面试复习题–Android的绘制原理

Android 的绘制原理是一个从应用层 View 树计算到系统层 SurfaceFlinger 合成渲染的完整链路，核心围绕 ** 测量（Measure）- 布局（Layout）- 绘制（Draw）** 三大流程展开，并结合 VSync 信号同步、GPU 硬件加速等机制保障流畅性。以下是详细拆解：

一、绘制架构分层

Android 绘制体系从上到下分为四层，各层职责明确：

应用层：Activity、View/ViewGroup（UI 组件），定义 UI 结构和绘制逻辑；Framework 层：ViewRootImpl（连接 View 和系统服务的桥梁）、Canvas（绘制 API）、DisplayList（绘制指令缓存）、Choreographer（VSync 信号处理）；系统服务层：SurfaceFlinger（核心合成服务），负责多窗口 Surface 的合成；硬件层：GPU（图形渲染）、Display（屏幕显示）、HAL（硬件抽象层）。

二、绘制触发时机

当需要更新 UI 时，会触发绘制流程，常见场景：

首次加载 Activity（onCreate→onResume 后，ViewRootImpl 初始化触发）；调用
View.invalidate()/
ViewGroup.requestLayout()（主动刷新 UI）；窗口变化（如横竖屏切换、软键盘弹出）；动画执行、触摸反馈等动态操作。

三、核心流程：Measure→Layout→Draw

这三大流程由
ViewRootImpl.performTraversals()方法驱动，该方法是绘制的总入口，由 Choreographer 接收 VSync 信号后触发。

1. 测量（Measure）

目标：计算 View/ViewGroup 的实际宽高（
mMeasuredWidth/
mMeasuredHeight）。流程：

从根 View（DecorView）开始，自上而下遍历 View 树；每个 View 调用
onMeasure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec)，根据父 View 的约束（MeasureSpec：EXACTLY/AT_MOST/UNSPECIFIED）计算自身尺寸；ViewGroup 需遍历子 View，调用
child.measure(...)传递约束，再根据子 View 尺寸确定自身尺寸（如 LinearLayout 的 orientation 决定布局方向）。

MeasureSpec：由父 View 的尺寸和自身
layout_width/
layout_height（match_parent/wrap_content/ 固定值）共同决定，是测量的核心约束。

2. 布局（Layout）

目标：确定 View 在父容器中的具体位置（
mLeft/
mTop/
mRight/
mBottom）。流程：

仍从根 View 开始自上而下遍历；每个 ViewGroup 调用
onLayout(boolean changed, int l, int t, int r, int b)，计算子 View 的位置并调用
child.layout(...)；单个 View 的
layout(...)方法直接赋值自身位置参数，无额外逻辑。

示例：RelativeLayout 通过
layout_alignParentRight等属性计算子 View 位置，FrameLayout 则根据
layout_gravity堆叠子 View。

3. 绘制（Draw）

目标：将 View 的内容渲染到屏幕上，分为软件绘制和硬件绘制（硬件加速开启时）。流程（以硬件加速为例）：

遍历 View 树，每个 View 调用
onDraw(Canvas canvas)，通过 Canvas API（drawRect/drawText/drawBitmap）生成DisplayList（绘制指令列表）；ViewRootImpl 将 DisplayList 提交给 SurfaceFlinger；SurfaceFlinger 将多个窗口的 Surface（如应用窗口、状态栏、导航栏）合成，通过 GPU 渲染到 FrameBuffer，最终由屏幕显示。

软件绘制：无 DisplayList 缓存，直接通过 CPU 将像素绘制到 Bitmap，效率较低（API 14 后默认开启硬件加速）。

四、关键机制：VSync 与 Choreographer

为避免屏幕撕裂（GPU 渲染帧率与屏幕刷新率不同步），Android 引入 **VSync（垂直同步）** 机制：

屏幕刷新率固定（如 60Hz，每 16.6ms 发送一次 VSync 信号）；Choreographer 接收 VSync 信号后，将绘制任务（
performTraversals()）加入主线程 MessageQueue，确保每次绘制都对齐屏幕刷新周期；若绘制耗时超过 16.6ms（如 onDraw 中做复杂计算），会导致掉帧（Frame Drop），表现为 UI 卡顿。

五、Surface 与 SurfaceFlinger

Surface：每个应用窗口对应一个 Surface，是绘制的 “画布”，底层关联一块 GPU 可访问的内存（GraphicBuffer）；SurfaceFlinger：Android 系统的核心合成服务，负责管理所有 Surface，将多个 Surface 按 Z 轴顺序合成（如状态栏在最上层），最终输出到屏幕。应用层通过
SurfaceHolder或 ViewRootImpl 与 Surface 交互，SurfaceFlinger 通过 Binder 与应用进程通信。

六、硬件加速原理

硬件加速将绘制操作从 CPU 转移到 GPU，核心是DisplayList 缓存和GPU 并行计算：

首次绘制时生成 DisplayList（绘制指令），后续刷新若 View 未变化，直接复用 DisplayList，无需重新计算；Canvas API 不再直接绘制像素，而是转换为 GPU 可执行的 OpenGL ES 指令，GPU 通过并行计算快速渲染；仅支持部分 Canvas API（如
PorterDuffXfermode的部分模式在硬件加速下不兼容），需注意兼容性。

七、总结

Android 绘制的核心链路：
UI触发刷新 → 
ViewRootImpl.performTraversals() → 
Measure→Layout→Draw生成DisplayList → 
Choreographer对齐VSync → 
SurfaceFlinger合成Surface → 
GPU渲染→屏幕显示

理解这一流程是优化 UI 性能（如减少过度绘制、避免频繁 requestLayout）的基础。