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# Chromium硬件加速合成(hardware accelerated compositing)
## 概述
在介紹硬件加速合成之前，讓我們先大概了解一下基本的做法是如何渲染生成網(wǎng)頁內(nèi)容的。
一個(gè)網(wǎng)頁通常可以包含很多層，這個(gè)我們?cè)赪ebKit渲染基礎(chǔ)中講過，例如有透明效果的節(jié)點(diǎn)， Canvas節(jié)點(diǎn)等，這些節(jié)點(diǎn)都可以是頁面中的一層，這些層的內(nèi)容最后組成一個(gè)可視化的網(wǎng)頁內(nèi)容，如下圖所示。
在沒有硬件加速的情況下，瀏覽器通常是依賴于CPU來渲染生成網(wǎng)頁的內(nèi)容，大致的做法是遍歷這些層，然后按照順序把這些層的內(nèi)容依次繪制在一個(gè)內(nèi)部存儲(chǔ)空間上（例如bitmap），最后把這個(gè)內(nèi)部表示顯示出來，這種做法就是軟件渲染（software rendering），我們會(huì)有專門針對(duì)它的介紹。
隨著GPU硬件能力的增強(qiáng)，包括在很多小型設(shè)備上也是如此，瀏覽器可以借助于其處理圖形方面的性能來對(duì)渲染實(shí)現(xiàn)加速，本章要介紹的就是利用GPU來實(shí)現(xiàn)對(duì)頁面分層渲染并加速合成網(wǎng)頁的可視化結(jié)果。
前面我們已經(jīng)介紹了WebKit中對(duì)于渲染所做的一些基礎(chǔ)設(shè)施，包括Render樹和RenderLayer樹，對(duì)于每一個(gè)RenderLayer，我們可以為其單獨(dú)創(chuàng)建一塊內(nèi)部存儲(chǔ)（有些情況下可以為多個(gè)layer創(chuàng)建同一塊存儲(chǔ)），這些存儲(chǔ)會(huì)被用來保存該層中的內(nèi)容，瀏覽器最后會(huì)把這些所有的層通過GPU合成起來，形成最終網(wǎng)頁渲染的內(nèi)容，這就是硬件加速合成。
本節(jié)主要介紹WebKit中為硬件加速所做的另外一些基礎(chǔ)設(shè)施，接著是chromium中為硬件加速合成所做的支持，最后介紹chromium中最新的合成器：chromium compositor(cc)。
## WebKit 的支持
在建立DOM樹后，如前面所述， WebKit會(huì)創(chuàng)建相應(yīng)的Render樹和RenderLayer樹。如果啟用“加速合成(accelerated_compositing)”選項(xiàng)，WebKit會(huì)做一些特別的處理。
它為每個(gè)RenderLayer創(chuàng)建一個(gè)RenderLayerBacking，這個(gè)類非常的有用，它是用來管理和控制RenderLayer的合成相關(guān)的事情，決定對(duì)該層是否做優(yōu)化，同時(shí)包含了很多GraphicsLayer的對(duì)象。GraphicsLayer類是一種抽象，用于表示有后端存儲(chǔ)（backing store）的渲染surface，同時(shí)，也包括作用于之上的各種變換（transformation）和動(dòng)畫（animation）。 RenderLayerBacking類中包含的這些GraphicsLayer有內(nèi)容層，可能還有前景層(Foreground)，剪切層（clipping）等。下圖中的WebKit部分是WebKit中為渲染和硬件加速所涉及的類，在此一一介紹。
RenderLayerCompositor: WebKit中渲染部分‘掌控大局’的類， 管理RenderLayer樹結(jié)構(gòu)，它通過瀏覽器的設(shè)置來決定是否創(chuàng)建RenderLayer以及是否硬件加速合成，同時(shí)也決定是否為RenderLayer創(chuàng)建RenderLayerBacking
RenderLayerBacking:用來管理和控制相對(duì)應(yīng)的RenderLayer的合成行為，包含很多GraphicsLayer對(duì)象，這些對(duì)象用于表示層內(nèi)容，前景（foreground）內(nèi)容等等
GraphicsLayer: 用于表示有后端存儲(chǔ)（backingstore）的渲染surface及其相應(yīng)的變換等，該類是一個(gè)抽象類，不同平臺(tái)的移植有不同的實(shí)現(xiàn)
## Chromium的支持
WebKit提供了基礎(chǔ)設(shè)施， 但要實(shí)現(xiàn)硬件加速合成，各個(gè)移植還有很多事要做，chromium也是如此，見上圖中的Chromium部分。
大致地，可以把Chromium中的關(guān)于硬件加速合成部分分成兩塊，第一塊是對(duì)WebKit接口的具體實(shí)現(xiàn)，第二塊是Chromium合成的管理和實(shí)現(xiàn)部分。
第一塊包括上圖中Chromium部分的兩個(gè)類GraphicsLayerChromium和LayerChromium：
GraphicsLayerChromium：繼承自GraphicsLayer，實(shí)現(xiàn)了GraphicsLayer的虛函數(shù)接口，提供了chromium自已的移植。
LayerChromium:Chromium中的PlatformLayer類，具體的就是chromium的實(shí)際的被合成層的基類，被GraphicsLayerChromium所創(chuàng)建。LayerChromium有多個(gè)子類，例如對(duì)WebGL和video支持的WebGLLayerChromium，VideoLayerChromium類
第二塊則是Chromium部分的CC開頭的類和LayerRenderChromium：
LayerRendererChromium:一個(gè)很重要的類，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)合成功能，利用GL來繪制被合成的各個(gè)CCLayerImpl層
CCLayerImpl:該類主要是負(fù)責(zé)一個(gè)層的繪制（drawing）工作，由LayerChromium創(chuàng)建，同樣構(gòu)成一個(gè)樹型結(jié)構(gòu)，被CCLayerTreeHostImpl來管理。每個(gè)對(duì)象可以有自己的渲染surface對(duì)象，也可以使用其祖先的，這取決于具體的策略。
CCRenderSurface:渲染的surface類，被CCLayerImpl所創(chuàng)建和使用，有自己的存儲(chǔ)后端
CCLayerTreeHost: 一個(gè)CCLayerImpl樹的客戶端類，用于響應(yīng)Chromium的合成請(qǐng)求后，處理LayerChromium準(zhǔn)備工作，并把請(qǐng)求最后傳遞給CCProxy，由其轉(zhuǎn)發(fā)給具體的實(shí)現(xiàn)者，該類被主線程所調(diào)用
CCProxy：一個(gè)代理抽象類，用于將主線程的合成操作橋接到具體的合成器實(shí)現(xiàn)，合成器的線程可能并非主線程。
CCSingleThreadProxy:CCProxy的子類，該類表明合成任務(wù)沒有在單獨(dú)的線程中執(zhí)行，該類將客戶端的請(qǐng)求發(fā)送到合成的具體類CCLayerTreeHostImpl，并響應(yīng)合成器調(diào)用客戶端的回調(diào)函數(shù)
CCThreadProxy：CCProxy的子類，將合成任務(wù)放在單獨(dú)的新線程中執(zhí)行， 目前沒有被使用
CCLayerTreeHostImpl:該類主要管理CCLayerImpl樹及相應(yīng)的狀態(tài)，接受來自CCProxy的請(qǐng)求，將實(shí)際的合成任務(wù)交給LayerRendererChromium來處理
在早期的版本中，Chromium中對(duì)合成的支持主要就是LayerRenderChromium，該類負(fù)責(zé)處理所有關(guān)于合成方面的工作。后來， Chromium新引入了CC（chromium compositor）的設(shè)計(jì)。
## Chromium Compositor
為了把合成這一功能獨(dú)立出來，chromium設(shè)計(jì)了一套新的合成架構(gòu)chromium compositor（后面簡(jiǎn)稱CC）。
Chromium定義了自己的層（CCLayerImpl）和層的后端存儲(chǔ)方式（CCRenderSurface），所以它的合成任務(wù)是基于它們來完成。從架構(gòu)上來講，新的CC設(shè)計(jì)了一套更加靈活的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)合成：合成的任務(wù)可以放在獨(dú)立的線程中來做，而不僅僅是當(dāng)前線程，該機(jī)制的好處是合成不會(huì)阻礙當(dāng)前線程的響應(yīng)，比較靈活。
結(jié)合上面的類圖，我們來理解一下其內(nèi)部的機(jī)制。簡(jiǎn)單來講，可以把合成分成調(diào)用端和實(shí)現(xiàn)端。調(diào)用段由CCLayerTreeHost來提供相應(yīng)的接口，被render的主線程調(diào)用，當(dāng)需要合成時(shí)，就會(huì)調(diào)用CCLayerTreeHost::composite來完成， 這里它可以被看成調(diào)用端。但是實(shí)際的實(shí)現(xiàn)者卻不是該類，而是CCLayerTreeHostImpl（和LayerRenderChromium），它們是實(shí)現(xiàn)端。它們這兩端如何連接起來呢？答案是CCProxy，它提供了一組抽象的接口，而它的子類（CCSingleThreadProxy和CCThreadProxy）來決定具體的實(shí)現(xiàn)，它們可以讓合成在調(diào)用端的線程來完成，也可以創(chuàng)建一個(gè)獨(dú)立的線程來完成。目前，在Renderer進(jìn)程中的合成是在主線程中來完成的。
假以時(shí)日，我們有理由相信， chromium compositor應(yīng)該會(huì)被抽取出來，形成一個(gè)獨(dú)立的庫（2012-11-12更新：該部分已經(jīng)成為一個(gè)獨(dú)立的庫），這樣它會(huì)被同時(shí)用在網(wǎng)頁的合成和chromium主界面的合成，借助于靈活的架構(gòu)，合成的工作也不會(huì)影響正常的主界面對(duì)用戶的響應(yīng)。
## GPU硬件加速合成過程
在了解這些基礎(chǔ)模塊類之后，下面讓我們來看看合成是如何來完成的。下圖給出的是一個(gè)完整的Renderer進(jìn)程的合成過程。
來解釋一下這個(gè)過程。Browser進(jìn)程或者頁面發(fā)起一個(gè)失效（Invalidate）的請(qǐng)求后，Renderer進(jìn)程會(huì)調(diào)度一個(gè)任務(wù)來更新相關(guān)區(qū)域。當(dāng)該任務(wù)被調(diào)度執(zhí)行時(shí)，如果硬件加速合成被打開后，Renderer進(jìn)程便開始執(zhí)行對(duì)網(wǎng)頁的合成。
合成任務(wù)由CC來管理和執(zhí)行的。首先，調(diào)用CCSingleThreadProxy::commitIfNeeded，它主要做兩件事，第一件，CCLayerTreeHost::updateLayers為合成做更新LayerChromium的準(zhǔn)備工作，包括創(chuàng)建RenderSurface，設(shè)置繪制的區(qū)域，計(jì)算和設(shè)置需要更新的層。第二件，如果CCLayerImpl樹來沒有建立的話，那么就根據(jù)LayerChromium樹來建立它。
再次，就是來繪制并合成相關(guān)的層，CCLayerTreeHostImpl::drawLayers基于CCLayerImpl樹做繪制工作，把需要的繪制的所有層以此重新繪制并合成，該任務(wù)由LayerRenderChromium類負(fù)責(zé)處理完成（調(diào)用GPU Process來完成GL的繪制）。
最后，調(diào)用swapbuffers把命令發(fā)給GPU進(jìn)程用來交換前后端buffer，完成了頁面的顯示。
## 源文件目錄
third_party/WebKit/Source/WebCore/platform/graphics/chromium/
與硬件加速相關(guān)的chromium移植的相關(guān)類
third_party/WebKit/Source/WebCore/platform/graphics/chromium/cc
Chromium新的合成器CC，包含所有CC的基礎(chǔ)和管理類
cc/
最新的CC部分的相關(guān)代碼，已經(jīng)成為一個(gè)新的獨(dú)立的庫
## 參考文獻(xiàn)
1. http://www.chromium.org/developers/design-documents/aura/graphics-architecture
2. http://www.chromium.org/developers/design-documents/gpu-accelerated-compositing-in-chrome
3. http://www.chromium.org/developers/design-documents/rendering-architecture-diagrams
By yongsheng@chromium.org
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