Fence 的介紹

在介紹 Fence 之前，我們需要了解為什麼需要 Fence 和其用途。這需要從 GPU 和 CPU 說起。

GPU & CPU

在前一篇的 「BufferQueue 和 Fence 的基礎知識介紹」中，我們講過 BufferQueue 的運作模式。但是實際上，我們省略了一個很重要的部分，也就是 GPU 在這裡擔任的角色。首先我們先看看 CPU 與 GPU 各自的分工。

• CPU: CPU 的角色是非常單純的。製作 buffer ，將 buffer 放進 BufferQueue 後等待 SurfaceFlinger 更進一步的行動。
• GPU: GPU 的角色與 CPU 不同， GPU 是負責一些 loading 比較重的工作，並且 GPU 與 BufferQueue 其實沒有太多溝通。

加入 GPU 前的 Render 順序

回顧最基礎的 BufferQueue ，在這裡，其實 Consumer 就是 SurfaceFlinger ，也就是 Android Graphic 的其中一個重要元件。

如果所有的圖形皆不需要 GPU 參與，則 SF (SurfaceFlinger) 會直接將 buffers 交給 HWC (Hardware Composer)。

加入 GPU 後的 Render 順序

但是，如果今天有需要 GPU 介入的圖形時， SF 會透過另一個 BufferQueue ，將工作交給 GPU 。步驟如下：

• 由 App 生產、繪製，交給 BufferQueue ，等待 SF 取用
• SF 管理 Layer ，在繪製下一幀時，問 HWC 各個圖層的合成模式
  • 如果不用 GPU 則直接交給 HWC
  • 如果需要 GPU ，則調用 GPU 並在合成後再轉交給 HWC
• HWC 最後交給 Display 並 render 出來

HWC 範例補充：像是 app icons, wallpaper 這種東西，就會直接交給 HWC 而不經過 GPU

Fence

了解渲染的過程之後，終於可以聊聊 Fence 的用處與出現時機。就如同上篇提到的，如果純 CPU 工作就不需要 Fence 機制，因為線性的工作環境並不會出現搶資源的情況。但是 GPU 加入後，工作與 CPU 是同步的，這時候就需要 Fence 機制來確保資源不會被搶走。

說明：Fence 機制是 Producer-Consumer 都會有的（或是說 BufferQueue 這個模型都會有的），而非 Android Graphics 特有。只是在這裡 Android Graphics 有使用到 Fence 機制。

這時候就是 Fence 派上用場的時候。

Fence 基礎

Buffer 與 Fence 不能當作同一種東西來理解。先介紹 acquireFence() 與 releaseFence() 的簡單運作。

• acquireFence(): 生產者通知消費者可以消費；或者說是消費者告訴生產者自己要開始消費了
• releaseFence(): 消費者通知生產者消費已經完成

Android Graphics 的 Acquire Fence

1. 當 Producer(App) 通過 queueBuffer() 將一 buffer 放入 BufferQueue 時，此 buffer 會帶著一個 Fence。

2. 在 SurfaceFlinger 取用並轉交 GPU 合成之前，需要檢查 acquireFence()，才能開始處理。換句話說，就是當 acquireFence() 還沒完成時（acquireFence() 還沒拿到 buffer 帶著的 Fence 時），SurfaceFlinger 不能開始合成。

3. 當 SurfaceFlinger 成功 acquireFence() 後開始合成。

4. SurfaceFlinger 的 RenderSurface(新的 Producer) 產生一個 Fence，並且在合成完成後，將這個 Fence 交給 HWC。當 HWC 要渲染時，需要檢查 acquireFence()，確認 SurfaceFlinger 已經合成完成。

可以理解成， acquireFence() 和 Fence 被異步的程序創造並傳遞，而 acquireFence() 會先傳遞， Fence 則是程序完成之後傳遞。當 acquireFence() 被傳遞後，收到的程序需要先完成 acquireFence() 並找到也被傳遞的 Fence 才能繼續執行。

這裡的 RenderSurface 是生產者， BQ 是 BufferQueue， FramebufferSurface 是消費者。

Android Graphics 的 Release Fence

如果了解 acquireFence() 的運作，那 releaseFence() 就相對簡單許多。 releaseFence() 其實就是通知生產者，消費者已經完成消費。

Fence 結語

其實 acquireFence 與 releaseFence 並不是一個變數抑或是 function ，而是一種概念。其中 Fence 是一個 class，並且 acquireFence 和 releaseFence 是這個 class 的一個 instance，並被 Android 的 strong pointer 操控著。如果想要了解更多，可以參考 Android 官方文件。