androidhardware

⑴ Android图形系统系统篇之HWC

HWC （hwcomposer）是Android中进行窗口（ Layer ）合成和显示的HAL层模块，其实现是特定于设备的，而且通常由显示设备制造商 (OEM)完成，为 SurfaceFlinger 服务提供硬件支持。

SurfaceFlinger 可以使用 OpenGL ES 合成 Layer ，这需要占用并消耗GPU资源。大多数GPU都没有针对图层合成进行优化，当 SurfaceFlinger 通过GPU合成图层时，应用程序无法使用GPU进行自己的渲染。而 HWC 通过硬件设备进行图层合成，可以减轻GPU的合成压力。

显示设备的能力千差万别，很难直接用API表示硬件设备支持合成的 Layer 数量， Layer 是否可以进行旋转和混合模式操作，以及对图层定位和硬件合成的限制等。因此HWC描述上述信息的流程是这样的：

虽然每个显示设备的能力不同，但是官方要求每个 HWC 硬件模块都应该支持以下能力：

但是并非所有情况下 HWC 都比GPU更高效，例如：当屏幕上没有任何变化时，尤其是叠加层有透明像素并且需要进行图层透明像素混合时。在这种情况下， HWC 可以要求部分或者全部叠加层都进行GPU合成，然后 HWC 持有合成的结果Buffer，如果 SurfaceFlinger 要求合成相同的叠加图层列表， HWC 可以直接显示之前合成的结果Buffer，这有助于提高待机设备的电池寿命。

HWC 也提供了 VSync 事件，用于管理渲染和图层合成时机，后续文章会进行介绍。

Android7.0提供了HWC和HWC2两个版本，默认使用HWC，但是手机厂商也可以选择HWC2，如下所示：

SurfaceFlinger 通过 HWComposer 使用 HWC 硬件能力， HWComposer 构造函数通过 loadHwcMole 方法加载HWC模块，并封装成 HWC2::Device 结构，如下所示：

上述通过 hw_get_mole 方法（hardware\libhardware\hardware.c）加载 hwcomposer 模块，此模块由硬件厂商提供实现，例如：hardware\libhardware\moles\hwcomposer\hwcomposer.cpp是 hwcomposer 模块基于HWC1的default实现，对应的共享库是 hwcomposer.default.so ；hardware\qcom\display\msm8994\libhwcomposer\hwc.cpp是高通MSM8994基于HWC1的实现，对应的共享库是 hwcomposer.msm8994.so 。
如果是基于HWC2协议实现，则需要实现hwcomposer2.h中定义的 hwc2_device_t 接口，例如： class VendorComposer : public hwc2_device_t 。Android7.0的 hwcomposer 模块默认都是基于HWC1协议实现的。
每个HAL层模块实现都要定义一个 HAL_MODULE_INFO_SYM 数据结构，并且该结构的第一个字段必须是 hw_mole_t ，下面是高通MSM8994 hwcomposer 模块的定义：

frameworks\native\services\surfaceflinger\DisplayHardware\HWC2.h主要定义了以下三个结构体：

它们是对 HWC 硬件模块的进一步封装，方便进行调用。 HWC2::Device 持有一个 hwc2_device_t ，用于连接硬件设备，它包含了很多HWC2_PFN开头的函数指针变量，这些函数指针定义在 hwcomposer2.h 。
在 HWC2::Device 的构造函数中，会通过 Device::loadFunctionPointers -> loadFunctionPointer(FunctionDescriptor desc, PFN& outPFN) -> hwc2_device_t::getFunction 的调用链从硬件设备中获取具体的函数指针实现。关键模板函数如下所示：

这些函数指针主要分为三类：

通过上述函数指针可以与 hwc2_device_t 表示的硬件合成模块进行交互。三类指针分别选取了一个示例：

可以通过类图，直观感受下引用关系。

HWC2::Device 构造函数除了完成获取函数指针实现以外，还会通过 Device::registerCallbacks 向硬件设备注册三个 Display 的回调：热插拔，刷新和VSync信号，如下所示：

总结一下， HWC2::Device 构造函数向硬件设备注册三个 Display 回调：热插拔，刷新和VSync信号。当 HWC2::Device 收到这些回调时，会通过监听器向外回调到对应的HWComposer函数： HWComposer::hotplug / HWComposer::invalidate / HWComposer::vsync 。HWComposer再通过这些信息驱动对应工作，后续文章进行介绍。

上文提到 HWC2::Device 中的函数指针是hardware\libhardware\include\hardware\hwcomposer2.h中定义的，除此之外，该头文件还定义了一些重要的结构体，这里介绍两个比较重要的：

DisplayType 表示显示屏类型，上面注释已经介绍，重点看下Layer合成类型：

那么一个 Layer 的合成方式是怎么确定的那？大致流程如下所示：

本篇文章只是简单介绍了HWC模块的相关类： HWComposer 、 HWC2::Device 、 HWC2::Display 和 HWC2::Layer ，以及它们的关系。此外，还着重介绍了Layer的合成方式和合成流程。后续文章会更加全面的介绍 SurfaceFlinger 是如何通过HWC模块完成Layer合成和上屏的（虚拟屏幕是到离屏缓冲区）。

⑵ HAL 硬件抽象层

绑定式 HAL 。以 HAL 接口定义语言 (HIDL) 或 Android 接口定义语言 (AIDL) 表示的 HAL。这些 HAL 取代了早期 Android 版本中使用的传统 HAL 和旧版 HAL。在绑定式 HAL 中，Android 框架和 HAL 之间通过 Binder 进程间通信 (IPC) 调用进行通信。所有在推出时即搭载了 Android 8.0 或后续版本的设备都必须只支持绑定式 HAL。

直通式 HAL 。以 HIDL 封装的传统 HAL 或 旧版 HAL 。这些 HAL 封装了现有的 HAL，可在绑定模式和 Same-Process（直通）模式下使用。升级到 Android 8.0 的设备可以使用直通式 HAL。

Android 要求所有 Android 设备（无论是搭载 Android O 的设备还是升级到 Android O 的设备）上的下列 HAL 均为绑定式：

[email protected]。取代 Android 8.0 中已不存在的 fingerprintd。

[email protected]。Android 8.0 中的新 HAL。

[email protected]。此 HAL 提供的原始接口可能无法继续使用，并且已更改。因此，mpstate_board 必须在指定的设备上重新实现（这是一个可选的 HAL）。

[email protected]。在 Android 8.0 中，此 HAL 必须为绑定式，因此无需在可信进程和不可信进程之间分享文件描述符。

[email protected]。取代由存活于自身进程中的 rild 提供的接口。

[email protected]。Android 8.0 中的新 HAL。

[email protected]。Android 8.0 中的新 HAL，可取代此前加载到 system_server 中的旧版 WLAN HAL 库。

[email protected]。在现有 wpa_supplicant 进程之上的 HIDL 接口。

注意 ：Android 提供的以下 HIDL 接口将一律在绑定模式下使用：android.frameworks.*、android.system.* 和 android.hidl.*（不包括下文所述的 [email protected]）。

Android 要求所有 Android 设备（无论是搭载 Android O 的设备还是升级到 Android O 的设备）上的下列 HAL 均在直通模式下使用：

[email protected]。将内存映射到其所属的进程中。

[email protected]。在同一进程中传递项（等同于 openGL）。

上方未列出的所有 HAL 在搭载 Android O 的设备上都必须为绑定式。

⑶ Android P 系统稳定性问题分析方法总结

Android系统最开始是为手机设计的，在机顶盒，电视，带屏音箱等大屏上运行后，芯片厂家做些适配，产品厂家也会做系统客制化，有时候还要适配第三方应用..等待
这种适配容易引人系统的稳定性问题，系统稳定性对于用户体验至关重要，很多问题也都比较类似，android系统对系统性能，稳定性分析工具也比较多，下面根据工作中遇到的问题做个总结。

从表现来看有: 死机重启, 自动关机, 无法开机,冻屏,黑屏以及闪退, 无响应等情况;

从技术层面来划分无外乎两大类: 长时间无法执行完成(Timeout) 以及异常崩溃(crash). 主要分类如下:

ANR(Application Not responding)，是指普通app进程超过一定时间没有执行完，系统会弹出应用无响应对话框. 如果
该进程运行在system进程, 更准确的来说,应该是(System Not Responding, SNR)

ANR产生的原因可能是各种各样的，但常见的原因可以分为：

1.logcat日志
2.trace文件(保存在/data/anr/traces.txt)
从logcat里可以看到死锁的打印
从traces.txt可以看到线程的函数调用栈

10-16 00:50:10 820 907 E ActivityManager: ANR in com.android.systemui, time=130090695
10-16 00:50:10 820 907 E ActivityManager: Reason: Broadcast of Intent { act=android.intent.action.TIME_TICK flg=0x50000114 (has extras) }
10-16 00:50:10 820 907 E ActivityManager: Load: 30.4 / 22.34 / 19.94
10-16 00:50:10 820 907 E ActivityManager: Android time :[2015-10-16 00:50:05.76] [130191,266]
10-16 00:50:10 820 907 E ActivityManager: CPU usage from 6753ms to -4ms ago:
10-16 00:50:10 820 907 E ActivityManager: 47% 320/netd: 3.1% user + 44% kernel / faults: 14886 minor 3 major
10-16 00:50:10 820 907 E ActivityManager: 15% 10007/com.sohu.sohuvideo: 2.8% user + 12% kernel / faults: 1144 minor
10-16 00:50:10 820 907 E ActivityManager: 13% 10654/hif_thread: 0% user + 13% kernel
10-16 00:50:10 820 907 E ActivityManager: 11% 175/mmcqd/0: 0% user + 11% kernel
10-16 00:50:10 820 907 E ActivityManager: 5.1% 12165/app_process: 1.6% user + 3.5% kernel / faults: 9703 minor 540 major
10-16 00:50:10 820 907 E ActivityManager: 3.3% 29533/com.android.systemui: 2.6% user + 0.7% kernel / faults: 8402 minor 343 major
......
10-16 00:50:10 820 907 E ActivityManager: +0% 12832/cat: 0% user + 0% kernel
10-16 00:50:10 820 907 E ActivityManager: +0% 13211/zygote64: 0% user + 0% kernel
10-16 00:50:10 820 907 E ActivityManager: 87% TOTAL: 3% user + 18% kernel + 64% iowait + 0.5% softirq

发生ANR的时间 00:50:10 ,可以从这个时间点之前的日志中，还原ANR出现时系统的运行状态
发生ANR的进程 com.android.system.ui
发生ANR的原因 Reason关键字表明了ANR的原因是处理TIME_TICK广播消息超时
CPU负载 Load关键字表明了最近1分钟、5分钟、15分钟内的CPU负载分别是30.4、22.3、19.94.CPU最近1分钟的负载最具参考价值，因为ANR的超时限制基本都是1分钟以内， 这可以近似的理解为CPU最近1分钟平均有30.4个任务要处理，这个负载值是比较高的
CPU使用统计时间段 CPU usage from XX to XX ago关键字表明了这是在ANR发生之前一段时间内的CPU统计,类似的还有CPU usage from XX to XX after关键字，表明是ANR发生之后一段时间内的CPU统计
各进程的CPU使用率
以com.android.systemui进程的CPU使用率为例，它包含以下信息：
总的CPU使用率: 3.3%，其中systemui进程在用户态的CPU使用率是2.6%，在内核态的使用率是0.7%
缺页次数fault：8402 minor表示高速缓存中的缺页次数，343 major表示内存的缺页次数。minor可以理解为进程在做内存访问，major可以理解为进程在做IO操作。 当前minor和major值都是比较高的，从侧面反映了发生ANR之前，systemui进程有有较多的内存访问操作，引发的IO次数也会较多
CPU使用汇总 TOTAL关键字表明了CPU使用的汇总，87%是总的CPU使用率，其中有一项iowait表明CPU在等待IO的时间，占到64%，说明发生ANR以前，有大量的IO操作。app_process、 system_server, com.android.systemui这几个进程的major值都比较大，说明这些进程的IO操作较为频繁，从而拉升了整个iowait的时间

traces.txt 如下
----- pid 29533 at 2015-10-16 00:48:29 -----
Cmd line: com.android.systemui
DALVIK THREADS (54):
"main" prio=5 tid=1 Blocked
| group="main" sCount=1 dsCount=0 obj=0x75bd5818 self=0x7f8549a000
| sysTid=29533 nice=0 cgrp=bg_non_interactive sched=0/0 handle=0x7f894bbe58
| state=S schedstat=( 289080040422 93461978317 904874 ) utm=20599 stm=8309 core=0 HZ=100
| stack=0x7fdffda000-0x7fdffdc000 stackSize=8MB
| held mutexes=
at com.mediatek.anrappmanager.MessageLogger.println(SourceFile:77)

Android系统中，有硬件WatchDog用于定时检测关键硬件是否正常工作，类似地，在framework层有一个软件WatchDog用于定期检测关键系统服务是否发生死锁事件。
watchdog 每过30s 检测一次， 如果要监控的线程30s 后没有响应，系统会mp出此进程堆栈，如果超过60s 没有相应，会触发watchdog，并重启系统
10:57:23.718 579 1308 W Watchdog: *** WATCHDOG KILLING SYSTEM PROCESS: Blocked in monitor com.android.server.am.ActivityManagerService on foreground thread (android.fg), Blocked in handler on main thread (main), Blocked in handler on ActivityManager (ActivityManager)
10:57:23.725 579 1308 W Watchdog: android.fg annotated stack trace:
10:57:23.726 579 1308 W Watchdog: at com.android.server.am.ActivityManagerService.monitor(ActivityManagerService.java:26271)
10:57:23.727 579 1308 W Watchdog: - waiting to lock <0x0bb47e39> (a com.android.server.am.ActivityManagerService)
10:57:23.727 579 1308 W Watchdog: at com.android.server.Watchdog DeliveryTracker.alarmTimedOut(AlarmManagerService.java:4151)
10:57:23.733 579 1308 W Watchdog: - waiting to lock <0x00aaee38> (a java.lang.Object)
......
10:57:23.736 579 1308 W Watchdog: at com.android.internal.os.ZygoteInit.main(ZygoteInit.java:838)
10:57:23.739 579 1308 W Watchdog: ActivityManager annotated stack trace:
10:57:23.740 579 1308 W Watchdog: at com.android.server.am.ActivityStack$ActivityStackHandler.handleMessage(ActivityStack.java:405)
10:57:23.740 579 1308 W Watchdog: - waiting to lock <0x0bb47e39> (a com.android.server.am.ActivityManagerService)
10:57:23.740 579 1308 W Watchdog: at android.os.Handler.dispatchMessage(Handler.java:106)
10:57:23.741 579 1308 W Watchdog: *** GOODBYE!
分析：
提示 ActivityManagerService的android.fg,main,ActivityManager 线程Block了,但logcat里只能看到
android.fg等待0x0bb47e39 锁,main 等待0x00aaee38锁,ActivityManager等待0x0bb47e39锁,无法进一步分析,需要看traces.txt
Cmd line: system_server
......
"main" prio=5 tid=1 Blocked

当出现应用闪退，可以从两个方面查看：
1、是否应用崩溃：
可以通过logcat –s AndroidRuntime DEBUG过滤日志，查看应用奔溃的具体堆栈信息。
其中AndroidRuntime的TAG打印java层信息，DEBUG的TAG打印native层的信息。
2、是否被lowmemorykiller杀掉：
可以通过 logcat –s lowmemorykiller 过滤日志，注意adj 0是代表前台进程。例如：
03-08 04:16:58.084 310 310 I lowmemorykiller: Killing'com.google.android.tvlauncher' (2520), uid 10007, adj 0
发生这种情况，需要mpsys meminfo 查看当前内存状态，是否有进程内存泄漏，导致系统内存不够，出现前台进程被杀，造成闪退。

测试过程中，经常遇到屏幕闪烁的现象，需要排除是OSD层闪烁，还是video层闪烁。
1、先通过android原生方法：screencap截图, screenrecord 录制视频，这里都是截取的OSD层，查看是否有闪屏现象。
2、OSD没有问题，就需要从更底层的显示模块分析，一般需要芯片厂家提供debug手段，不同芯片厂家方案不一样。
3, 有时候输出不稳定，hdmi/mipi信号干扰，输出频率异常等也会导致闪屏，这种情况需要硬件协助分析。
如果OSD层也闪烁，则需从系统和应用层面分析。如曾遇到在开机向导界面，有个应用不断被唤起，导致走开机向导时出现连续闪灰屏的现象。

黑屏分UI黑屏，视频播放黑屏但UI正常等，2种场景

1、screencap截屏，排查OSD层图形是否正常，
2、如果OSD图形正常，需要排查显示输出模块是否异常。
3、电视机里面屏显是单独控制，如果屏参配置错误会导致整改黑屏。
OSD异常，需要排查顶层activity是否黑屏，window是否有异常等.

1，排查视频图层或者window是否创建成功。
2，排查解码是否有异常，不同的应用youtube,netflix,iptv解码方式不一样，需要具体问题具体分析。

如下，ActivityManager因为空对象引用而挂掉，导致system_server重启
*** [FATAL EXCEPTION IN SYSTEM PROCESS: ActivityHanager [
^ava.lang.NullPointerException: Attempt to invoke virtual method 'void co®.android.internal.os.KernelSingleUidTimeReader.iBarkDataAsStale(boolean)' on a null object reference
at com.android.internal.os.BatteryStatsIiaplSConstants.(BatteryStatslnpl.java:13355)
at com.android.internal.os.BatteryStatsInplSConstants.upddteConstants(BatteryStatsImpl.java:13330)
at com.android.internal-o-batteryStatslMpl$Constants-onChange(BatteryStatsInpl-java:13316)
at android.database.Contentobserver.onChange(ContentObserver.java:145)
解决方法：修复空指针

DEBUG : pid: 296, tid: 1721, name: Binder：296_4 >>> /system/bin/surfaceflinger <<<
DEBUG : signal 6 (SIGABRT), code -6 (SI_TKILL), fault addr ------
DEBUG : Abort message: 'status.cpp:149] Failed HIDL return status not checked: Status(EXTRANSACTIONFAILED):
DEBUG : r0 00000000 rl 000006b9
DEBUG ： C4 00000128 r5 000006b9
r2 00000006 r3 a5c5d620
r6 a235d60c r7 0000010c
DEAD_OB3ECT：
DEBUG : r8 00000019 r9 0000015d
DEBUG : ip a6ablbec sp a235d5f8
rlO a568f090 rll a620dce9
Ir a5be901d pc a5be0da2
/system/lib/libc.so (abort+62)
/system/lib/libbase.so (android::base::DefaultAborter(char const )+6)
backtrace:
/system/lib/libsurfaceflinger.so
/system/lib/libsurfaceflinger.so
/system/lib/libsurfaceflinger.so
/system/lib/libsurfaceflinger.so
/system/lib/libbase.so (android::base::LogMessage::~LogMessage()+502)
/system/lib/libhidlbase.so (android::hardware::details::return_status::~return_status()+184)
(android::Hwc2::impl::Composer::getActiveConfig(unsigned long long, unsigned int )+56)
(HWC2::Display::getActiveConfig(std::_1::shared_ptr<HWC2：:Display::Config const>*) const+38)
(android::HWComposer::getActiveConfig(int) const+64)
(android::SurfaceFlinger::resyncToHardwareVsync(bool)+64)
可以根据backtrace来进行定位异常崩溃的地方。Android P上， backtrace使用Java上下文来显示，省去使用addr2line来转换的一个过程，方便调试分析问题。但是实际场景中，
有些native进程崩溃只有pc地址，而无函数信息，或者需要定位到具体的某个文件某个函数，则可借助堆栈分析工具addr2line。
addr2line：根据堆栈定位具体函数和文件
addr2line -e libsurfaceflinger.so -f 00071a09
addr2line -e libsurfaceflinger.so -f 00071a09
_
frameworks/native/services/surfaceflinger/SurfaceFlinger.cpp:1229
需注意两点：
1、需用带debug信息的LINK目录里面的so库，机顶盒上的so库是无法定位的：
out/target/proct/xx/obj/SHARED_LIBRARIES/libsurfaceflinger_intermediates/LINKED/libsurfaceflinger.so
或者：out/target/proct/xx/symbols/system/lib/libsurfaceflinger.so
2、定位的文件，必现和机器上出现问题的版本一致，否则定位不准确
debuggerd：打印当前进程实时堆栈：debuggerd –b pid

主要可以分为以下3类
1)Data abort
Unable to handle kernel NULL pointer dereference at virtual address...
Unable to handle kernel paging request at virtual address...
Unhandled fault...at...
Unhandled prefetch abort...at...
2)BUG/BUG_ON
Oops - BUG...
例如：
Out of memory and no killable processes...
rbus timeout...
...
PS:WARN_ON只mp stacks，kernel还是正常
3)bad mode
Oops - bad mode...
日志打印:
〃错误类型原因
[214.962667] 08:14:19.315 (2)-0488 Unable to handle kernel paging request at virtual address 6b6b6cl7
[214.973889] 08:14:19.326 (2)-0488 addr：6b6b6c17 pgd = d0824000
[214.980132] [6b6b6c17J •pgd=O000eO0e
〃Oopsttl误码序号
[214.983865] 08:14:19.336 (2)-0488 Internal error： Oops： 805 [#1] PREEMPT SMP ARM
[214.9914S3] Moles linked in: 8192eu ufsd(PO) jnl(O) fusion(O)
〃发生也错误的CPU序号
(215.001878] 08:14:19.354 (2)-0488 CPU： 2 PID: 488 Comm: system_server Tainted: P 4.4.3+ #113
(2)-0488 Hardware name: rtd284x
[215.011865] 08:14:19.364
〃当前PC指针 98:14:19.377 (2)-0488 PC is at mutex_unlo<k+0xc/0x38
(21S.024846] 08:14:19.383 (2)-0488 LR is at storage_pm_event+0xb4/0xe8
(21S.031026]
//Registers 08:14:19.390 (2)-0488 ：[<ceb78ffc>] Ir : [<C0542034>] psr: 200f0013
I 215.037644] sp : ccf79e38 ip : eceoeeee fp : 9b34648c
I 215.037644]
08:14:19.404 (2)-0488 rlO： 00000080 r9 ：Cl8b3864 r8 : oeeeeeoe
215.051370]
215.058692] 08:14:19.411 (2)-0488 P7 ： C1293a98 P6 ：C1293940 r5 : C1293940 r4 ：C1293a80
21S.067345]
[ 215.076014] 08:14:19.420 (2)-0488 r3 : 00000033 r2 ：00000000 ri : 000^000 re ：6b6b6c07
[ 215.085307]
08:14:19.428 (2)-0488 Flags: nzCv IRQs on FIQs on Mode SVC 32 ISA ARM Segment user
08:14:19.438 (2)-0488 Control: 10c5383d Table： 1082406a DAC： 00000055
//Process.不 ,定是该process的错误，只是发生错误时,刚好在运行该process
[215.093168]
//Stacks 08:14:19.446 (2)-0488 Process syste«i_server (pid: 488, stack limit = 0xccf78218)

(21S.101827] 08:14:19.454 (2)-0488 Stack: 0xccf79e38 (Oxccf79d7。 to 0xccf7a08Q) - par(0xcf796d4)

---[ end trace 45d55384id6a0974 ]--- Kernel panic not syncing: Fatal exception
[217.359794] 08:14:21.712 (0)-0488
解决方案: kernel异常一般找芯片原厂协助分析。

系统卡顿时，一般先分三步走：
1、查看当前系统的CPU，IO等参数，输入top、iotop命令： （如：iotop -s io -m 9）
如果有异常飙高的进程，kill掉后会发现系统恢复正常。
之前项目上遇到过某些U盘IO性能比较差，媒体中心又在后台扫描媒体问题，导致系统各种卡顿，io wait时间比较长。
2、系统进程卡住，触发Watchdog：ps –A |grep system_server,一般而言，system_server正常的进程号是200多，如果发现进程号变成几千，则可能出现重启，结合tombstone和 /data/anr下的trace文件分析重启原因
3、当前应用出现卡顿，造成ANR。输入logcat | grep ANR，如果有ANR打印，再去/data/anr下面查看相应进程的traces文件
有时在应用里面操作卡顿，按键响应延迟，但是却没有生成ANR，此时如果退出该应用（如果无法退出，在抓取足够信息的情况下，可以串口直接kill掉卡顿的应用），则一切正常，可能是应用自身实现问题，或者调用了其它接口导致（例如曾遇到应用调用了中间件、mediaplayer某些接口导致操作严重卡顿，按键响应延迟），这种情况则需应用和相应接口的实现者去排查。

系统完全卡死，一般分三种情况
1，串口无响应，大概率kernel panic，
2，串口日志狂输出，把系统堵塞， 优化日志输出，关注关闭后压测。
3，Input系统完全堵塞，导致任何输入都无响应。

⑷ Android进阶——你所知道的Camera2和你所不知道的Camera2完全解析

一切源于在项目过程中的一个Bug：我的需求是在MainActivity 实现自动预览，也可以点击跳到签到SignedActivity去实现拍照签到，第一次进入界面的时候都是正常的，但是有时候返回来的时候预览失败，即从MainActivity跳转到SignedActivity偶尔预览失败和从SignedActivity返回MainActivity偶尔失败，都是报（CAMERA_IN_USE）ERRO=1的错误，奇怪的是的的确确做了完全释放操作，加上以前用的更多的是Camera api 对于Camer2 的机制没有完整去研究过，一下子懵了，于是乎先去找了Stack Overflow，查到一个解决方案是："我弃用了新API，换回旧API"，ORZ，找了其他的也没有答案，可是我不服呀，我就把官方的文档全部啃了一遍，于是乎便有了以下的理解，我想如果你不懂得怎么使用Camera2的话，这篇绝对值得你去阅读，你会发现Camera2 并非像大多数说得那样使用起来很复杂。

全新的android.hardware.Camera2 。Android 5.0对拍照API进行了全新的设计，新增了全新设计的Camera 2 API，这些API不仅大幅提高了Android系统拍照的功能，还能支持RAW照片输出，甚至允许程序调整相机的对焦模式、曝光模式、快门等。

在Camera2 架构在核心参与类角色有： CameraManager 、 CameraDevice 、 CameraCharacteristics 、 CameraRequest与CameraRequest.Builder 、 CameraCaptureSession 以及 CaptureResult 。

位于android.hardware.camera2.CameraManager下，也是Android 21(5.0)添加的，和其他系统服务一样通过 Context.getSystemService(CameraManager.class ) 或者 Context.getSystemService(Context.CAMERA_SERVICE) 来完成初始化，主要用于管理系统摄像头：

CameraDevice是Camera2中抽象出来的一个对象，直接与系统硬件摄像头相联系。因为不可能所有的摄像头都会支持高级功能（即摄像头功能可被分为limit 和full 两个级别），当摄像头处于limited 级别时候，此时Camera2和早期的Camera功能差不多，除此之外在Camera2架构中，CameraDevice还承担其他两项重要任务：

正如前面所说， 系统向摄像头发送 Capture 请求，而摄像头会返回 CameraMetadata，这一切都是在由对应的CameraDevice创建的CameraCaptureSession 会话完成 ，当程序需要预览、拍照、再次预览时，都需要先通过会话。（A configured capture session for a CameraDevice , used for capturing images from the camera or reprocessing images captured from the camera in the same session previously.A CameraCaptureSession is created by providing a set of target output surfaces to createCaptureSession , or by providing an InputConfiguration and a set of target output surfaces to for a reprocessable capture session . Once created, the session is active until a new session is created by the camera device, or the camera device is closed.）CameraCaptureSession一旦被创建，直到对应的CameraDevice关闭才会死掉。虽然CameraCaptureSession会话用于从摄像头中捕获图像，但是只有同一个会话才能再次从同一摄像头中捕获图像。另外， 创建会话是一项耗时的异步操作，可能需要几百毫秒 ，因为它需要配置相机设备的内部管道并分配内存缓冲区以将图像发送到所需的目标，因而createCaptureSession和会将随时可用的CameraCaptureSession发送到提供的监听器的onConfigured回调中。如果 无法完成配置，则触发onConfigureFailed回调 ，并且会话将不会变为活动状态。最后需要注意的是，如果 摄像头设备创建了一个新的会话，那么上一个会话是被关闭的，并且会回调与其关联的onClosed ，如果不处理好，当会话关闭之后再次调用会话的对应方法那么所有方法将会跑出IllegalStateException异常。关闭的会话清除任何重复的请求（和调用了stopRepeating()方法类似），但是在新创建的会话接管并重新配置摄像机设备之前，关闭的会话仍然会正常完成所有正在进行的捕获请求。简而言之，在Camera2中CameraCaptureSession承担很重要的角色：

描述Cameradevice属性的对象，可以使用CameraManager通过getCameraCharacteristics（String cameraId）进行查询。

CameraRequest代表了一次捕获请求， 而CameraRequest.Builder用于描述捕获图片的各种参数设置，包含捕获硬件（传感器，镜头，闪存），对焦模式、曝光模式，处理流水线，控制算法和输出缓冲区的配置。 ，然后传递到对应的会话中进行设置， CameraRequest.Builder则负责生成CameraRequest对象 。当程序调用setRepeatingRequest()方法进行预览时，或调用capture()方法进行拍照时，都需要传入CameraRequest参数。CameraRequest可以通过CameraRequest.Builder来进行初始化，通过调用createCaptureRequest来获得。

CaptureRequest描述是从图像传感器捕获单个图像的结果的子集的对象。（CaptureResults are proced by a CameraDevice after processing a CaptureRequest）当CaptureRequest被处理之后由CameraDevice生成。

CameraManager 处于顶层管理位置负责 检测获取所有摄像头及其特性 和 传入指定的CameraDevice.StateCallback回调打开指定摄像头 ， CameraDevice 是负责管理抽象对象，包括 监听Camera 的状态回调CameraDevice.StateCallback 、 创建CameraCaptureSession和CameraRequest ， CameraCaptureSession 用于描述一次图像捕获操作，主要负责 监听自己会话的状态回调CameraCaptureSession.StateCallback 和 CameraCaptureSession.CaptureCallback捕获回调 ，还有 发送处理CameraRequest ； CameraRequest 则可以看成是一个"JavaBean"的作用用于描述希望什么样的配置来处理这次请求；最后三个回调用于监听对应的状态。

CameraManager 处于顶层管理位置负责检测 检测获取所有摄像头并设置输出参数，传入指定的CameraDevice.StateCallback回调，然后打开指定摄像头，并触发CameraDevice.StateCallback中的onOpened方法，并在onOpened方法里开始通过调用创建预览会话， ，CameraDevice负责创建请求 CameraCharacteristics 、 CameraRequest与CameraRequest.Builder 、 CameraCaptureSession 以及 CaptureResult 则可以看成是一个JavaBean的作用用于描述以什么样的配置来处理这次请求。

Camera2Helper类只是简单的封装了下，为了让Camera2的初始化和Activity 高度分离，这个类只是Demo 阶段部分有待优化，另外结合我具体的业务，对于图片大小有限制，所以我都是默认采用采样压缩率方式对图片进行压缩