Bitmap全面解析

1. dp dip dpi px

• dp = dip：Android 为了适配不同的设备弄出来的单位 1dp = dpi（像素密度） / 160
• dpi(dots per inch)：像素密度 = px / 英寸
• px：像素

他们之间的换算：屏幕的总 dp = px / (dpi/160)

2. Bitmap 大小计算 看源码

以下是 java 层的源码

类:`BitmapFactory`.`decodeResource`(Resources res, int id)

-> 类:`BitmapFactory`.decodeResource(Resources res, int id, Options opts)

-> 类:`BitmapFactory`.decodeResourceStream(@Nullable Resources res, @Nullable TypedValue value,
            @Nullable InputStream is, @Nullable Rect pad, @Nullable Options opts){
                        if (opts == null) {
                            opts = new Options();
                        }
                
                        if (opts.inDensity == 0 && value != null) {
                            final int density = value.density;
                            if (density == TypedValue.DENSITY_DEFAULT) {
                                opts.inDensity = DisplayMetrics.DENSITY_DEFAULT;  // 根据放到哪个文件夹决定 density 的大小
                            } else if (density != TypedValue.DENSITY_NONE) {
                                opts.inDensity = density;
                            }
                        }
                        // 获取当前手机设备的 dpi 
                        if (opts.inTargetDensity == 0 && res != null) {
                            opts.inTargetDensity = res.getDisplayMetrics().densityDpi;
                        }
            }

-> 类:`BitmapFactory`.decodeStream(@Nullable InputStream is, @Nullable Rect outPadding,
            @Nullable Options opts)
            
-> 类:`BitmapFactory`.decodeStreamInternal(@NonNull InputStream is,
            @Nullable Rect outPadding, @Nullable Options opts)
            
   // 调用 native 层的方法解析图片
-> 类:`BitmapFactory`.nativeDecodeStream(InputStream is, byte[] storage,
            Rect padding, Options opts, long inBitmapHandle, long colorSpaceHandle)

            
private static native Bitmap nativeDecodeStream(InputStream is, byte[] storage,
            Rect padding, Options opts, long inBitmapHandle, long colorSpaceHandle);

opts.inDensity = DisplayMetrics.DENSITY_DEFAULT; // 根据放到哪个文件夹决定 density 的大小 - mdpi = 160 - hdpi = 240 - xhdpi = 320 - xxhdpi = 480 - xxxhdpi = 640

以下是 native 层的源码

类 `BitmapFactory.cpp`.nativeDecodeStream(JNIEnv* env, jobject clazz, jobject is, jbyteArray storage,
        jobject padding, jobject options, jlong inBitmapHandle, jlong colorSpaceHandle)

-> 类 `BitmapFactory.cpp`.doDecode(JNIEnv* env, std::unique_ptr<SkStreamRewindable> stream,
                        jobject padding, jobject options, jlong inBitmapHandle,
                        jlong colorSpaceHandle)
                        
// 分析下这个方法

static jobject doDecode(JNIEnv* env, std::unique_ptr<SkStreamRewindable> stream,
                        jobject padding, jobject options, jlong inBitmapHandle,
                        jlong colorSpaceHandle) {
    // Set default values for the options parameters.
    int sampleSize = 1;    // option里面要大小设置的参数，代表压缩几倍  BitmapFactory.Options. `inSampleSize`
    bool onlyDecodeSize = false;  // 是否只获取图片的大小 BitmapFactory.Options. `inJustDecodeBounds` 
    SkColorType prefColorType = kN32_SkColorType; 
    bool isHardware = false; // 是否硬件加速
    bool isMutable = false; // 是否可以复用
    float scale = 1.0f;  // 缩放
    bool requireUnpremultiplied = false;
    jobject javaBitmap = NULL;
    sk_sp<SkColorSpace> prefColorSpace = GraphicsJNI::getNativeColorSpace(colorSpaceHandle);
    
    // 获取 Options 里面的属性
    if (options != NULL) {
        sampleSize = env->GetIntField(options, gOptions_sampleSizeFieldID);
        // Correct a non-positive sampleSize.  sampleSize defaults to zero within the
        // options object, which is strange.
        if (sampleSize <= 0) {
            sampleSize = 1;
        }

        if (env->GetBooleanField(options, gOptions_justBoundsFieldID)) {
            onlyDecodeSize = true;
        }

        // initialize these, in case we fail later on
        env->SetIntField(options, gOptions_widthFieldID, -1);
        env->SetIntField(options, gOptions_heightFieldID, -1);
        env->SetObjectField(options, gOptions_mimeFieldID, 0);
        env->SetObjectField(options, gOptions_outConfigFieldID, 0);
        env->SetObjectField(options, gOptions_outColorSpaceFieldID, 0);

        jobject jconfig = env->GetObjectField(options, gOptions_configFieldID);
        prefColorType = GraphicsJNI::getNativeBitmapColorType(env, jconfig);
        isHardware = GraphicsJNI::isHardwareConfig(env, jconfig);
        isMutable = env->GetBooleanField(options, gOptions_mutableFieldID);
        requireUnpremultiplied = !env->GetBooleanField(options, gOptions_premultipliedFieldID);
        javaBitmap = env->GetObjectField(options, gOptions_bitmapFieldID);

        if (env->GetBooleanField(options, gOptions_scaledField  ID)) {
            const int density = env->GetIntField(options, gOptions_densityFieldID);
            const int targetDensity = env->GetIntField(options, gOptions_targetDensityFieldID);
            const int screenDensity = env->GetIntField(options, gOptions_screenDensityFieldID);
            if (density != 0 && targetDensity != 0 && density != screenDensity) {
                // 获取 scale 图片存放的文件夹不一样 scale 的值就不一样
                scale = (float) targetDensity / density;   // scale = 420/480 = 0.875
            }
        }
    }
    
    SkISize size = codec->getSampledDimensions(sampleSize);
    int scaledWidth = size.width();  // 864
    int scaledHeight = size.height(); // 582
    bool willScale = false;
    
    // Apply a fine scaling step if necessary. 如果 sampleSize != 1 的话就会进入到这个方法中 进行尺寸压缩
    if (needsFineScale(codec->getInfo().dimensions(), size, sampleSize)) {
        willScale = true;
        scaledWidth = codec->getInfo().width() / sampleSize;
        scaledHeight = codec->getInfo().height() / sampleSize;
    }

    
    // Scale is necessary due to density differences.  scale = 420/480 = 0.875
    if (scale != 1.0f) { // 0.833333  
        willScale = true;
        // 0.5f 是很重要的
        scaledWidth = static_cast<int>(scaledWidth * scale + 0.5f); // 756
        scaledHeight = static_cast<int>(scaledHeight * scale + 0.5f); // 509 
    }
    
    ...

}

3. Bitmap 的内存开辟

内存申请因为版本不同而有所区别：

Bitmap 的内存申请不同版本间有些许差异，在 3.0-7.0 的 bitmap 像素内存都是存放在 Java heap 中的，而 8.0 以后则是放在 Native heap 中的

看下面代码

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
    setContentView(R.layout.activity_main);

    logMemory();

    Bitmap bitmap = Bitmap.createBitmap(1024, 1024 * 500, Bitmap.Config.ARGB_8888);

    logMemory();
}

private void logMemory() {
    ActivityManager activityManager = (ActivityManager) getSystemService(Context.ACTIVITY_SERVICE);
    ActivityManager.MemoryInfo memoryInfo = new ActivityManager.MemoryInfo();
    activityManager.getMemoryInfo(memoryInfo);
    Log.e("TAG", "AvailMem :" + memoryInfo.availMem / 1024 / 1024);
    Log.e("TAG", "lowMemory：" + memoryInfo.lowMemory);
    Log.e("TAG", "NativeHeapAllocatedSize :" + Debug.getNativeHeapAllocatedSize() / 1024 / 1024);
}

上面我们创建了一张 2G 大小的 bitmap 我们在 8.0 以下的版本运行是会 OOM 的，而我们在 8.0 以上的版本运行是完全没问题，但 Native 内存多了 2G 的内存。

E/TAG: AvailMem :1654
E/TAG: lowMemory：false
E/TAG: NativeHeapAllocatedSize :4

E/TAG: AvailMem :1656
E/TAG: lowMemory：false
E/TAG: NativeHeapAllocatedSize :2052

通过之前的源码分析可知 bitmap 的内存创建都是通过 tryAllocPixels 方法来申请的

8.0 以上像素内存在 Native 内存中

auto wrapper = alloc(size, info, rowBytes, ctable);

看一下源码（8.0以上）：

类 `BitmapFactory.cpp`.doDecode(JNIEnv* env, std::unique_ptr<SkStreamRewindable> stream,
                        jobject padding, jobject options, jlong inBitmapHandle,
                        jlong colorSpaceHandle)

static jobject doDecode(JNIEnv* env, std::unique_ptr<SkStreamRewindable> stream,
                        jobject padding, jobject options, jlong inBitmapHandle,
                        jlong colorSpaceHandle) {
    
    // 原图
    SkBitmap decodingBitmap;
    if (!decodingBitmap.setInfo(bitmapInfo) ||
            !decodingBitmap.tryAllocPixels(decodeAllocator)) { // tryAllocPixels 原图加载在了 native 层
        // SkAndroidCodec should recommend a valid SkImageInfo, so setInfo()
        // should only only fail if the calculated value for rowBytes is too
        // large.
        // tryAllocPixels() can fail due to OOM on the Java heap, OOM on the
        // native heap, or the recycled javaBitmap being too small to reuse.
        return nullptr;
    }

    // Use SkAndroidCodec to perform the decode.
    SkAndroidCodec::AndroidOptions codecOptions;
    codecOptions.fZeroInitialized = decodeAllocator == &defaultAllocator ?
            SkCodec::kYes_ZeroInitialized : SkCodec::kNo_ZeroInitialized;
    codecOptions.fSampleSize = sampleSize;
    SkCodec::Result result = codec->getAndroidPixels(decodeInfo, decodingBitmap.getPixels(),
            decodingBitmap.rowBytes(), &codecOptions);
    switch (result) {
        case SkCodec::kSuccess:
        case SkCodec::kIncompleteInput:
            break;
        default:
            return nullObjectReturn("codec->getAndroidPixels() failed.");
    }
    
    ...
    
    // 返回的图片
    SkBitmap outputBitmap;
    if (willScale) { // 如果有压缩
        // Set the allocator for the outputBitmap.
        SkBitmap::Allocator* outputAllocator;
        if (javaBitmap != nullptr) {
            outputAllocator = &recyclingAllocator;
        } else {
            outputAllocator = &defaultAllocator;
        }

        SkColorType scaledColorType = decodingBitmap.colorType();
        // FIXME: If the alphaType is kUnpremul and the image has alpha, the
        // colors may not be correct, since Skia does not yet support drawing
        // to/from unpremultiplied bitmaps.
        outputBitmap.setInfo(
                bitmapInfo.makeWH(scaledWidth, scaledHeight).makeColorType(scaledColorType));
        if (!outputBitmap.tryAllocPixels(outputAllocator)) { // 输出的图片加载在 navtive 层
            // This should only fail on OOM.  The recyclingAllocator should have
            // enough memory since we check this before decoding using the
            // scaleCheckingAllocator.
            return nullObjectReturn("allocation failed for scaled bitmap");
        }

        SkPaint paint;
        // kSrc_Mode instructs us to overwrite the uninitialized pixels in
        // outputBitmap.  Otherwise we would blend by default, which is not
        // what we want.
        paint.setBlendMode(SkBlendMode::kSrc);
        paint.setFilterQuality(kLow_SkFilterQuality); // bilinear filtering

        SkCanvas canvas(outputBitmap, SkCanvas::ColorBehavior::kLegacy);
        canvas.scale(scaleX, scaleY);
        canvas.drawBitmap(decodingBitmap, 0.0f, 0.0f, &paint);
    } else {
        outputBitmap.swap(decodingBitmap); // 否则返回原图的复制对象，也是 native 层
    }
       
}

4. Bitmap 内存的回收

4.1 recycle 方法

如果是 8.0 我们手动调用 recycle 方法，数据是会立即释放的，因为像素数据本身就是在 Native 层开辟的。但如果是在 8.0 以下，就算我们手动调用 recycle 方法，数据也是不会立即释放的，
而是 DeleteWeakGlobalRef 交由 Java GC 来回收。建议大家翻译一下 recycle 方法注释。注意：以上的所说的释放数据仅代表释放像素数据，并未释放 Native 层的 Bitmap 对象。

4.2 不手动调用 recycle 方法时Native 层的 Bitmap 是怎么回收

• Android M（6.0） 版本及以前的版本, Bitmap 的内存回收主要是通过 BitmapFinalizer 来完成的(类似于 GC 时 Object 的finalize()方法)
• Android M（6.0） 以上版本 虽然没有了 BitmapFinalizer 类,但在 new Bitmap 时会注册 native 的 Finalizer 方法

总结：其实无论是 Android M 前还是之后，释放 Native 层的 Bitmap 对象的思想都是去监听 Java 层的 Bitmap 是否被释放，一旦当 Java 层的 Bitmap 对象被释放则立即去释放 Native 层的 Bitmap 。只不过 Android M 前是基于 Java 的 GC 机制，而 Android M 后是注册 native 的 Finalizer 方法。

5.Bitmap 的内存复用

内存复用好处：防止反复的去开辟和释放内存，内存抖动 -> GC -> 卡顿

Bitmap 绝对是我们 Android 开发中最容易引起 OOM 的对象之一，因为其占用的像素数据内存比较大，而加载图片又是很常见的操作。如果不断反复的去开辟和销毁 Bitmap 数据内存，势必可能会引起应用的内存抖动，因此 Google 的开发者也为我们想了一些办法，那就是允许 Bitmap 内存复用，具体如下：

• 被复用的 Bitmap 必须为 Mutable（通过 BitmapFactory.Options 设置），然后 options.inBitmap = bitmap1，设置 inBitmap复用的Bitmap是谁
• 4.4 之前，将要解码的图像（无论是资源还是流）必须是 jpeg 或 png 格式且和被复用的 Bitmap 大小一样，其中BitmapFactory.Options#inSampleSize 字段必须设置为 1，要求比较严苛
• 4.4 以后，将要解码的图像的内存需要小于等于要复用的 Bitmap 的内存

// 不复用的写法，消耗内存 32 M
logMemory();
Bitmap bitmap1 = BitmapFactory.decodeResource(getResources(), R.drawable.test2);
Bitmap bitmap2 = BitmapFactory.decodeResource(getResources(), R.drawable.test2);
logMemory();
// 复用的写法，消耗内存 16 M
logMemory();
BitmapFactory.Options options = new BitmapFactory.Options();
options.inMutable = true;
Bitmap bitmap1 = BitmapFactory.decodeResource(getResources(), R.drawable.test2, options);
options.inBitmap = bitmap1;
Bitmap bitmap2 = BitmapFactory.decodeResource(getResources(), R.drawable.test2, options);
logMemory();

6. xh，xxh，xxxh 放哪个文件夹更高效

• 放当前主流的 xxh , native 源码中只会开辟一次内存

7.Bitmap 的内存优化与适配

做效果的时候，最好按比例去计算

8.线上 OOM 的 dump 收集

首先 OOM 是可以 try catch 的,但是一般不这么做。
可以在 崩溃日志收集那儿 之前进行 dump 内存，怎么 dump 内存 可以参考 leakCanny