Android中GPU硬件加速控制及其在2D圖形繪製上的侷限

圖形的渲染可分爲兩種：軟件渲染和硬件渲染。軟件渲染是靠CPU計算各種座標並繪製，主要是佔用內存；硬件渲染是靠GPU，主要佔用顯存，一般的3D圖形程序（OpenGL、DirectX）都是GPU加速的。

在Android3.0之前，2D繪圖API只支持軟件渲染模式，從Android3.0開始，2D繪圖API開始支持GPU硬件渲染，即View中的Canvas的繪圖操作會使用GPU，所以從Android 3.0（API Level 11）開始，View中就多了一些和硬件相關的方法。如果App的AndroidManifest.xml文件中定義的 targetSdkVersion大於或等於14（Android 4.0），那麼Android會默認爲App啓用GPU渲染2D圖形，我們也可以自己決定是否使用GPU，見下文。如果開啓了GPU硬件加速，那麼Android會用OpengGL繪圖中常見的Display List技術對OpenGL ES中的繪圖命令進行緩存，提高繪圖效率與速度。關於Android中GPU硬件加速的Display List繪圖機制會在以後專門寫文章進行闡述，本文不做過多介紹。

控制是否使用GPU

我們也可以顯式地啓用或禁用GPU渲染，並且可以從多個Application、Activity、Window、View多個級別對其進行控制。

Application

在AndroidMenifest.xml的中添加如下的屬性即可在整個App的所有Activity的View中啓用GPU硬件加速渲染2D圖形：

<application android:hardwareAccelerated="true" ...>
Activity
你既可以在Application級別上控制GPU是否啓用，也可以在Activity級別對其就進行控制。比如你的App中有多個Activity，你想讓大部分Activity啓用GPU硬件加速，但有一個Activity你不想啓用硬件加速，你可以通過以下的配置實現：
```
<application android:hardwareAccelerated="true">
    <activity ... />
    <activity android:hardwareAccelerated="false" />
</application>
```
Window
如果你想要更加細粒度地對GPU的使用進行控制，你可以通過代碼對指定的Window啓用GPU硬件加速，如下代碼所示：
```
getWindow().setFlags(
    WindowManager.LayoutParams.FLAG_HARDWARE_ACCELERATED,
    WindowManager.LayoutParams.FLAG_HARDWARE_ACCELERATED);
```
需要注意的是在運行時不能通過代碼禁用掉某個Window的硬件加速。
View
你也可以在運行時通過如下代碼爲某個指定的View禁用掉GPU硬件加速：
```
if(Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.HONEYCOMB){
    //View從API Level 11才加入setLayerType方法
    myView.setLayerType(View.LAYER_TYPE_SOFTWARE, null);
}
```
View從API Level 11才加入setLayerType方法，所以在使用前需要判斷一下當前系統運行的版本。 需要注意的是，在運行時不能通過代碼爲某個View啓用GPU硬件加速。

判斷當前是否處於硬件加速中

從Android 3.0（API Level 11）開始，View和Canvas類都加入了isHardwareAccelerated()方法，可以用於判斷當前View和Canvas是否處於硬件加速中。

View.isHardwareAccelerated()
如果View的isHardwareAccelerated()方法返回true，僅僅表示該View被加入到一個處於硬件加速的Window中，其有可能仍然使用一個非硬件加速的Canvas進行實際的渲染。所以，通常來說View的isHardwareAccelerated()方法實際用處不太大。
Canvas.isHardwareAccelerated()
我們在View的onDraw回調方法中可以得到Canvas對象，如果Canvas的isHardwareAccelerated()方法返回true，那麼表示當前Canvas是用GPU硬件加速渲染的，如果返回false就表示是用軟件渲染的。通常，判斷當前Canvas是否處於GPU硬件加速中對於繪製自定義的View來說比較重要，下面會解釋。

硬件加速時2D圖形繪製的侷限

開啓GPU硬件加速會提升程序的繪圖效率，但是也存在一定的侷限性。

啓用GPU硬件加速會增加內存的使用。
Android中有些2D繪圖API在GPU硬件加速時不能使用或者要到某個指定的版本才能使用。
- Canvas
  以下爲Canvas中在GPU硬件加速時受限制的功能：
  第一列是受限制的方法，第二列是開始支持的API Level，紅叉代表到目前還不支持。
- Paint
  以下爲Paint中在GPU硬件加速時受限制的功能：
- Xfermode
  以下爲Xfermode在GPU硬件加速時受限制的功能：
- Shader
  以下爲Shader在GPU硬件加速時受限制的功能：
- Canvas縮放
  Android中硬件加速的2D渲染管線最初只支持無縮放的繪圖，這會導致在將縮放比例設置爲很大的時候，繪圖質量會明顯降低。最初，GPU加速下的2D繪圖操作會被渲染成一個縮放比例爲1.0的紋理，然後GPU會將它縮放到指定比例尺。在API Level小於17的時候，隨着縮放比例scale的變大，繪圖質量就更加難以保證。下面的表格表示了從什麼版本開始Android能在GPU硬件計算下正確處理2D圖形的大比例縮放問題：
- 現在我們開發的App一般將targetSdkVersion寫爲最新版本，肯定大於API Level 14了，並且市場上的手機絕大部分都是Android 4.0以上的，所以我們現在開發的App默認情況下在絕大部分手機上基本都是默認開啓了GPU硬件加速的。如果我們自己要自定義一個View，我們要重寫其onDraw方法，通過調用各種繪圖方法實現複雜的效果，但是如果我們調用的API在GPU硬件加速下不支持的話，就畫不出我們想要的效果，舉個例子，比如我們想在自定義View中繪製一個具有模糊效果的橢圓，需要調用畫筆Paint的setMaskFilter()方法，但是我們通過上面的受限API列表可以發現，在GPU硬件加速下，Pait的setMaskFilter()方法不被支持，雖然調用不報錯，但是不會起到任何效果。爲了畫出我們想要的效果，我們可以通過View的setLayerType(View.LAYER_TYPE_SOFTWARE, null)方法單獨把我們的View禁用掉GPU硬件加速，這樣在軟件渲染模式下所有的2D繪圖API都可以正常使用了。
- 最後有點需要說明，上述Android在GPU硬件加速下2D圖形繪製API存在的侷限問題是基於當前最新API Level 23的，隨着以後更新Android版本的發佈，可能上述受限API會逐漸在GPU下得到更好的支持。