你了解图片加载的过程吗？

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· 2021-05-12

前言

本文将从源码深入剖析 「图片加载」 的过程。

❝
为方便读者理解，源码已作简化处理。
❞

图片资源加载过程

首先我们看下加载图片资源的入口方法：BitmapFactory.decodeResource()

// BitmapFactory.decodeResource()

public static Bitmap decodeResource(Resources res, int id) {
    return decodeResource(res, id, null);
}

public static Bitmap decodeResource(Resources res, int id, Options opts) {
    // 步骤1：匹配资源 id，打开InputStream
    final TypedValue value = new TypedValue();
    InputStream is = res.openRawResource(id, value);

    // 步骤2：解码资源，返回 Bitmap
    return decodeResourceStream(res, value, is, null, opts);
}

所以，图片资源加载主要分为两步，具体如下图：

步骤1：匹配资源 ID

作用

从资源 id（一个 int 值）定位到具体某一个文件夹下的资源，即「获得 InputStream和TypedValue（即带有文件夹对应的 densityDpi）」。

源码解析

// 步骤说明
public static Bitmap decodeResource(Resources res, int id, Options opts) {
    // 步骤1：匹配资源 id，打开InputStream -> 关注1
    final TypedValue value = new TypedValue();
    InputStream is = res.openRawResource(id, value); 

    // 步骤2：解码资源，返回 Bitmap
    return decodeResourceStream(res, value, is, null, opts);
}

/**
  * 关注1：ResourcesImpl.openRawResource()
  */
InputStream openRawResource(@RawRes int id, TypedValue value) {
    // 匹配资源 -> 关注2
    getValue(id, value, true);
    
    // 打开输入流
    return mAssets.openNonAsset(value.assetCookie, value.string.toString(),
                    AssetManager.ACCESS_STREAMING);
}

/**
  * 关注2：getValue()
  */
void getValue(@AnyRes int id, TypedValue outValue, boolean resolveRefs) {

    // 查找资源Id & 相关信息存储在 outValue -> 关注3
    boolean found = mAssets.getResourceValue(id, 0, outValue, resolveRefs);

    ... 
}

/**
  * 关注3：AssetManager.getResourceValue()
  */
  boolean getResourceValue(@AnyRes int resId, int densityDpi, TypedValue outValue, boolean resolveRefs) {

   // 从Native文件中查找 -> 关注4
    final int cookie = nativeGetResourceValue(mObject, resId, (short) densityDpi, outValue, resolveRefs);

    if (cookie <= 0) {
        return false;
    }

    return true;
}

/**
  * 关注4：AssetManager.NativeGetResourceValue()
  */
static jint NativeGetResourceValue(JNIEnv* env, jclass /*clazz*/, jlong ptr, jint resid,
                                   jshort density, jobject typed_value,
                                   jboolean resolve_references) {
    // ->关注5  
    return CopyValue(env, cookie, value, ref, flags, &selected_config, typed_value);
}

/**
  * 关注5：AssetManager.CopyValue()
  */
static jint CopyValue(JNIEnv* env, ...jobject out_typed_value) {
    ...

    if (config != nullptr) {
        // 将文件夹对应的 density 保存在 TypeValue 中
        // 具体资源匹配如下流程图表示
        env->SetIntField(out_typed_value, gTypedValueOffsets.mDensity, config->density);
    }

    return static_cast<jint>(ApkAssetsCookieToJavaCookie(cookie));
}

具体资源匹配如下流程图表示。

步骤2：解码资源

作用

对图片资源进行解码，并获得图片资源Bitmap。

源码解析

/**
  * 步骤说明
  */
 public static Bitmap decodeResource(Resources res, int id, Options opts) {
     // 步骤1：匹配资源 id，打开InputStream 
     final TypedValue value = new TypedValue();
     InputStream is = res.openRawResource(id, value); 

     // 步骤2：解码资源，返回 Bitmap -> 关注2
     return decodeResourceStream(res, value, is, null, opts);
 }

/**
  * 关注1：BitmapFactory.decodeResourceStream()
  */
 public static Bitmap decodeResourceStream(Resources res, TypedValue value, InputStream is, Rect pad, Options opts) {

     if (opts == null) {
         opts = new Options();
     }
     
     // 若未设置 inDensity，则设置为文件夹对应的 densityDpi
     if (opts.inDensity == 0 && value != null) {
         final int density = value.density;
         if (density == TypedValue.DENSITY_DEFAULT) {
             opts.inDensity = DisplayMetrics.DENSITY_DEFAULT;
         } else if (density != TypedValue.DENSITY_NONE) {
             opts.inDensity = density;
         }
     }

     // 若未设置inTargetDensity，则设置为设备的 densityDpi
     if (opts.inTargetDensity == 0 && res != null) {
         opts.inTargetDensity = res.getDisplayMetrics().densityDpi;
     }
     
     // 执行解码 -> 关注2
     return decodeStream(is, pad, opts);
 }

/**
  * 关注2：BitmapFactory.decodeStream()
  */
 public static Bitmap decodeStream(InputStream is, Rect outPadding, Options opts) {

     // 对于AssetManager输入流（如：/asset、/raw、/drawable）
     if (is instanceof AssetManager.AssetInputStream) {
         final long asset = ((AssetManager.AssetInputStream) is).getNativeAsset();
         // 核心解码方法
         return nativeDecodeAsset(asset, outPadding, opts, Options.nativeInBitmap(opts), Options.nativeColorSpace(opts));
     } else {
         // 对于其他输入流（如 FileInputStream）-> 关注3
         return decodeStreamInternal(is, outPadding, opts);
     }
 }

/**
  * 关注3：BitmapFactory.decodeStreamInternal()
  */
 private static Bitmap decodeStreamInternal(InputStream is, Rect outPadding, Options opts) {
     
     byte [] tempStorage = null; // 创建一块可复用的中间内存
     if (opts != null) tempStorage = opts.inTempStorage;

     if (tempStorage == null) tempStorage = new byte[DECODE_BUFFER_SIZE];
     
     // 核心解码方法
     return nativeDecodeStream(is, tempStorage, outPadding, opts,Options.nativeInBitmap(opts), Options.nativeColorSpace(opts));
}

从上面可以看出，对于不同输入流采用的解码资源方式会不一样(调用不同的native方法)：

对于AssetManager 输入流（如：/asset、/raw、/drawable）：调用nativeDecodeAsset()
对于其他输入流（如 FileInputStream）：调用nativeDecodeStream()

/**
  * 对于AssetManager 输入流
  * 此处采用的解码方式是：BitmapFactory.nativeDecodeAsset()
  */
 static jobject nativeDecodeAsset(JNIEnv* env, jobject clazz, jlong native_asset,
         jobject padding, jobject options) {

     Asset* asset = reinterpret_cast<Asset*>(native_asset);
     // 最终执行解码
     return doDecode(env, skstd::make_unique<AssetStreamAdaptor>(asset), padding, options);
 }

/**
  * 对于其他输入流
  * 此处采用的解码方式是：BitmapFactory.nativeDecodeStream()
  */
 static jobject nativeDecodeStream(JNIEnv* env, jobject clazz, jobject is, jbyteArray storage, jobject padding, jobject options) {

     jobject bitmap = NULL;
     std::unique_ptr<SkStream> stream(CreateJavaInputStreamAdaptor(env, is, storage));

     if (stream.get()) {
         std::unique_ptr<SkStreamRewindable> bufferedStream(
                 SkFrontBufferedStream::Make(std::move(stream), SkCodec::MinBufferedBytesNeeded()));
         // 最终执行解码
         bitmap = doDecode(env, std::move(bufferedStream), padding, options);
     }
     return bitmap;
 }

从上面可以看出，无论是哪种资源输入流，最终调用的解码方法都是：BitmapFactory.doDecode()

static jobject doDecode(JNIEnv* env, std::unique_ptr<SkStreamRewindable> stream, jobject padding, jobject options) {

    // 步骤1.获取 java 层 Options 对象 In 字段值
    int sampleSize;      对应于 Options#inSampleSize（默认 1）
    if (sampleSize <= 0) {
        sampleSize = 1;
    }

    bool onlyDecodeSize; // 对应于 Options#inJustDecodeBounds（默认 false）
    bool isHardware;     // 对应于 Options#inPreferredConfig（默认 ARGB_8888）
    bool isMutable;      // 对应于 Options#inMutable（默认 false）
    jobject javaBitmap;  // 对应于 Options#inBitmap（默认 null）
    boolean inScale;     // 对应于 Options#inScaled（默认 true）
    int density;         // 对应于 Options#inDensity
    int targetDensity;   // 对应于 Options#inTargetDensity

    // 步骤2. 设置 java 层 Options 对象 out 字段初始值
    Options#outWidth = -1
    Options#outHeight = -1
    Options#outMimeType = 0
    Options#outConfig = 0
    Options#outColorSpace = 0

    // 步骤3. 获得 inDensity / inTargetDensity
    float scale = 1.0f;
    if (density != 0 && targetDensity != 0 && density != screenDensity) {
        scale = (float) targetDensity / density;
    }

    mutable 和 hardware 是冲突的
    if (isMutable && isHardware) {
        doThrowIAE(env, "Bitmaps with Config.HARWARE are always immutable");
        return nullObjectReturn("Cannot create mutable hardware bitmap");
    }

    // 步骤4：根据 sampleSize 确定采样后的尺寸（size）
    SkISize size = codec->getSampledDimensions(sampleSize);
    int scaledWidth = size.width();
    int scaledHeight = size.height();

    // 步骤5：确定 java 层 Options 对象 out 字段最终值
    Options#outWidth = scaledWidth 
    Options#outHeight = scaledHeight 
    Options#outMimeType = （例如 "image/png"）
    Options#outConfig = （例如 ARGB_8888）
    Options#outColorSpace =（例如 RGB）

    // 若inJustDecodeBounds = true，只获取采样后的尺寸（无缩放）
    // 则直接返回
    if (onlyDecodeSize) {
        return nullptr;
    }

    // 步骤6：确定最终缩放到的目标尺寸（先采样，再缩放）
    bool willScale = false;
    if (scale != 1.0f) {
        willScale = true;
        scaledWidth = static_cast<int>(scaledWidth * scale + 0.5f);
        scaledHeight = static_cast<int>(scaledHeight * scale + 0.5f);
    }

    // 步骤7：存在 java 层的 Options#inBitmap，做一些准备工作
    android::Bitmap* reuseBitmap = nullptr;
    if (javaBitmap != NULL) {
        reuseBitmap = &bitmap::toBitmap(env, javaBitmap);
    }
    RecyclingPixelAllocator recyclingAllocator(reuseBitmap, existingBufferSize);

    // 步骤8:采样解码得到 SkBitmap（注意：只使用了采用后尺寸）
    const SkImageInfo decodeInfo = SkImageInfo::Make(size.width(), size.height(), decodeColorType, alphaType, decodeColorSpace);
    SkBitmap decodingBitmap;
    decodingBitmap.setInfo(bitmapInfo);
    decodingBitmap.tryAllocPixels(decodeAllocator)

    // 步骤9：执行缩放
    SkBitmap outputBitmap;
    if (willScale) {
        
        // 1. 根据是否有可回收的 inBitmap，确定不同的分配器
        SkBitmap::Allocator* outputAllocator;
        if (javaBitmap != nullptr) {
            outputAllocator = &recyclingAllocator;
        } else {
            outputAllocator = &defaultAllocator;
        }
        
        // 2. 复制（注意：使用了缩放后尺寸）
        SkColorType scaledColorType = decodingBitmap.colorType();
        outputBitmap.setInfo(bitmapInfo.makeWH(scaledWidth, scaledHeight).makeColorType(scaledColorType));
        outputBitmap.tryAllocPixels(outputAllocator)

        // 3. 利用 Canvas 进行缩放
        const float scaleX = scaledWidth / float(decodingBitmap.width());
        const float scaleY = scaledHeight / float(decodingBitmap.height());

        SkCanvas canvas(outputBitmap, SkCanvas::ColorBehavior::kLegacy);
        canvas.scale(scaleX, scaleY);
        canvas.drawBitmap(decodingBitmap, 0.0f, 0.0f, &paint);
    } else {
        outputBitmap.swap(decodingBitmap);
    }

    // 返回点1：java 层的 Options#inBitmap
    if (javaBitmap != nullptr) {
        return javaBitmap 
    }
    
    // 返回点2：硬件位图（from Android 8）
    if (isHardware) {
        sk_sp<Bitmap> hardwareBitmap = Bitmap::allocateHardwareBitmap(outputBitmap);
        return bitmap::createBitmap(env, hardwareBitmap.release(), bitmapCreateFlags,
                ninePatchChunk, ninePatchInsets, -1);
    }
    
    // 返回3：普通情况下一般会走这个返回逻辑
    return bitmap::createBitmap(env, defaultAllocator.getStorageObjAndReset(),
            bitmapCreateFlags, ninePatchChunk, ninePatchInsets, -1);
}