Android图形系统-Surface和SurfaceView
Surface和SurfaceView是android图形系统java层中较为重要的角色。
Surface
简单的说Surface对应了一块屏幕缓冲区，每个window对应一个Surface，任何View都要画在Surface上。传统的view共享一块屏幕缓冲区，所有的绘制必须在UI线程中进行。
在SDK的文档中，对Surface的描述是这样的：“Handle onto a raw buffer that is being managed by the screen compositor”，翻译成中文就是“由屏幕显示内容合成器(screen compositor)所管理的原始缓冲区的句柄”，这句话包括下面两个意思：
1、通过Surface（因为Surface是句柄）就可以获得原生缓冲器以及其中的内容。就像在C++语言中，可以通过一个文件的句柄，就可以获得文件的内容一样。
2、 原始缓冲区（a raw buffer）是用于保存当前窗口的像素数据的。
引伸地，可以认为Android中的Surface就是一个用来画图形（graphics）或图像（image）的地方。
根据Java方面的常规知识，我们知道通常画图是在一个Canvas对象上面进行的，由此，可以推知一个Surface对象中应该包含有一个Canvas（画布）对象。因此，在前面提及的两个意思的基础上，可以再加上一条：
3、Surface中有一个Canvas成员，专门用于画图的。
由以上的概括，我们总结如下：Surface中的Canvas成员，是专门用于供程序员画图的场所，就像黑板一样；其中的原始缓冲区是用来保存数据的地方；Surface本身的作用类似一个句柄，得到了这个句柄就可以得到其中的Canvas、原始缓冲区以及其它方面的内容。
Surface是用来管理数据的。（句柄）
SurfaceView
说SurfaceView是一个View也许不够严谨，然而从定义中pubilc classSurfaceView extends View{…..}显示SurfaceView确实是派生自View，但是SurfaceView却有自己的Surface，请看SurfaceView的源码：
1 | if (mWindow == null) { |
很明显，每个SurfaceView创建的时候都会创建一个MyWindow，new MyWindow(this)中的this正是SurfaceView自身，因此将SurfaceView和window绑定在一起，由第一部分我们知道，一个window对应一个Surface，因此SurfaceView也就内嵌了一个自己的Surface，可以认为SurfaceView是用来控制Surface中View的位置和尺寸的。
SurfaceView就是展示Surface中数据的地方，同时可以认为SurfaceView是用来控制Surface中View的位置和尺寸的。
大家都知道，传统View及其派生类的更新只能在UI线程，然而UI线程还同时处理其他交互逻辑，这就无法保证View更新的速度和帧率了，而SurfaceView可以用独立的线程进行绘制，因此可以提供更高的帧率，例如游戏，摄像头取景等场景就比较适合SurfaceView来实现。
SurfaceView双缓冲机制
SurfaceView跟大部分视频应用一样，把视频流解析成一帧帧的图像然后显示。如果把视频解析过程放到一个线程中完成，可能在上一帧图像已经显示过后，下一帧图像还没有来得及解析，这样会导致画面的不流畅或者声音和视频不同步的问题。所以SurfaceView和大部分视频应用一样，通过双缓冲的机制来显示帧图像。那么什么是双缓冲呢？双缓冲可以理解为有两个线程轮番去解析视频流的帧图像，当一个线程解析完帧图像后，把图像渲染到界面中，同时另一线程开始解析下一帧图像，使得两个线程轮番配合去解析视频流，以达到流畅播放的效果。
SurfaceHolder
SurfaceHolder是一个接口，其作用就像一个关于Surface的监听器，提供访问和控制SurfaceView内嵌的Surface 相关的方法。它通过三个回调方法，让我们可以感知到Surface的创建、销毁或者改变。
在SurfaceView中有一个方法getHolder，可以很方便地获得SurfaceView内嵌的Surface所对应的监听器接口SurfaceHolder（有点拗口吧）。
除下面将要提到的SurfaceHolder.Callback外，SurfaceHolder还提供了很多重要的方法，其中最重要的就是：
1、abstract void addCallback(SurfaceHolder.Callbackcallback)：为SurfaceHolder添加一个SurfaceHolder.Callback回调接口。
2、abstract CanvaslockCanvas()：获取一个Canvas对象，并锁定之。所得到的Canvas对象，其实就是Surface中一个成员。
3、abstract CanvaslockCanvas(Rect dirty)：同上。但只锁定dirty所指定的矩形区域，因此效率更高。
4、abstract void unlockCanvasAndPost(Canvas canvas)：当修改Surface中的数据完成后，释放同步锁，并提交改变，然后将新的数据进行展示，同时Surface中相关数据会被丢失。
2、3、4中的同步锁机制的目的，就是为了在绘制的过程中，Surface中的数据不会被改变。lockCanvas是为了防止同一时刻多个线程对同一canvas写入。
总结：从设计模式的高度来看，Surface、SurfaceView和SurfaceHolder实质上就是广为人知的MVC，即Model-View-Controller。Model就是模型的意思，或者说是数据模型，或者更简单地说就是数据，也就是这里的Surface；View即视图，代表用户交互界面，也就是这里的SurfaceView；SurfaceHolder很明显可以理解为MVC中的Controller（控制器）。
SurfaceHolder.Callback
SurfaceView内部实现了双缓冲的机制，但是实现这个功能是非常消耗系统内存的。因为移动设备的局限性，Android在设计的时候规定，SurfaceView如果为用户可见的时候，创建SurfaceView的SurfaceHolder用于显示视频流解析的帧图片，如果发现SurfaceView变为用户不可见的时候，则立即销毁SurfaceView的SurfaceHolder，以达到节约系统资源的目的。
如果开发人员不对SurfaceHolder进行维护，会出现最小化程序后，再打开应用的时候，视频的声音在继续播放，但是不显示画面了的情况，这就是因为当SurfaceView不被用户可见的时候，之前的SurfaceHolder已经被销毁了，再次进入的时候，界面上的SurfaceHolder已经是新的SurfaceHolder了。所以SurfaceHolder需要我们开发人员去编码维护，维护SurfaceHolder需要用到它的一个回调，SurfaceHolder.Callback()，它需要实现如下三个方法：
SurfaceHolder.Callback主要是当底层的Surface被创建、销毁或者改变时提供回调通知，由于绘制必须在Surface被创建后才能进行，因此SurfaceHolder.Callback中的surfaceCreated 和surfaceDestroyed 就成了绘图处理代码的边界。
SurfaceHolder.Callback中定义了三个接口方法：
1、abstract void surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width, int height)：当surface发生任何结构性的变化时（格式或者大小），该方法就会被立即调用。
2、abstract void surfaceCreated(SurfaceHolder holder)：当surface对象创建后，该方法就会被立即调用。
3、abstract void surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder)：当surface对象在将要销毁前，该方法会被立即调用。
SurfaceView与普通View的区别
SurfaceView，它拥有独立的绘图表面，即它不与其宿主窗口共享同一个绘图表面。由于拥有独立的绘图表面，因此SurfaceView的UI就可以在一个独立的线程中进行绘制。又由于不会占用主线程资源，SurfaceView一方面可以实现复杂而高效的UI，另一方面又不会导致用户输入得不到及时响应。
普通的Android控件，例如TextView、Button等，都是将自己的UI绘制在宿主窗口的绘图表面之上，这意味着它们的UI是在应用程序的主线程中进行绘制的。由于应用程序的主线程除了要绘制UI之外，还需要及时地响应用户输入，否则的话，系统就会认为应用程序没有响应了，因此就会弹出一个ANR对话框出来。对于一些游戏画面，或者摄像头预览、视频播放来说，它们的UI都比较复杂，而且要求能够进行高效的绘制，因此，它们的UI就不适合在应用程序的主线程中进行绘制。这时候就必须要给那些需要复杂而高效UI的视图生成一个独立的绘图表面，以及使用一个独立的线程来绘制这些视图的UI。
一般来说，每一个窗口在SurfaceFlinger服务中都对应有一个Layer，用来描述它的绘图表面。对于那些具有SurfaceView的窗口来说，每一个SurfaceView在SurfaceFlinger服务中还对应有一个独立的Layer或者LayerBuffer，用来单独描述它的绘图表面，以区别于它的宿主窗口的绘图表面。SurfaceFlinger服务负责绘制Android应用程序的UI。SurfaceFlinger服务运行在Android系统的System进程中，它负责管理Android系统的帧缓冲区（Frame Buffer）。
SurfaceView原理
官方文档：
SurfaceView：Provides a dedicated drawing surface embedded inside of a view hierarchy. The surface is Z ordered so that it is behind the window holding its SurfaceView; the SurfaceView punches a hole in its window to allow its surface to be displayed.
翻译解释：
SurfaceView提供一个嵌入视图层级的专用的绘图表面。绘图表面是在Z轴上有序的，SurfaceView在宿主窗体的后面。SurfaceView在宿主窗体上“挖”了一个洞，以此来显示自己的表面。实际上，SurfaceView在其宿主Activity窗口上所挖的“洞”只不过是在其宿主Activity窗口上设置了一块透明区域，以显示自己内容
SurfaceView的绘图表面的创建
我们知道，Activity、Window、View三者紧密联系在一起。我们在Activity中设置setContentView()，最终会调用PhoneWindow的setContentView()。经过WindowManagerImpl#addView，WindowManagerGlobal#addView，ViewRootImpl#setView方法，最顶层视图DecorView被添加到Window上。最后通过WMS调用ViewRootImpl#performTraverals方法开始View的测量、布局、绘制流程。
ViewRootImpl类的成员函数performTraversals在执行的过程中，如果发现当前窗口的绘图表面还没有创建，或者发现当前窗口的绘图表面已经失效了，那么就会请求WindowManagerService服务创建一个新的绘图表面，同时，它还会通过一系列的回调函数来让嵌入在窗口里面的SurfaceView有机会创建自己的绘图表面。
虽然SurfaceView不与它的宿主窗口共享同一个绘图表面，但是它仍然是属于宿主窗口的视图结构的一个结点的，也就是说，SurfaceView仍然是会参与到宿主窗口的某些执行流程中去。
SurfaceView.onAttachedToWindow
说明：SurfaceView在Z轴上位置是小于其宿主窗口的Z轴位置的。为了保证SurfaceView的UI是可见的，SurfaceView就需要在其宿主窗口的上面打一个孔出来，实际上就是在其宿主窗口的绘图表面上设置一块透明区域，以便可以将自己显示出来。SurfaceView类的成员函数onAttachedToWindow调用mParent.requestTransparentRegion(SurfaceView.this)去通知父View，当前正在处理的SurfaceView需要在宿主窗口的绘图表面上打一个孔，即需要在宿主窗口的绘图表面上设置一块透明区域。
SurfaceView.onWindowVisibilityChanged
说明：类SurfaceView调用updateSurface来更新当前正在处理的SurfaceView。在更新的过程中，如果发现当前正在处理的SurfaceView还没有创建绘图表面，那么就会请求WindowManagerService服务为它创建一个。
SurfaceView.updateRequestedVisibility
说明：mWindowVisibility表示SurfaceView的宿主窗口的可见性，mViewVisibility表示SurfaceView自身的可见性。只有当mWindowVisibility和mViewVisibility的值均等于true，且宿主窗口没有停止，mRequestedVisible的值才为true，表示SurfaceView是可见的。
SurfaceView.updateSurface
mSurface：这个Surface对象描述的是SurfaceView专有的绘图表面，在SurfaceView对象创建时就会被实例化。updateSurface方法根据实际条件判断创建或更新mSurface。
如何在一个绘图表面上进行UI绘制？
1.在绘图表面的基础上建立一块画布，即获得一个Canvas对象
2.利用Canvas类提供的绘图方法在前面获得的画布上绘制任意的UI
3.最后通过SurfaceFlinger服务将它合成到屏幕上去
SurfaceView如何绘制？
1.通过SurfaceView的getHolder方法获得SurfaceHolder
2.通过SurfaceHolder的lockCanvas方法获得Canvas
3.上面会走到Surface的lockCanvas方法获得Canvas
4.在Canvas上绘制UI
5.通过SurfaceHolder的unlockCanvasAndPost将绘制好的canvas投递到surface上
6.上面会走到Surface的unlockCanvasAndPost方法