OpenGL ES 高级进阶：EGL 及 GL 线程

大家好，这是我的OpenGL ES 高级进阶系列文章，在我的github上有一个与本系列文章对应的项目，欢迎关注，链接：

https://github.com/kenneycode/OpenGLESPro

今天给大家介绍 EGL 和 GL 线程，EGL 是OpenGL ES 开发中很重要的一部分，特别是当想实现一些比较复杂的功能时，就有必要去了解 EGL 。

另外，了解 EGL 也对掌握渲染底层的基础原理很重要，我认为是OpenGL ES开发者迈向一个新台阶必需要掌握的东西，而 GL 线程则是一个与 EGL 环境绑定了的线程，绑定后可以在这个线程中执行GL操作。

EGL 它是个什么东西呢？一句总结就是：EGL 是连接 OpenGL ES 与本地窗口系统的桥梁。

如何理解这句话呢？我们知道OpenGL是跨平台的，但是不同平台上的窗口系统是不一样的，它就需要一个东西帮助OpenGL与本地窗口系统进行对接、管理及执行GL命令等。

这听起来挺底层的，我们为什么需要去了解这个呢？我举几个例子，比如你想把你的GL逻辑多线程化，以提升效率，如果不了解 EGL，直接把GL操作简单地拆分到多个线程中执行，会发现有问题，后文也会提到。

比如，你想用 MediaCodec 做视频编解码，你会发现，也常常需要了解 EGL，特别是当你想在编码前、解码后做 OpenGL 特效处理时。

比如将原视频进行OpenGL ES特效渲染然后编码保存，或者是解码原视频然后进行OpenGL ES特效渲染再显示出来。

编码时需要将要编码的帧渲染到 MediaCodec 给你的一块 surface 上，而这些操作需要有EGL才能做，而解码时是解码到一块你自己指定的 surface 上，此时你也没有一个现成的EGL 环境，如果你想解码出来先用 OpenGL ES 做些特效处理再显示出来，那么这时也需要EGL环境。

为了让大家直接感觉一下EGL所起的作用，我们来试试几段代码，一段是我们很熟悉的GLSurfaceView的Renderer的代码，我们可以在回调中做GL操作，比如这里我们创建一个texture：

glSurfaceView.setRenderer(object : GLSurfaceView.Renderer {

    override fun onDrawFrame(gl: GL10?) {
    }

    override fun onSurfaceChanged(gl: GL10?, width: Int, height: Int) {
    }

    override fun onSurfaceCreated(gl: GL10?, config: EGLConfig?) {

        val textures = IntArray(1)
        GLES30.glGenTextures(textures.size, textures, 0)
        val imageTexture = textures[0]

    }

})

如果你查看这个 texture 的值，会发现它大于 0，也就是创建成功了，另外也可以通过OpenGL ES 的方法 GLES30.glIsTexture(imageTexture) 来判断一个 texture 是不是合法的texture。

如果我们把上述创建texture的操作放到主线程中会怎样？

class MainActivity : AppCompatActivity() {

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)

        val textures = IntArray(1)
        GLES30.glGenTextures(textures.size, textures, 0)
        val imageTexture = textures[0]

    }

}

我们会发现，这时创建出来的 texture是 0，也就是创建失败了，其实不只是创建texture失败，其它GL操作一律会失败。

如果放到一个子线程中呢？

class MainActivity : AppCompatActivity() {

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)

        Thread {

            val textures = IntArray(1)
            GLES30.glGenTextures(textures.size, textures, 0)
            val imageTexture = textures[0]

        }.start()
    }

}

效果是一样的，也会失败，为什么？

原因就是在一个没有 EG L环境的线程中调用了 OpenGL ES API，那如何让一个线程拥有EGL环境？

创建EGL环境，步骤还不少，一共有以下几个步骤：

• 获取显示设备

  eglDisplay = EGL14.eglGetDisplay(EGL14.EGL_DEFAULT_DISPLAY)

  这里获取的是default的显示设备，大多数情况下我们都是获取default，因为大多数情况下设备只有一个屏幕，本文也只讨论这种情况。

• 初始化显示设备
  

  val version = IntArray(2)
  EGL14.eglInitialize(eglDisplay, version, 0, version, 1)
  

  这里初始化完成后，会返回给我们支持的EGL的最大和最小版本号。

• 选择config

  val attribList = intArrayOf(
      EGL14.EGL_RED_SIZE, 
      8, 
      EGL14.EGL_GREEN_SIZE, 
      8, 
      EGL14.EGL_BLUE_SIZE, 
      8, 
      EGL14.EGL_ALPHA_SIZE, 
      8,
      EGL14.EGL_RENDERABLE_TYPE, 
      EGL14.EGL_OPENGL_ES2_BIT or EGLExt.EGL_OPENGL_ES3_BIT_KHR, 
      EGL14.EGL_NONE
  )
  val eglConfig = arrayOfNulls<EGLConfig>(1)
  val numConfigs = IntArray(1)
  EGL14.eglChooseConfig(
      eglDisplay, 
      attribList, 
      0, 
      eglConfig, 
      0, 
      eglConfig.size,
      numConfigs, 
      0
  )
  

  这步操作告诉系统我们期望的 EGL 配置，然后系统返回给我们一个列表，按配置的匹配程度排序，因为系统不一定有我们期望的配置，因此要通过查询让系统返回尽可能接近的配置。

  attribList 是我们期望的配置，我们这里的配置是将 RGBA 颜色深度设置为8位，并将 OpenGL ES版本设置为 2 和 3，表示同时支持 OpenGL 2 和 OpenGL 3，最后以一个EGL14.EGL_NONE作为结束符。

  eglConfig 是返回的尽可能接近我们期望的配置的列表，通常我们取第0个来使用，即最符合我们期望配置。

• 创建EGL Context

  
  

  eglContext = EGL14.eglCreateContext(
      eglDisplay, 
      eglConfig[0], 
      EGL14.EGL_NO_CONTEXT,
      intArrayOf(EGL14.EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, 3, EGL14.EGL_NONE), 
      0
  )
  

  eglDisplay 即是之前创建的显示设备，注意第三个参数，它是指定一个共享的EGL Context，共享后，2 个 EGL Context 可以相互使用对方创建的 texture 等资源，默认情况下是不共享的。

• 创建EGL Surface

  
  

  val surfaceAttribs = intArrayOf(EGL14.EGL_NONE)
  eglSurface = EGL14.eglCreatePbufferSurface(
      eglDisplay, 
      eglConfig[0], 
      surfaceAttribs, 
      0
  )
  

  
  

  EGL Surface是什么东西？可以理解成是一个用于承载显示内容的东西，这里有2种EGL Surface可以选择，一种是window surface，一种是pbuffer surface。

  如果我们创建这个 EGL 环境是为了跟一块Surface绑定，例如希望给 Surface View创建一个 EGL 环境，使用 OpenGL ES 渲染到 Surface View 上，那么就要选择window surface，对应的创建方法为：

        其中 surface就是这个Surface View对应的surface。

       如果我们不需要渲染出来看，那么就可以创建一个 pbuffer surface，它不和 surface 绑定，不需要传 surface 给它，这也称为离屏渲染，本文中将创建pbuffer surface。

eglSurface = EGL14.eglCreatePbufferSurface(eglDisplay, eglConfig[0], surfaceAttribs, 0)


这里提一个细节，现在的 surface 所对应的buffer一般都是双 buffer，以便于一个buffer正在显示的时候，有另一个buffer可用于渲染， 正在显示的buffer称为front buffer，正在渲染的buffer称为back buffer。

如果要渲染到surface上，必须在渲染后调用 EGL14.eglSwapBuffers(eglDisplay, eglSurface) 将显示buffer和渲染buffer进行交换才会生效，否则会一直渲染到back buffer上，这个buffer无法变成front buffer显示到surface上。

绑定EGL

前面的几个步骤，我们把一些需要创建的东西都创建好了，下面就要将EGL绑定到线程上让它具体有EGL环境：

EGL14.eglMakeCurrent(
    eglDisplay, 
    eglSurface, 
    eglSurface, 
    eglContext
)

注意，一个线程只能绑定一个EGL环境，如果之前绑过其它的，后面又绑了一个，那就会是最后绑的那个。

至此，就能让一个线程拥有EGL环境了，此后就可以顺利地做GL操作了。

好，我们看一下我们的例子代码：

Thread {

    val egl = EGL()
    egl.init()

    egl.bind()

    val textures = IntArray(1)
    GLES30.glGenTextures(textures.size, textures, 0)
    val imageTexture = textures[0]
    assert(GLES30.glIsTexture(imageTexture))

    egl.release()

}.start()

代码很简单，只是为了验证是否有了EGL环境，就不写复杂的操作了，EGL就是对前文所述的操作的一个封装类，init()方法对应了获取显示设备、初始化显示设备、选择config、创建EGL Context和创建EGL Surface，bind()方法对应了eglMakeCurrent()。

EGL实际上能玩的花样很多，我封装了一个EGL和GL线程库：GLKit(https://github.com/kenneycode/GLKit)

ES渲染到 SurfaceView、TextureView上，以及实现OpenGL ES多线程编程，欢迎有需要的朋友取用，我也为这个库写了demo`，感兴趣的朋友可以去看看：

好，看到这，也许有朋友想问了，为什么我们使用GLSurfaceView的时候，就完全不需要去管这堆东西呢？

那是因为GLSurfaceView帮你封装好啦，大家如果去看过GLSurfaceView的源码，就会发现它里面也是按前文所说的步骤一步一步先创建好EGL环境的，它里面有一个GLThread类，就是一个绑定了EGL环境的线程，源码逻辑大致是这样的：

glSurfaceView.setRenderer(object : GLSurfaceView.Renderer {

    override fun onDrawFrame(gl: GL10?) {
    }

    override fun onSurfaceChanged(gl: GL10?, width: Int, height: Int) {
    }

    override fun onSurfaceCreated(gl: GL10?, config: EGLConfig?) {

        val textures = IntArray(1)
        GLES30.glGenTextures(textures.size, textures, 0)
        val imageTexture = textures[0]

    }

})

看到这，大家知道为什么我们在 GLSurfaceView 的 Renderer 回调方法中能使用OpenGL ES API了吧？因为在回调前，它就给你创建好EGL环境并绑定好了。

代码在我 github 的OpenGLESPro项目中，本文对应的是 SampleEGL，项目链接：https://github.com/kenneycode/OpenGLESPro

作者：程序员kenney
链接：https://juejin.cn/post/6844903858380996616
校正：字节流动

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