡要介紹SurfaceFlinger服務，并且制定學習計劃。
在前面Android應用程式與SurfaceFlinger服務的關系概述和學習計劃一 系列的文章中提到，SurfaceFlinger服務運作在System程序中，用來統一管理系統的幀緩沖區裝置。由于SurfaceFlinger服務 運作在System程序中，是以，Android應用程式就需要通過Binder程序間通信機制來請求它來渲染自己的UI。Android應用程式請求 SurfaceFlinger服務渲染自己的UI可以分為三步曲：首先是建立一個到SurfaceFlinger服務的連接配接，接着再通過這個連接配接來建立一 個Surface，最後請求SurfaceFlinger服務渲染該Surface。
由于SurfaceFlinger服務需要與Android應用程式執行Binder程序間通信，是以，它本身就是一個Binder本地對象，如圖1所示：
圖1 SurfaceFlinger服務的類關系圖
了解這個圖需要學習Binder程序間通信機制，具體可以參考Android程序間通信（IPC）機制Binder簡要介紹和學習計劃這一系列的文章。
SurfaceFlinger服務實作的接口為ISurfaceComposer，後者定義在檔案frameworks/base/include/surfaceflinger/ISurfaceComposer.h中，如下所示：
[cpp] view plaincopy
- class ISurfaceComposer : public IInterface
- {
- public:
- DECLARE_META_INTERFACE(SurfaceComposer);
- ......
- /* create connection with surface flinger, requires
- * ACCESS_SURFACE_FLINGER permission
- */
- virtual sp<ISurfaceComposerClient> createConnection() = 0;
- /* create a client connection with surface flinger
- virtual sp<ISurfaceComposerClient> createClientConnection() = 0;
- /* retrieve the control block */
- virtual sp<IMemoryHeap> getCblk() const = 0;
- /* open/close transactions. requires ACCESS_SURFACE_FLINGER permission */
- virtual void openGlobalTransaction() = 0;
- virtual void closeGlobalTransaction() = 0;
- /* [un]freeze display. requires ACCESS_SURFACE_FLINGER permission */
- virtual status_t freezeDisplay(DisplayID dpy, uint32_t flags) = 0;
- virtual status_t unfreezeDisplay(DisplayID dpy, uint32_t flags) = 0;
- /* Set display orientation. requires ACCESS_SURFACE_FLINGER permission */
- virtual int setOrientation(DisplayID dpy, int orientation, uint32_t flags) = 0;
- /* signal that we're done booting.
- * Requires ACCESS_SURFACE_FLINGER permission
- virtual void bootFinished() = 0;
- /* Capture the specified screen. requires READ_FRAME_BUFFER permission
- * This function will fail if there is a secure window on screen.
- virtual status_t captureScreen(DisplayID dpy,
- sp<IMemoryHeap>* heap,
- uint32_t* width, uint32_t* height, PixelFormat* format,
- uint32_t reqWidth, uint32_t reqHeight) = 0;
- virtual status_t turnElectronBeamOff(int32_t mode) = 0;
- virtual status_t turnElectronBeamOn(int32_t mode) = 0;
- /* Signal surfaceflinger that there might be some work to do
- * This is an ASYNCHRONOUS call.
- virtual void signal() const = 0;
- };
ISurfaceComposer接口有13個成員函數，下面我們就簡單介紹一下：
--createConnection：Android應用程式通過它來請求SurfaceFlinger服務建立一個連接配接，具體可以參考Android應用程式與SurfaceFlinger服務的連接配接過程分析一文。
--createClientConnection：Android應用程式通過它來請求SurfaceFlinger服務建立一塊共享UI中繼資料緩沖區，具體可以參考Android應用程式與SurfaceFlinger服務之間的共享UI中繼資料（SharedClient）的建立過程分析一文。
--getCblk：Android應用程式通過它來請求SurfaceFlinger服務傳回一塊匿名共享記憶體，傳回的匿名共享記憶體包含了裝置顯示屏的資訊，例如，寬度和高度資訊。
--openGlobalTransaction：Android 應用程式通過它請求SurfaceFlinger服務來增加一個全局Transaction計數，用來批量修改UI屬性資訊。注意，這些被修改的UI屬性 資訊會被緩存起來，不會馬上生效。要使得這些被修改的UI屬性資訊生效，需要調用另外一個成員函數closeGlobalTransaction，如下所 述。
--closeGlobalTransaction：Android應用程式通過它請求SurfaceFlinger服務來減少一個全局Transaction計數。當這個全局Transaction計數減少至0的時候，前面通過openGlobalTransaction來請求修改的UI屬性資訊就會馬上生效。
--freezeDisplay：Android應用程式通過它來請求SurfaceFlinger服務來當機螢幕。螢幕在被當機期間，所有UI渲染操作都會被緩存起來，等待被執行。
--unfreezeDisplay：Android應用程式通過它來請求SurfaceFlinger服務來解凍螢幕。螢幕被解凍之後，SurfaceFlinger服務就可以執行UI渲染操作了。
--setOrientation：Android應用程式通過它來請求SurfaceFlinger服務裝置螢幕的旋轉方向。
--bootFinished：WindowManagerService通過它來告訴SurfaceFlinger服務，系統啟動完成了，這時候SurfaceFlinger服務就會停止執行開機動畫，具體可以參考Android系統的開機畫面顯示過程分析一文。
--captureScreen：Android應用程式通過它來請求SurfaceFlinger服務截取螢幕圖像。
--turnElectronBeamOff：Android應用程式通過它來請求SurfaceFlinger服務關閉螢幕。
--turnElectronBeamOn：Android應用程式通過它來請求SurfaceFlinger服務點亮螢幕。
--signal：Android應用程式通過它來請求SurfaceFlinger服務渲染UI，具體可以參考Android應用程式請求SurfaceFlinger服務渲染Surface的過程分析一文。
了解了ISurfaceComposer接口的定義之後，我們再來看SurfaceFlinger服務的Binder代理對象BpSurfaceComposer的實作，如圖2所示：
圖2 SurfaceFlinger服務的Binder代理對象的類關系圖
了解這個圖同樣需要學習Binder程序間通信機制，具體可以參考Android程序間通信（IPC）機制Binder簡要介紹和學習計劃這一系列的文章。
Android應用程式獲得了SurfaceFlinger服務的一個Binder代理對象，即一個BpSurfaceComposer對象之後，就可以請求SurfaceFlinger服務來建立以及渲染自己的UI了。
接下來，我們再簡單介紹一下SurfaceFlinger類的定義，如圖3所示：
圖3 SurfaceFlinger類的定義
SurfaceFlinger類有兩個類型為State的成員變量mCurrentState和mDrawingState。其中，成員變量 mCurrentState用來描述系統下一次要渲染的UI的狀态；而mDrawingState用來描述目前正要渲染的UI的狀态。
State類用來描述一個UI狀态，它有四個重要的成員變量layersSortedByZ、orientation、orientationType 和freezeDisplay。其中，成員變量layersSortedByZ是一個類型為LayerVector的向量，裡面儲存的系統所包含的 Surface，每一個Surface使用一個LayerBase對象來描述，并且它們按照 Z軸順序來排列；成員變量orientation和orientationType的類型均為uint8_t，它們用來描述螢幕的方向； 成員變量freezeDisplay的類型也是uint8_t，用來描述螢幕是否處于被當機狀态。
SurfaceFlinger類的成員變量mVisibleLayerSortedByZ是一個類型為sp<LayerBase>的 Vector，它是用來儲存SurfaceFlinger服務下一次要渲染的、處于可見狀态的Surface的，它們是來自SurfaceFlinger 類的成員變量mDrawingState所描述的一個State對象的成員變量layersSortedByZ的。
SurfaceFlinger類的成員變量mGraphicPlanes是一個類型為GraphicPlane的數組，它是用來描述系統所有的顯示裝置的。從這個數組的大小等于1可以知道，目前Android系統隻支援一個顯示裝置。
GraphicPlane類有四個重要的成員變量mHw、mOrientation、mWidth和mHeight。其中，成員變量mHw指向一個 DisplayHardware對象，用來描述一個硬體顯示裝置；成員變量mOrientation、mWidth和mHeight的類型均為int，分 别用來描述一個硬體顯示裝置的旋轉方向、寬度和高度。我們可以通過調用GraphicPlane類的成員函數setDisplayHardware和 displayHardware來裝置和擷取一個GraphicPlane對象内部所包含的一個硬體顯示裝置。
DisplayHardware類有一個重要的成員變量mNativeWindow，它是一個類型為FramebufferNativeWindow的 強指針。FramebufferNativeWindow類是用來描述一個Android系統本地視窗，而這個視窗代表的是系統的硬體幀緩沖區。 DisplayHardware類的成員函數flip是用來渲染系統UI的，即将後端的圖形緩沖區翻轉為前端的圖形緩沖區，并且渲染在硬體幀緩沖區去。
FramebufferNativeWindow類與在前面Android應用程式請求SurfaceFlinger服務建立Surface的過程分析一 文中所介紹的Surface類的作用是一樣的，即它是OpenGL庫和Android的UI系統之間的一個橋梁。OpenGL庫正是通過它的成員函數 dequeueBuffer來獲得一個用來填充UI資料的圖形緩沖區，而通過它的成員函數queueBuffer來将一個已經填充好UI資料的圖形緩沖區 渲染到系統的幀緩沖區中去。
FramebufferNativeWindow類有三個重要的成員變量fbDev、grDev和buffers。其中，成員變量fbDev和 grDev分别指向一個framebuffer_device_t裝置和一個alloc_device_t裝置。從前面Android幀緩沖區（Frame Buffer）硬體抽象層（HAL）子產品Gralloc的實作原理分析一 文可以知道，framebuffer_device_t裝置和一個alloc_device_t裝置是由HAL子產品Gralloc來提供的，它們分别用來 配置設定圖形緩沖區和渲染圖形緩沖區；成員變量buffers是一個類型為NativeBuffer的數組，這個數組用來描述一個圖形緩沖區堆棧，堆棧的大小 為NUM_FRAME_BUFFERS，這些圖形緩沖區是直接在硬體幀緩沖區中配置設定的，有别于Surface類所使用的圖形緩沖區，因為後者所使用的圖形 緩沖區是在匿名共享記憶體配置設定的。
了解了SurfaceFlinger類的重要成員變量之後，我們再來了解它的幾個重要成員函數threadLoop、waitForEvent、 signalEvent、handleConsoleEvents、handleTransaction、handlePageFlip、 handleRepaint和postFramebuffer。
SurfaceFlinger服務雖然是在System程序中啟動的，但是它在啟動的時候建立一個線程來專門負責渲染UI。為了友善描述，我們将這個 線程稱為UI渲染線程。UI渲染線程的執行函數就為SurfaceFlinger類的成員函數threadLoop，同時它有一個消息隊列。當UI渲染線 程不需要渲染UI時，它就會在SurfaceFlinger類的成員函數waitForEvent中睡眠等待，直到SurfaceFlinger服務需要 執行新的UI渲染操作為止。
SurfaceFlinger服務什麼時候會需要執行新的UI渲染操作呢？當系統顯示屏屬性發生變化，或者應用程式視窗發生變化時，它就需要重新渲染 系統的UI。這時候SurfaceFlinger服務就會從SurfaceFlinger類的成員函數waitEvent中喚醒，并且依次執行 SurfaceFlinger類的成員函數handleConsoleEvents、handleTransaction、 handlePageFlip、handleRepaint和postFramebuffer來具體執行渲染UI的操作。其中，成員函數 handleConsoleEvents用來處理控制台事件；成員函數handleTransaction用來處理系統顯示屏屬性變化以及應用程式視窗屬 性變化；成員函數handlePageFlip用來獲得應用程式視窗下一次要渲染的圖形緩沖區，即設定應用程式視窗的活動圖形緩沖區；成員函數 handleRepaint用來重繪應用程式視窗；成員函數postFramebuffer用來将系統UI渲染到硬體幀緩沖區中去。
我們知道，應用程式是運作在與SurfaceFlinger服務不同的程序中的，而從前面Android應用程式請求SurfaceFlinger服務渲染Surface的過程分析一 文又可以知道，每當應用程式需要更新自己的UI時，它們就會通過Binder程序間通信機制來通知SurfaceFlinger服務。 SurfaceFlinger服務接到這個通知之後，就會調用SurfaceFlinger類的成員函數signalEvent來喚醒UI渲染線程，以便 它可以執行渲染UI的操作。注意，SurfaceFlinger服務是通過Binder線程來獲得應用程式的請求的，是以，這時候 SurfaceFlinger服務的UI渲染線程實際上是被Binder線程喚醒的。SurfaceFlinger類的成員函數signalEvent實 際上是通過向UI渲染線程的消息隊列發送一個類型為INVALIDATE的消息來喚醒UI渲染線程的。
前面提到， SurfaceFlinger服務在在執行UI渲染操作時，需要調用SurfaceFlinger類的成員函數 handleConsoleEvents來處理控制台事件。這怎麼了解呢？原來，SurfaceFlinger服務在啟動的時候，還會建立另外一個線程來 監控由核心發出的幀緩沖區硬體事件。為了友善描述，我們将這個線程稱為控制台事件監控線程。每當幀緩沖區要進入睡眠狀态時，核心就會發出一個睡眠事件，這 時候SurfaceFlinger服務就會執行一個釋放螢幕的操作；而當幀緩沖區從睡眠狀态喚醒時，核心就會發出一個喚醒事件，這時候 SurfaceFlinger服務就會執行一個擷取螢幕的操作。
這樣，我們就簡要介紹完了SurfaceFlinger類的定義。從這些介紹可以知道：
1. SurfaceFlinger服務通過一個GraphicPlane對象來管理系統的顯示裝置；
2. SurfaceFlinger服務有三種類型的線程，它們分别是Binder線程、控制台事件監控線程和UI渲染線程；
3. SurfaceFlinger服務是在UI渲染線程中執行渲染系統UI的操作的。
圍繞上述三個内容，再結合SurfaceFlinger服務的啟動過程，接下來我們再通過以下四篇文章來系統地學習SurfaceFlinger服務的實作原理：
1. SurfaceFlinger服務是如何啟動的？
2. SurfaceFlinger服務是如何通過GraphicPlane、DisplayHardware和FramebufferNativeWindow三個類來管理系統的顯示裝置的？
3. SurfaceFlinger服務的三個線程的協作模型是如何的？
4. SurfaceFlinger服務是如何在UI渲染線程中執行UI渲染操作的？
結合前面Android應用程式與SurfaceFlinger服務的關系概述和學習計劃的一系列文章，以及上述四篇文章，相信我們就可以對SurfaceFlinger服務有一個清晰的認識了，敬請關注！
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