Android Bitmap面面觀分析總結

開通贊賞後的第一篇文章，仍然由大家熟悉的馮建同學投稿，他的這幾篇文章可以說風格類似，都是某一個專題的詳細整理，這次輪到Bitmap了。點擊這裡可以快速訪問他的上一篇投稿： 你應該知道的那些Android小經驗

在日常開發中，可以說和Bitmap低頭不見抬頭見，基本上每個應用都會直接或間接的用到，而這裡面又涉及到大量的相關知識。
所以這裡把Bitmap的常用知識做個梳理，限於經驗和能力，不做太深入的分析。

區別decodeResource()和decodeFile()

這裡的區別不是指方法名和參數的區別，而是對於解碼後圖片尺寸在處理上的區別：

decodeFile()用於讀取SD卡上的圖，得到的是圖片的原始尺寸
decodeResource()用於讀取Res、Raw等資源，得到的是圖片的原始尺寸 * 縮放系數

可以看的出來，decodeResource()比decodeFile()多了一個縮放系數，縮放系數的計算依賴於屏幕密度，當然這個參數也是可以調整的：

// 通過BitmapFactory.Options的這幾個參數可以調整縮放系數
public class BitmapFactory {
public static class Options {
// 默認true
public boolean inScaled;
// 無dpi的文件夾下默認160
public int inDensity;
// 取決具體屏幕
public int inTargetDensity;
}
}
我們分具體情況來看，現在有一張720x720的圖片:

inScaled屬性

如果inScaled設置為false，則不進行縮放，解碼後圖片大小為720x720; 否則請往下看。

如果inScaled設置為true或者不設置，則根據inDensity和inTargetDensity計算縮放系數。

默認情況

把這張圖片放到drawable目錄下, 默認：

以720p的紅米3為例子，縮放系數 = inTargetDensity(具體320 / inDensity（默認160）= 2 = density，解碼後圖片大小為1440x1440。

以1080p的MX4為例子，縮放系數 = inTargetDensity(具體480 / inDensity（默認160）= 3 = density, 解碼後圖片大小為2160x2160。

*dpi文件夾的影響

把圖片放到drawable或者draw這樣不帶dpi的文件夾，會按照上面的算法計算。

如果放到xhdpi會怎樣呢？ 在MX4上，放到xhdpi，解碼後圖片大小為1080 x 1080。

因為放到有dpi的文件夾，會影響到inDensity的默認值，放到xhdpi為160 x 2 = 320; 所以縮放系數 = 480（屏幕） / 320 （xhdpi） = 1.5; 所以得到的圖片大小為1080 x 1080。

手動設置縮放系數

如果你不想依賴於這個系統本身的density，你可以手動設置inDensity和inTargetDensity來控制縮放系數：

BitmapFactory.Options options =
new BitmapFactory.Options();
options.inJustDecodeBounds = false;
options.inSampleSize = 1;
options.inDensity = 160;
options.inTargetDensity = 160;
bitmap = BitmapFactory.decodeResource(getResources(), R.drawable.origin, options);

// MX4上，雖然density = 3
// 但是通過設置inTargetDensity / inDensity = 160 / 160 = 1
// 解碼後圖片大小為720x720
System.out.println(“w:” + bitmap.getWidth() + “, h:” + bitmap.getHeight());
2. recycle()方法

官方說法

首先，Android對Bitmap內存(像素數據)的分配區域在不同版本上是有區分的：

As of Android 3.0 (API level 11), the pixel data is stored on the Dalvik heap along with the associated bitmap.

從3.0開始，Bitmap像素數據和Bitmap對象一起存放在Dalvik堆中，而在3.0之前，Bitmap像素數據存放在Native內存中。

所以，在3.0之前，Bitmap像素數據在Nativie內存的釋放是不確定的，容易內存溢出而Crash，官方強烈建議調用recycle()（當然是在確定不需要的時候）；而在3.0之後，則無此要求。

一點討論

3.0之後官方無recycle()建議，是不是就真的不需要recycle()了呢？

在醫生的這篇文章：Bitmap.recycle引發的血案最後指出：“在不兼容Android2.3的情況下，別在使用recycle方法來管理Bitmap了，那是GC的事！”。文章開頭指出了原因在於recycle()方法的注釋說明:

/**
* … This is an advanced call, and normally need not be called,
* since the normal GC process will free up this memory when
* there are no more references to this bitmap.
*/
public void recycle() {}
事實上這個說法是不准確的，是不能作為recycle()方法不調用的依據的。

因為從commit history中看，這行注釋早在08年初始化代碼的就有了，但是早期的代碼並沒有因此不需要recycle()方法了。

如果3.0之後真的完全不需要主動recycle()，最新的AOSP源碼應該有相應體現，我查了SystemUI和Gallery2的代碼，並沒有取締Bitmap的recycle()方法。

所以，我個人認為，如果Bitmap真的不用了，recycle一下又有何妨？

PS：至於醫生說的那個bug，顯然是一種優化策略，APP開發中加個兩個bitmap不相等的判斷條件即可。
3. Bitmap到底占多大內存

這個已經有一篇bugly出品的絕好文章講的很清楚：
Android 開發繞不過的坑：你的 Bitmap 究竟占多大內存？
4. inBitmap

BitmapFactory.Options.inBitmap是Android3.0新增的一個屬性，如果設置了這個屬性則會重用這個Bitmap的內存從而提升性能。

但是這個重用是有條件的，在Android4.4之前只能重用相同大小的Bitmap，Android4.4+則只要比重用Bitmap小即可。

在官方網站有詳細介紹，這裡列舉示例代碼的兩個方法了解一下：

private static void addInBitmapOptions(
BitmapFactory.Options options, ImageCache cache) {
// inBitmap only works with mutable bitmaps,
// so force the decoder to return mutable bitmaps
options.inMutable = true;

if (cache != null) {
    // Try to find a bitmap to use for inBitmap.
    Bitmap inBitmap = cache.getBitmapFromReusableSet(options);

    if (inBitmap != null) {
        // If a suitable bitmap has been found,
        // set it as the value of inBitmap.
        options.inBitmap = inBitmap;
    }
}

}

static boolean canUseForInBitmap(
Bitmap candidate, BitmapFactory.Options targetOptions) {

if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.KITKAT) {
    // From Android 4.4 (KitKat) onward we can re-use
    // if the byte size of the new bitmap is smaller than
    // the reusable bitmap candidate
    // allocation byte count.
    int width = targetOptions.outWidth / targetOptions.inSampleSize;
    int height = targetOptions.outHeight / targetOptions.inSampleSize;
    int byteCount = width * height * getBytesPerPixel(candidate.getConfig());

    return byteCount <= candidate.getAllocationByteCount();
}

// On earlier versions,
// the dimensions must match exactly and the inSampleSize must be 1
return candidate.getWidth() == targetOptions.outWidth
&& candidate.getHeight() == targetOptions.outHeight
&& targetOptions.inSampleSize == 1;

}
Managing Bitmap Memory

anage-memory.htmlBitmap對象的復用
5. LRU緩存算法

LRU，Least Recently Used，Discards the least recently used items first。

在最近使用的數據中，丟棄使用最少的數據。與之相反的還有一個MRU，丟棄使用最多的數據。

這就是著名的局部性原理。

實現思路

1.新數據插入到鏈表頭部；
2.每當緩存命中（即緩存數據被訪問），則將數據移到鏈表頭部；
3.當鏈表滿的時候，將鏈表尾部的數據丟棄。

LruCache

在Android3.1和support v4中均提供了Lru算法的實現類LruCache。

內部使用LinkedHashMap實現。

DiskLruCache

LruCache的所有對象和數據都是在內存中（或者說LinkedHashMap中），而DiskLruCache是磁盤緩存，不過它的實現要稍微復雜一點。

使用DiskLruCache後就不用擔心文件或者圖片太多占用過多磁盤空間，它能把那些不常用的圖片自動清理掉。

DiskLruCache系統中並沒有正式提供，需要另外下載: DiskLruCache
6. 計算inSampleSize

使用Bitmap節省內存最重要的技巧就是加載合適大小的Bitmap，因為以現在相機像素，很多照片都巨無霸的大，這些大圖直接加載到內存，最容易OOM。

加載合適的Bitmap需要先讀取Bitmap的原始大小，按縮小了合適的倍數的大小進行加載。

那麼，這個縮小的倍數的計算就是inSampleSize的計算。

// 根據maxWidth, maxHeight計算最合適的inSampleSize
public static int $sampleSize(BitmapFactory.Options options, int maxWidth, int maxHeight) {

// raw height and width of image
int rawWidth = options.outWidth;
int rawHeight = options.outHeight;

// calculate best sample size
int inSampleSize = 0;

if (rawHeight > maxHeight || rawWidth > maxWidth) {
float ratioWidth = (float) rawWidth / maxWidth;
float ratioHeight = (float) rawHeight / maxHeight;    
inSampleSize = (int) Math.min(ratioHeight, ratioWidth);

}
inSampleSize = Math.max(1, inSampleSize);

return inSampleSize;

}
關於inSampleSize需要注意，它只能是2的次方，否則它會取最接近2的次方的值。

縮略圖

為了節省內存，需要先設置BitmapFactory.Options的inJustDecodeBounds為true，這樣的Bitmap可以借助decodeFile方法把高和寬存放到Bitmap.Options中，但是內存占用為空（不會真正的加載圖片）。

有了具備高寬信息的Options，結合上面的inSampleSize算法算出縮小的倍數，我們就能加載本地大圖的某個合適大小的縮略圖了。

/**
* 獲取縮略圖
* 支持自動旋轉
* 某些型號的手機相機圖片是反的，可以根據exif信息實現自動糾正
* @return
*/
public static Bitmap thumbnail(Stringpath,intmaxWidth,intmaxHeight,booleanautoRotate){
intangle=0;
if(autoRotate){
angle=ImageLess.exifRotateAngle(path);
}

BitmapFactory.Options options = new BitmapFactory.Options();
options.inJustDecodeBounds = true;   
// 獲取這個圖片的寬和高信息到options中, 此時返回bm為空
Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeFile(path, options);
options.inJustDecodeBounds = false;   
// 計算縮放比
int sampleSize = $sampleSize(options, maxWidth, maxHeight);
options.inSampleSize = sampleSize;
options.inPreferredConfig = Bitmap.Config.RGB_565;
options.inPurgeable = true;
options.inInputShareable = true;

if (bitmap != null && !bitmap.isRecycled()) {
    bitmap.recycle();
}

bitmap = BitmapFactory.decodeFile(path, options);
if (autoRotate && angle != 0) {
    bitmap = $rotate(bitmap, angle);
}

return bitmap;

}
系統內置了一個ThumbnailUtils也能生成縮略圖，細節上不一樣但原理是相同的。

Matrix變形

學過線性代數或者圖像處理的同學們一定深知Matrix的強大，很多常見的圖像變換一個Matrix就能搞定，甚至更復雜的也是如此。

// Matrix matrix = new Matrix();
// 每一種變化都包括set，pre，post三種，分別為設置、矩陣先乘、矩陣後乘。
平移：matrix.setTranslate()
縮放：matrix.setScale()
旋轉：matrix.setRotate()
斜切：matrix.setSkew()

下面我舉兩個例子說明一下。

旋轉

借助Matrix的postRotate方法旋轉一定角度。

Matrix matrix = new Matrix();
// angle為旋轉的角度
matrix.postRotate(angle);
Bitmap rotatedBitmap = Bitmap.createBitmap(
originBitmap,
0,
0,
originBitmap.getWidth(),
originBitmap.getHeight(),
matrix,
true);
縮放

借助Matrix的postScale方法旋轉一定角度。

Matrix matrix = new Matrix();
// scaleX，scaleY分別為為水平和垂直方向上縮放的比例
matrix.postScale(scaleX, scaleY);
Bitmap scaledBitmap = Bitmap.createBitmap(
originBitmap,
0,
0,
originBitmap.getWidth(),
originBitmap.getHeight(),
matrix,
true);
Bitmap本身也帶了一個縮放方法，不過是把bitmap縮放到目標大小，原理也是用Matrix，我們封裝一下：

// 水平和寬度縮放到指定大小，注意，這種情況下圖片很容易變形
Bitmap scaledBitmap = Bitmap.createScaledBitmap(
originBitmap,
dstWidth,
dstHeight,
true);
通過組合可以實現更多效果。

裁剪

圖片的裁剪的應用場景還是很多的：頭像剪切，照片裁剪，圓角，圓形等等。

矩形

矩陣形狀的裁剪比較簡單，直接用createBitmap方法即可：

Canvas canvas = new Canvas(originBitmap);
draw(canvas);
// 確定裁剪的位置和裁剪的大小
Bitmap clipBitmap = Bitmap.createBitmap(
originBitmap,
left,
top,
clipWidth,
clipHeight);
圓角

對於圓角我們需要借助Xfermode和PorterDuffXfermode，把圓角矩陣套在原Bitmap上取交集得到圓角Bitmap。

// 准備畫筆
Paint paint = new Paint();
paint.setAntiAlias(true);

// 准備裁剪的矩陣
Rect rect = new Rect(0, 0,
originBitmap.getWidth(),
originBitmap.getHeight());

RectF rectF = new RectF(new Rect(0, 0,
originBitmap.getWidth(),
originBitmap.getHeight()));

Bitmap roundBitmap = Bitmap.createBitmap(
originBitmap.getWidth(),
originBitmap.getHeight(),
Bitmap.Config.ARGB_8888);
Canvas canvas = new Canvas(roundBitmap);

// 圓角矩陣，radius為圓角大小
canvas.drawRoundRect(
rectF, radius, radius, paint);

// 關鍵代碼，關於Xfermode和SRC_IN請自行查閱
paint.setXfermode(
new PorterDuffXfermode(PorterDuff.Mode.SRC_IN));
canvas.drawBitmap(originBitmap, rect, rect, paint);
圓形

和上面的圓角裁剪原理相同，不過畫的是圓形套在上面。
為了從中間裁剪出圓形，我們需要計算繪制原始Bitmap的left和top值。

int min = originBitmap.getWidth() > originBitmap.getHeight() ? originBitmap.getHeight() : originBitmap.getWidth();

Paint paint = new Paint();
paint.setAntiAlias(true);
Bitmap circleBitmap = Bitmap.createBitmap(min, min, Bitmap.Config.ARGB_8888);
Canvas canvas = new Canvas(circleBitmap);

// 圓形
canvas.drawCircle(min / 2, min / 2, min / 2, paint);
paint.setXfermode(
new PorterDuffXfermode(PorterDuff.Mode.SRC_IN));

// 居中顯示
int left = - (originBitmap.getWidth() - min) / 2;
int top = - (originBitmap.getHeight() - min) / 2;
canvas.drawBitmap(originBitmap, left, top, paint);
從圓角、圓形的處理上我們應該能看的出來繪制任意多邊形都是可以的。

保存Bitmap

很多圖片應用都支持裁剪功能，濾鏡功能等等，最終還是需要把處理後的Bitmap保存到本地，不然就是再強大的功能也是白忙活了。

public static String $save(
Bitmap bitmap,
Bitmap.CompressFormat format,
int quality, File destFile) {

try {
    FileOutputStream out = new FileOutputStream(destFile);

    if (bitmap.compress(format, quality, out)) {
        out.flush();
        out.close();
    }

    if (bitmap != null && !bitmap.isRecycled()) {
        bitmap.recycle();
    }

    return destFile.getAbsolutePath(); 
} catch (FileNotFoundException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}
return null;

}
如果想更穩定或者更簡單的保存到SDCard的包名路徑下，可以再封裝一下：

// 保存到本地，默認路徑/mnt/sdcard/[package]/save/，用隨機UUID命名文件
public static String $save(
Bitmap bitmap,
Bitmap.CompressFormat format,
int quality, Context context) {

if (!Environment.getExternalStorageState()
    .equals(Environment.MEDIA_MOUNTED)) {
    return null;
}

File dir = new File(Environment.getExternalStorageDirectory() + "/" + context.getPackageName() + "/save/");

if (!dir.exists()) {
    dir.mkdirs();
}

File destFile = new File(dir, UUID.randomUUID().toString());

return $save(bitmap, format, quality, destFile);

}
11. 巨圖加載

巨圖加載，當然不能使用常規方法，必OOM。
原理比較簡單，系統中有一個類BitmapRegionDecoder：

public static BitmapRegionDecoder newInstance(
byte[] data, int offset,
int length, boolean isShareable) throws IOException {
}
public static BitmapRegionDecoder newInstance(
FileDescriptor fd, boolean isShareable) throws IOException {
}
public static BitmapRegionDecoder newInstance(
InputStream is, boolean isShareable) throws IOException {
}
public static BitmapRegionDecoder newInstance(
String pathName, boolean isShareable) throws IOException {
}
可以按區域加載:

public Bitmap decodeRegion(Rect rect, BitmapFactory.Options options) {
}
微博的大圖浏覽也是通過這個BitmapRegionDecoder實現的，具體可自行查閱。

顏色矩陣ColorMatrix

圖像處理其實是一門很深奧的學科，所幸Android提供了顏色矩陣ColorMatrix類，可實現很多簡單的特效，以灰階效果為例子：

Bitmap grayBitmap = Bitmap.createBitmap(
originBitmap.getWidth(),
originBitmap.getHeight(),
Bitmap.Config.RGB_565);
Canvas canvas = new Canvas(grayBitmap);
Paint paint = new Paint();
ColorMatrix colorMatrix = new ColorMatrix();

// 設置飽和度為0，實現了灰階效果
colorMatrix.setSaturation(0);
ColorMatrixColorFilter colorMatrixColorFilter =
    new ColorMatrixColorFilter(colorMatrix);
paint.setColorFilter(colorMatrixColorFilter);
canvas.drawBitmap(originBitmap, 0, 0, paint);

除了飽和度，我們還能調整對比度，色相變化等等。

ThumbnailUtils剖析

ThumbnailUtils是系統提供的一個專門生成縮略圖的方法，我專門寫了一篇文章分析，內容較多，請移步：理解ThumbnailUtils
理解ThumbnailUtils/
14. 小結

既然與Bitmap經常打交道，那就把它都理清楚弄明白，這是很有必要的。

難免會有遺漏，歡迎留言，我會酌情補充。