前情提要：

Android 版本： Android 14.0.0
Source Code ： xrefandroid/android-14

BufferQueue 介紹

首先，我們要先了解什麼是 BufferQueue 。 BufferQueue 是 Android Graphic 中的一個機制，它用來管理圖像緩衝區的生命週期。在 Android Graphic 中，圖像緩衝區 i.e. BufferQueue 是用來存儲圖像數據的內存區域，儲存著每幀影像的數據，並且在系統與渲染管道之間交換數據。BufferQueue 通過一個緩衝區隊列來管理這些圖像緩衝區，它可以實現圖像的生產者和消費者之間的同步。

BufferQueue Source: source.android.com

BufferQueue 的 Producer 通常是 OpenGL 、影片解碼器等等； Consumer 則是 SurfaceFlinger 、 MediaCodec 等。（這裡的生產者和消費者是指 BufferQueue 中的生產者與消費者）

Buffer 的五大 State

Buffer 分成五種狀態，分別為：

FREE, DEQUEUED, QUEUED, ACQUIRED, SHARED

其中，不同狀態的 Buffer 被不同的角色所持有，分別是 BufferQueue, Producer, Consumer 。可以用下圖來增加理解：

Buffer State

步驟：

Buffer 處於 FREE 狀態，表示 BufferQueue 持有 Buffer ， Producer 使用 dequeueBuffer 來取得 Buffer ，狀態被更改為 DEQUEUED 。
Producer 寫入數據再使用 queueBuffer 將 Buffer 放入 BufferQueue ，此時 Buffer 狀態為 QUEUED 。
Consumer 使用 acquireBuffer 取得 Buffer ，此時 Buffer 狀態為 ACQUIRED ，表示 Consumer 正在使用數據中。
Consumer 使用 releaseBuffer 釋放 Buffer ，此時 Buffer 狀態為 FREE 。

SHARED 狀態下的 Buffer 表示可以是 FREE 以外的任意狀態的組合，可以被 Producer 或 Consumer 使用。同時也可以被 dequeued, queued, acquired 一次或多次。

Buffer State 的原始碼變數解讀

Buffer 的狀態維護被寫在 BufferSlot.h 中，可以參考 BufferSlot.h.其中， state 的狀態由 mShared, mDequeueCount, mQueueCount, mAcquireCount 來決定。

uint32_t mDequeueCount;
uint32_t mQueueCount;
uint32_t mAcquireCount;
bool mShared;

並且，其判斷方式如下（摘自 BufferSlot.h）

	mShared	mDequeueCount	mQueueCount	mAcquireCount
FREE	false	0	0	0
DEQUEUED	false	1	0	0
QUEUED	false	0	1	0
ACQUIRED	false	0	0	1
SHARED	true	any	any	any

在 BufferQueueCore.h 中，定義了以下變數與操作。我們將挑選重要的幾個解讀。

變數：

型別	變數	描述
Fifo	mQueue	用來儲存 Buffer 的 FIFO 隊列
BufferQueueDefs::SlotsType	mSlots	用來儲存 Buffer 的 Slot
std::set<int>	mFreeSlots	狀態為 FREE 的 Slot 集合（沒有與 Buffer 綁定的 Slots ）
std::list<int>	mFreeBuffers	狀態為 FREE 的 Slot 集合（有與 Buffer 綁定的 Slots ）
std::list<int>	mUnusedSlots	所有沒用到的 Slots
std::set<int>	mActiveBuffers	所有不是 FREE 狀態的 Slots

Buffer v.s. Slot
Buffer 是指圖像數據的內存區域，Slot 是指 Buffer 在 BufferQueue 中的索引。所以說 Buffer 是實際拿來儲存數據的 block ，而 Slot 是以個索引，指向一定數量的 Buffer 。

Fifo 其實就是一個 BufferItem 的一維陣列：typedef Vector<BufferItem> Fifo

Buffer State 的原始碼函數解讀

Producer - BufferQueueProducer.h

dequeueBuffer():
先從 mFreeBuffers 中取得一個 Slot ，將其狀態修改為 DEQUEUED ，再將其放入 mActiveBuffers 中。如果 mFreeBuffers 是空的，會從 mFreeSlots 取得一個 Slot 並指定一定大小的 Buffer 給他。
queueBuffer():
根據輸入，將指定的 Slot 狀態從 DEQUEUED 改成 QUEUED ，並根據內容生成一個 BufferItem 放入 mQueue 中。

Consumer - BufferQueueConsumer.h

acquireBuffer():
從 mQueue 中取得一個 BufferItem ，並將對應的 Slot 狀態從 QUEUED 改成 ACQUIRED ，再將其放入 mActiveBuffers 中。
releaseBuffer():
根據輸入，將指定的 Slot 狀態從 ACQUIRED 改成 FREE ，並將其從 mActiveBuffers 放回 mFreeBuffers 中。

Fence 介紹

什麼是 Fence ？首先，我們先回顧 BufferQueue 的流程。

BufferQueue

在這裡， Producer 在生產完進入 BufferQueue 後， Consumer 會再向 BufferQueue 提取資料。這些流程在同一執行緒下一次進行是沒有問題的。但是實際運作時，有些繪製是在不同執行緒執行的 e.g. 當繪製圖形時需要 GPU 運算。

如果只需要 CPU 運算，此時 Fence 則不會列入考慮。

Fence 的兩大函數

acquireFence()
releaseFence()

acquireFence():
在繪製時，所有的 Buffer 都會帶上一個 Fence ，當 Producer 繪製完後，會將 Fence 連同 Buffer 交給 BufferQueue 。當 Producer 繪製完並 queueBuffer 後，會呼叫 onFrameAvailable 告知 Consumer 有新的 Buffer 可以使用。但此時 Consumer 並不會直接使用，而是等待一個由 GPU 發出的 acquireFence 告訴 Consumer 已經可以使用手上的 Buffer 。
releaseFence():
同理，當 Consumer 使用完 Buffer 後，會呼叫 releaseBuffer 並帶上一個 Fence ，當 Producer 使用 dequeueBuffer 取得 Buffer 時，會等待 releaseFence 。相對 onFrameAvailable ，在 releaseBuffer 之前，會先呼叫 onFrameCommitted ，這個 callback function 會同步其他後處理工作（ post-processing ）。

Fence 小結與後續：

以上的 Fence 都是用相對簡單的概念描述，實際上在運作時還會牽扯到是否是 Overlay 層等等問題。如果還有機會將會在另一篇中詳細介紹。

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BufferQueue 和 Fence 的基礎知識介紹