30分钟带你深入优化安卓Bitmap大图

一、前言

众所周知，安卓的图片都是通过Bitmap来完成设置间接交给Gpu去渲染到屏幕。如果想要优化图片，你还是个入门者，那么就必须要了解Bitmap.接下来我们先介绍Bitmap，再去深入研究如何优化大图如何在App上显示

二、Bitmap入门

1. 如何创建Bitmap?

(1) Bitmap是通过Bitmap.createBitMap创建的

2. Bitmap的堆内存分布在哪里

通过源码，可以分析出，Bitmap的堆内存是分布在native.

2.1 创建Bitmap时序图

2.2 分析创建Bitmap代码
创建Bitmap第一步调用Bitmap的createBitmap，然后我们发下他会调用一个自身的重载方法createBitmap

 public static Bitmap createBitmap(int width, int height, @NonNull Config config,
            boolean hasAlpha, @NonNull ColorSpace colorSpace) {
        return createBitmap(null, width, height, config, hasAlpha, colorSpace);
 }
	

然后，这个重载方法会通过调用nativeCreate调用JNI来创建Bitmap，并在Native分配堆内存

public static Bitmap createBitmap(@Nullable DisplayMetrics display, int width, int height,
            @NonNull Config config, boolean hasAlpha, @NonNull ColorSpace colorSpace) {

 //...省略
 Bitmap bm = nativeCreate(null, 0, width, width, height, config.nativeInt, true,
                colorSpace == null ? 0 : colorSpace.getNativeInstance());
 //...省略               
 return bm;
}

 

2.3 分配内存
接下来我们揭秘，Bitmap到底是怎样在Native分配内存的。
我们下载安卓的源码，nativeCreate对于的JNI的C++代码在Bitmap.h
路径在这： /frameworks/base/core/jni/android/graphics/Bitmap.h
并找到gBitmapMethods这个属性

static const JNINativeMethod gBitmapMethods[] = {
1577    {   "nativeCreate",             "([IIIIIIZ[FLandroid/graphics/ColorSpace$Rgb$TransferParameters;)Landroid/graphics/Bitmap;",
1578        (void*)Bitmap_creator },
//..省略
}

于是我们可以发现，Java中Bitmap的nativeCreate方法执行的方法对应是Bitmap.h的Bitmap_creator方法。

static jobject Bitmap_creator(JNIEnv* env, jobject, jintArray jColors,
653                              jint offset, jint stride, jint width, jint height,
654                              jint configHandle, jboolean isMutable,
655                              jfloatArray xyzD50, jobject transferParameters) {

669    ///省略...
       //创建SkBitmap引用
670    SkBitmap bitmap;
        ///省略...
       // 设置初始化参数
681    bitmap.setInfo(SkImageInfo::Make(width, height, colorType, kPremul_SkAlphaType, colorSpace));
	   // 分配Bitmap堆内存
683    sk_sp<Bitmap> nativeBitmap = Bitmap::allocateHeapBitmap(&bitmap);
       ///省略...
693
694    return createBitmap(env, nativeBitmap.release(), getPremulBitmapCreateFlags(isMutable));
695}
696

由此可见，Bitmap内存是分配在Native.

3. 图片文件越大，Bitmap堆内存会越大吗？

其实，从上面源码我们就已经得出结论了，不管图片是1M还是2M,只要按一样的参数设置，总内存不会变大。

SkImageInfo::Make(width, height, colorType, kPremul_SkAlphaType, colorSpace)

因为图片的显示只有宽，高，图片格式（rgb888之类）,透明度方式，颜色空间这些参数。并没有文件大小相关这样的设定。

如何测试？可以使用Android Studio的Profiler查看App内存分布，设置图片后，内存此刻变化较大的那部分增量的内存肯定就是图片的内存。

下面是参数的解释

• code: 虚拟机方法区代码的大小
• stack：虚拟机栈内存，如果这里数据越大，波动越大，就代表CPU越活跃，不停在运行
• graphics: Opengl 操作的GPU内存大小
• native: native的堆内存，也就是运行c/c++的内存
• Java: java 的堆内存大小

当我们设置图片后，Native的堆内存就会增大。有兴趣的话可以去试试

4. 如何管理Bitmap的内存？

在执行Bitmap.createBitmap时候，我们从上面得知，会执行native的Bitmap_creator，然后Bitmap_creator会执行navtive的Bitmap的createBitmap*.从而去创建一个BitmapWrapper对象，这个对象会持有Bitmap对象。最终将BitmapWrapper这个对象指针作为入参，通过JNI创建一个 Java的Bitmap对象让其持有BitmapWrapper ，每次Java操作Bitmap时候，都会通过这个指针传到Native层，然后转成BitmapWrapper 去管理内存的数据。

jobject createBitmap(JNIEnv* env, Bitmap* bitmap,
200        int bitmapCreateFlags, jbyteArray ninePatchChunk, jobject ninePatchInsets,
201        int density) {
       	 //..省略
          //创建BitmapWrapper对象，这个对象会返回给Java持有
207    BitmapWrapper* bitmapWrapper = new BitmapWrapper(bitmap);
        //通过JNI创建Java的Bitmap对象
        //BitmapWrapper对象的指针引用作为入参传给的构造方法，、
        // 并创建Java的Bitmap对象返回到Java层
208    jobject obj = env->NewObject(gBitmap_class, gBitmap_constructorMethodID,
209            reinterpret_cast<jlong>(bitmapWrapper), bitmap->width(), bitmap->height(), density,
210            isMutable, isPremultiplied, ninePatchChunk, ninePatchInsets);
   	 	 //..省略
216    return obj;
217}

Java Bitmap的构造方法

Bitmap(long nativeBitmap, int width, int height, int density,
            boolean requestPremultiplied, byte[] ninePatchChunk,
            NinePatch.InsetStruct ninePatchInsets, boolean fromMalloc) {
        mWidth = width;
        mHeight = height;
        //省略
        //将BitmapWrapper指针引用保存下来，通过他去管理native的bitmap
        mNativePtr = nativeBitmap;
        //省略

}

举个例子，比如使用最常用的方法，回收内存。回收时候是通过把mNativePtr指针传到native，最终将其回收。

 public void recycle() {
    if (!mRecycled) {
         nativeRecycle(mNativePtr);
         mNinePatchChunk = null;
         mRecycled = true;
         mHardwareBuffer = null;
    }
 }

 {   "nativeRecycle",            "(J)Z", (void*)Bitmap_recycle },

static jboolean Bitmap_recycle(JNIEnv* env, jobject, jlong bitmapHandle) {
852    LocalScopedBitmap bitmap(bitmapHandle);
853    bitmap->freePixels();
854    return JNI_TRUE;
855}

5. 实战修改Bitmap的堆内存，改变图片的图案

简单需求：修改需要显示的Bitmap数据，修改图片左上方1/4的区域改为红色.

5.1 第一步，创建一个具备JNI能力的工程

创建后主要有4个文件，分别为

• MainAcitivity.java
• activity_main.xml
• CMakeLists.txt
• native-lib.cpp

MainAcitivity.java

package com.example.myapplication;
public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    // Used to load the 'myapplication' library on application startup.
    static {
        System.loadLibrary("myapplication");
    }

    private ActivityMainBinding binding;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        binding = ActivityMainBinding.inflate(getLayoutInflater());
        setContentView(binding.getRoot());
        // Example of a call to a native method
        TextView tv = binding.sampleText;
        tv.setText(stringFromJNI());
    }

    /**
     * A native method that is implemented by the 'myapplication' native library,
     * which is packaged with this application.
     */
    public native String stringFromJNI();
}

native-lib.cpp

#include <jni.h>
#include <string>
#include <android/bitmap.h>
#include <android/log.h>
extern "C" JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_example_myapplication_MainActivity_stringFromJNI(
        JNIEnv* env,
        jobject ) {
    std::string hello = "Hello from C++";
    return env->NewStringUTF(hello.c_str());
}

CMakeLists.txt

add_library(${CMAKE_PROJECT_NAME} SHARED
        # List C/C++ source files with relative paths to this CMakeLists.txt
        native-lib.cpp) 

target_link_libraries(${CMAKE_PROJECT_NAME}
        # List libraries link to the target library
        android
        jnigraphics
        log)

我们不做任何修改， 先运行起来，默认的Demo是中间有个Text,显示Native的文字“Hello from C++”

5.2 第二步, 加入图片显示到屏幕

修改xml，加入ImageView,拖到这个文字的正上方，宽高各自设置为200，然后 加入一张备好的名为king.jpg图片放到asset目录。

通过AssetManagerAssetManager，将这个king.jpg显示到ImageView上

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);

        binding = ActivityMainBinding.inflate(getLayoutInflater());
        setContentView(binding.getRoot());

        // Example of a call to a native method
        TextView tv = binding.sampleText;

        tv.setText(stringFromJNI());
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                AssetManager assetManager = getAssets();
                InputStream inputStream = null;
                try {
                   //从asset目录加载出king.jpg这个图
                    inputStream = assetManager.open("king.jpg");
                    Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeStream(inputStream);
                    //切回UI线程，把bitmap设置到ImageView显示出来
                    runOnUiThread(new Runnable() {
                        @Override
                        public void run() {
                            ImageView imageView = binding.imageView;
                            imageView.setImageBitmap(bitmap);
                        }
                    });
                } catch (IOException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }


            }
        }).start();
    }

运行效果如下：

5.3 进入修改Bitmap环节

首先，我们创建一个类BitmapHelper.java ，通过他来调用JNI接口修改Bitmap,对应的方法是updateBitmap

package com.example.myapplication;

import android.graphics.Bitmap;

public class BitmapHelper {
    public native void updateBitmap(Bitmap bitmap);
}

在修改之前，我们先了解c++怎么获取Java的bitmap宽高参数。 他是通过头文件android/bitmap.h的这个AndroidBitmap_getInfo函数获取，并且赋值到AndroidBitmapInfo这个结构体. AndroidBitmapInfo是在安卓源码的这个路径/frameworks/native/include/android/bitmap.h

65/** Bitmap info, see AndroidBitmap_getInfo(). */
66typedef struct {
67    /** The bitmap width in pixels. */
68    uint32_t    width; //图片的宽
69    /** The bitmap height in pixels. */
70    uint32_t    height;//图片的高
71    /** The number of byte per row. */
72    uint32_t    stride;//每一行的字节数，如果是ARGB_8888格式，这个stride/4正好等价于图片的width，因为一个像素点占4个字节，分别为透明度，蓝， 绿 ， 红（这里是和平时的位置是倒过来的）
73    /** The bitmap pixel format. See {@link AndroidBitmapFormat} */
74    int32_t     format;//图片格式
75    /** Unused. */
76    uint32_t    flags;      // 0 for now
77} AndroidBitmapInfo;

操作Bitmap系列的方法需要导入jnigraphics这个库， 在CmakeList.txt配置即可，Android Studio编译时候会把这个库导入到我们的环境。修改如下,在target_link_libraries加入一个jnigraphics

CmakeList.txt

target_link_libraries(${CMAKE_PROJECT_NAME}
        # List libraries link to the target library
        android
        jnigraphics
        log)

我们来到native-lib.cpp, 加入BitmapHelper的updateBitmap对应的native方法

Java_com_example_myapplication_BitmapHelper_updateBitmap
并且导入android/bitmap.h， android/log.h
通过AndroidBitmap_getInfo， 获取图片宽高，打印出来。代码如下

#include <jni.h>
#include <string>
#include <android/bitmap.h>
#include <android/log.h>
extern "C" JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_example_myapplication_MainActivity_stringFromJNI(
        JNIEnv* env,
        jobject ) {
    std::string hello = "关注King老师，3连哦";
    return env->NewStringUTF(hello.c_str());
}

extern "C" JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_example_myapplication_BitmapHelper_updateBitmap(
        JNIEnv* env,
jobject, jobject bitmap) {
     //声明一个AndroidBitmapInfo，用来获取bitmap的参数信息
    AndroidBitmapInfo  info;
    // 将java的bitmap的宽高信息填充到AndroidBitmapInfo
    AndroidBitmap_getInfo(env, bitmap, &info);
    //这个方法就是打印安卓的日志方法， ANDROID_LOG_INFO对于就是info级别的日志， 然后第二个参数是tag
    //如果AndroidBitmap_getInfo获取成功， 打印图片的宽高就能出现
    __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, "updateBitmap", "width:%d, height:%d", info.width, info.height);
}

先运行起来，看看效果，就是文字改了下，你懂的。注意了，如果jnigraphics这个库你没有加入，肯定是编译失败的。

打印效果

打印出的宽高和上面设置的一致。

5.4 Bitmap的堆内存分布格式

他是通过二维数组存下来的，现在默认的是ARGB_8888格式，所以一个像素是有4个字节组成。
屏幕绘制一个图片时候，是从上到下一行一行的像素列点下来的。由于内存存储方式是顺序存储，内存是分布连续的，图片绘制完一行时候，下一行的位置即为指针加上宽度的偏移量。

从数组维度上面可以这样理解

5.5 修改Bitmap的堆内存

有了上面的理解，我们就可以修改bitmap堆内存了，如下。

extern "C" JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_example_myapplication_BitmapHelper_updateBitmap(
        JNIEnv* env,
jobject, jobject bitmap) {
    //声明一个AndroidBitmapInfo，用来获取bitmap的参数信息
    AndroidBitmapInfo  info;
    // 将java的bitmap的宽高信息填充到AndroidBitmapInfo
    AndroidBitmap_getInfo(env, bitmap, &info);
    __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, "updateBitmap", "width:%d, height:%d", info.width, info.height);
    //声明一个指向二维数组内存的指针，也就是指向Bitmap内存的指针,初始化是第一行的位置
    int *displayRowIndex  = NULL;
    //当前行数组
    int *currentRowPixelsArray = NULL;
    int row = info.width;
    int column = info.height;
    //将bitmap的内存指针赋给displayRowIndex，并锁定内存
    AndroidBitmap_lockPixels(env, bitmap, reinterpret_cast<void **>(&displayRowIndex));
    //只改上面一半的行数
    for (int i = 0; i < column/2; ++i) {
        currentRowPixelsArray = displayRowIndex;
        //只改左边一半的列
        for (int j = 0; j < row/2; ++j) {
            //这里的颜色和设计稿的颜色是反过来的，只有透明度位置没变，格式为0x+透明度+蓝+绿+红
            //比如红色0xFFFF0000,那么在堆内存存储是从右到左反过来，则为0xFF0000FF
            currentRowPixelsArray[j] = 0xFF0000FF;
        }
        //把索引偏移到下一行的位置
        displayRowIndex +=  info.width;
    }
    //解锁bitmap内存操作
    AndroidBitmap_unlockPixels(env, bitmap);
}

运行效果如下。

未完结，待更新，有时间会第一时间更新。请关注，3连