“View背景模糊”的四种写法
The following article is from 酷派技术团队 Author 每天都吃麦当劳
前言
在一名 Android 程序猿的职业生涯中，大概率会与设计狮有过这样的讨论：
🦁：“我要这个毛玻璃效果”
🐒：“这个效果实现不了”
🦁（掏出iPhone）：“你看人家苹果都有，你怎么做不了？😒”
🐒：“iOS 可以，Android 真的做不了，童叟无欺😭”
这个让设计师心心念念的视觉效果，就是背景模糊。
iOS 8 加入的 UIVisualEffectView、CSS 中的backdrop-filter 以及 Flutter 中的 BackdropFilter 类，都可以实现这个效果，只有 Android 一直没有支持该能力。
在 Android 领域内，背景模糊效果有两个不同场景，需要做一下区分：
Window 级背景模糊：将某个半透明 Window 的背景内容进行模糊处理，常见于通知栏下拉之类的场景。
View 级背景模糊：在某一个App页面内，某控件的背景内容进行模糊处理。这个能力 Android 一直没有支持，只有一些开源框架进行过尝试。
Window 级的背景模糊，多年以来各手机厂商都有自己的实现方案。而 Android 12 里，AOSP 对SurfaceFlinger 进行了重构，GPU 合成的部分也使用 Skia 进行渲染，同时对跨 Window 的背景模糊做了官方的支持[1]，并 public 了相关的 API。
Android 12 支持的Window背景模糊
（模糊内容属于背后的窗口）
而本文要讨论的是后者——View 级背景模糊的实现方式。
笔者整理了现在开源库中的两类解决方案，外加酷派团队调研出的两种方案，共四种写法，供大家参考。
开源方案
如果要从应用侧实现这个效果，最重要的一个步骤是获取模糊控件背景的内容，目前 Github 上的相关框架，大概分为两个方案：
方案一：找到背景控件、调用draw()
代表框架：
500px/500px-android-blur、Dimezis/BlurView、mmin18/RealtimeBlurView，这三个框架的⭐️数量均为 2.7k 左右，接受度比较高。
思路解析
创建一个链接到 Bitmap 的离屏Canvas，在模糊控件绘制之前，将下层布局手动绘制到这个 Canvas 里，这样在 Bitmap 里就拿到了控件背景内容。
其中：500px-android-blur 的做法是手动指定背景的布局，在模糊控件 onDraw 的时候，对指定的下层布局进行绘制。这种做法实现起来比较简单，但每次都需要手动指定下层布局，而且模糊控件不能包含在该布局里，缺少灵活性。
// 手动指定下层布局blurringView.setBlurredView(blurredView);而 Dimezis/BlurView、mmin18/RealtimeBlurView 的解法则更加灵活，下层布局不用特别指定，直接使用rootView（一般为DecorView）。在模糊控件onPreDraw的时候，将rootView绘制到离屏Canvas。
但 rootView 并不是下层布局，因为模糊控件也包含在内。这两个框架使用比较取巧的办法解决了这个问题：在draw(Canvas)方法里，判断如果是离屏 Canvas 在绘制，则跳过自身绘制。
获取背景内容后，剩下的步骤则是对 Bitmap 进行模糊处理并绘制，由于比较简单就不赘述了。
方案效果（以500px-android-blur为例）
优点
兼容性好。没有使用系统隐藏接口，理论上在任意 Android 版本上都能运行。
缺点
方案缺点主要是额外的性能开销。
无法使用 Hardware Bitmap。这几个框架都使用了 RenderScript 做模糊处理，无法使用 Hardware Bitmap。模糊的结果在上屏之前还需要进行一次纹理上传。频繁的 Bitmap 更新会带来内存及性能的更多开销[2]。
额外离屏绘制。由于调用了 draw 方法，每一帧都需要进行一次额外离屏绘制。而且由于 Canvas 对应的是非 Hardware Bitmap，这个离屏绘制也无法使用硬件加速。
方案二：Canvas GL Functor
代表框架：HokoFly/HokoBlurDrawable
方案效果
这个框架使用起来非常简单，不需要做额外的设置，只需要给View设置一个background即可。
final BlurDrawable blurDrawable = new BlurDrawable();view.setBackgroundDrawable(blurDrawable);调查了源码，它也没有把下层布局再次绘制，那它是如何获取到背景内容的？
思路解析
秘密在于这个隐藏方法：RecordingCanvas.callDrawGLFunction2()
/*** Records the functor specified with the drawGLFunction function pointer. This is* functionality used by webview for calling into their renderer from our display lists.** @param drawGLFunction A native function pointer** @hide* @deprecated Use {@link #drawWebViewFunctor(int)}*/@Deprecatedpublic void callDrawGLFunction2(long drawGLFunction) { nCallDrawGLFunction(mNativeCanvasWrapper, drawGLFunction, null);}这个隐藏的方法看起来比较陌生，因为它不是设计给 App 使用的。它的作用是将外部的 OpenGL 方法链接到 Canvas 的绘制流程里，目前官方的使用场景是 Android 的 WebView。
WebView 使用自己的 OpenGL 方法对网页进行渲染，再调用这个方法，将结果链接到你的 App Window 里。
这刚好能解释，为什么 WebView 使用独立的渲染机制，但不需要使用 SurfaceView 的独立 layer 也能显示到屏幕上。
经过一番调查发现，参数drawGLFunction，是 Android Native 层的一个通用函数指针，结构如下：
// File: system/core/libutils/include/utils/Functor.hclass Functor {public: Functor() {} virtual ~Functor() {} virtual status_t operator()(int /*what*/, void* /*data*/) { return OK; }};在 UI 线程调用callDrawGLFunction2()方法后，只是设置了函数指针，并没有起到绘制效果。真正的绘制逻辑，发生在 RenderThread 里：
// File: frameworks/base/libs/hwui/pipeline/skia/GLFunctorDrawable.cppvoid GLFunctorDrawable::onDraw(SkCanvas* canvas) { // 省略部分代码 ……
GLuint fboID = 0; SkISize fboSize; GetFboDetails(canvas, &fboID, &fboSize);
// 省略部分代码：初始化GLContext、判断离屏Layer等 …… DrawGlInfo info; info.clipLeft = clipBounds.fLeft; info.clipTop = clipBounds.fTop; info.clipRight = clipBounds.fRight; info.clipBottom = clipBounds.fBottom; info.isLayer = fboID != 0; info.width = fboSize.width(); info.height = fboSize.height(); mat4.getColMajor(&info.transform[0]); info.color_space_ptr = canvas->imageInfo().colorSpace();
// 省略部分代码：绑定FBO、设置GL环境 …… if (mAnyFunctor.index() == 0) { std::get<0>(mAnyFunctor).handle->drawGl(info); } else { // 这里会调用到函数指针Functor (*(std::get<1>(mAnyFunctor).functor))(DrawGlInfo::kModeDraw, &info); } // 省略部分代码 ……}看到这里，为防止有读者不了解 hwui，补充一些前提知识：
我们都知道 Android 的 View 系统，在底层是使用 Skia 图形库进行渲染，而连接 View 与 Skia 的组件便是 libhwui。App 界面的绘制指令，最终都通过 hwui 库，在 RenderThread 中得以执行。
Skia 的SkDrawable结构，与 Android 的Drawable类似，都是在onDraw(canvas)方法中执行绘制指令，实际上后者也是对前者的一个效仿设计。
在 hwui 库中，一共有这几种 SkDrawable 类型：
RenderNodeDrawable：最常见的一个SkDrawable，99% 的 View 和布局的绘制指令会保存到 RenderNode 中，最终都由这个 Drawable 进行绘制。
AnimatedImageDrawable：对应到 Java 层的同名类，一般用于播放 gif 图片。
AnimatedRoundRect、AnimatedCircle、AnimatedRippleDrawable：Material Design中的按钮Ripple 效果、Canvas的
drawCircle、drawRect方法的底层实现。LayerDrawable：绘制一个 OpenGL 纹理。
TextureView的底层正是用它实现。FunctorDrawable：在 Skia 绘制指令中，链接到外部绘制指令。它有三个子类：GLFunctorDrawable、VkFunctorDrawable，分别链接 OpenGL 与 Vulkan 指令。
而方案二，正是使用了 GLFunctorDrawable。
回到这个库中，上面的GLFunctorDrawable，会调用上层设置过来的 functor方法，并将此时的DrawGlInfo传递过去。
我们来看看这个库的 Functor 真正做了些什么：
经过 jni 的多次中转，Functor 最终调用到了上面的 Java 层逻辑。与一般的 Java 层逻辑不同，图中的代码实际上运行在 RenderThread 中，而且拥有 GLFunctorDrawable 已经设置好的 OpenGL 上下文。
这里的逻辑大概分为三步：获取当前屏幕内容、进行 X/Y 轴两次模糊运算、放大并叠加颜色。
最关键的代码就是这行glCopyTexSubImage2D，它可以将当前屏幕已绘制内容进行区域拷贝[3]。由于这个代码的执行在背景内容绘制和控件内容绘制之间，这样便获取到了控件的背景内容。
总结
这个方案使用GLFunctorDrawable的机制，将自己的 OpenGL 指令嵌入到 RenderThread 每一帧的绘制中，获取背景内容，做模糊并上屏。
优点
使用方便：可以用 Drawable 的方式使用，嵌入到任意层级的布局。
缺点
当然，这个方案的缺点也十分明显，导致它无法在 app 里商用。
兼容性差
callDrawGLFunctor2 是一个 hide 方法，其在不同 Android 版本都有不同实现，框架本身做了多平台兼容。
但在 Google 对 hide 方法的态度及采取的措施面前，这个做法显得不可持续。
首先，Android 11 开始采取了更严格的反射限制，框架使用者需要额外去处理限制突破逻辑。
其次，callDrawGLFunctor2(long functor)是一个废弃方法，在 Android 12 开始被移除。
在 Android 12 中，被换成 drawWebViewFunctor(int functor)，不仅 functor 换了结构，还必须同时支持 OpenGL 和 Vulkan 两种实现。
这个方案的兼容成本已经非常高了，框架作者也没有继续进行维护，目前该框架在 Android 12 上无法使用。
使用场景受限制
在 hwui 的 pipeline 里，如果这块内容被绘制到了一块离屏 buffer 再上屏，那么这里的 GLFunctor 便无法获取到控件背后的内容。
这是因为，在 hwui 每一帧绘制开始之前，会先把离屏的 Layer 先渲染完成得到结果，再把这些结果当做图像资源，在这一帧参与绘制。
需要离屏 buffer 的场景有这几种：设置小于 1 的 alpha、需要 clip 的 Functor、有拉伸或者RenderEffect 效果（Android 12 添加）等，比较常见。
// File: frameworks/base/libs/hwui/RenderProperties.hbool promotedToLayer() const { return mLayerProperties.mType == LayerType::None && fitsOnLayer() && // 是functor且有clip、animation、translation等情况。 (mComputedFields.mNeedLayerForFunctors || // 设置了RenderEffect（Android 12新增） mLayerProperties.mImageFilter != nullptr || // 当前有拉伸效果（Android 12新增） mLayerProperties.getStretchEffect().requiresLayer() || // 当前View设置了alpha，且hasOverlappingRendering为true (!MathUtils::isZero(mPrimitiveFields.mAlpha) && mPrimitiveFields.mAlpha < 1 && mPrimitiveFields.mHasOverlappingRendering)); }所以当 GLFunctor 被离屏渲染时，它会提前执行，此时便无法获取到它背后的内容。也就是说这种方案，无法对模糊控件设置 alpha 或者切圆角，这点也在框架的 issues 里得到了印证：
自研方案
方案三：扩展 Canvas.saveLayer()
笔者发现，Flutter 中的 BackdropFilter 类也能实现效果，其也使用 Skia 作为渲染引擎。
BackdropFilter这个 Dart 层的 Widget，经过 SceneBuilder 的中转，最终映射到 native 层的BackdropFilterLayer类：
它并没有特殊的绘制逻辑，只是在绘制 children 内容之前，调用了一个saveLayer操作。难道 Flutter仅仅通过saveLayer，就实现了背景模糊？
Android中也有
Canvas.saveLayer()这个API，其作用是创建一个新的Layer，后续的绘制均发生在这个新的Layer里，绘制完成后将结果再一起上屏。所以这个方法开销比较大，非必要不建议使用。
更关键的是，它并不支持背景模糊功能。
看来红框中的这一行代码是关键。调查SaveLayerRec发现，它是 skia 引擎中的结构体，大致结构如下：
enum SaveLayerFlagsSet { kInitWithPrevious_SaveLayerFlag = 1 << 2, //!< initializes with previous contents};
struct SaveLayerRec { SaveLayerRec(const SkRect* bounds, const SkPaint* paint, SaveLayerFlags saveLayerFlags = 0) : fBounds(bounds) , fPaint(paint) , fSaveLayerFlags(saveLayerFlags) {} SaveLayerRec(const SkRect* bounds, const SkPaint* paint, const SkImageFilter* backdrop, SaveLayerFlags saveLayerFlags) : fBounds(bounds) , fPaint(paint) , fBackdrop(backdrop) , fSaveLayerFlags(saveLayerFlags) {} /** hints at layer size limit */ const SkRect* fBounds = nullptr; /** modifies overlay */ const SkPaint* fPaint = nullptr; /** * If not null, this triggers the same initialization behavior as setting * kInitWithPrevious_SaveLayerFlag on fSaveLayerFlags: the current layer is copied into * the new layer, rather than initializing the new layer with transparent-black. * This is then filtered by fBackdrop (respecting the current clip). */ const SkImageFilter* fBackdrop = nullptr; /** preserves LCD text, creates with prior layer contents */ SaveLayerFlags fSaveLayerFlags = 0;};这里的
SkImageFilter是 Skia 中可以实现图形效果的工具类，常见的 filter 有：Blur、ColorFilter、Matrix、XferMode 等等。
Skia 在很早就支持了这个能力，在 Android 12 中，谷歌在上层封装了RenderEffect类，第一次将其开放给上层调用[4]。
看下真正执行模糊运算的地方：
void SkCanvas::internalSaveLayer(const SaveLayerRec& rec, SaveLayerStrategy strategy) { // 省略代码 …… // If we have a backdrop filter, then we must apply it to the entire layer (clip-bounds) // regardless of any hint-rect from the caller. skbug.com/8783 if (rec.fBackdrop) { bounds = nullptr; } // 两种情况下会绘制背景内容 bool initBackdrop = (rec.fSaveLayerFlags & kInitWithPrevious_SaveLayerFlag) || rec.fBackdrop; // 省略代码 …… if (initBackdrop) { DrawDeviceWithFilter(priorDevice, rec.fBackdrop, newDevice.get(), { ir.fLeft, ir.fTop }, fMCRec->fMatrix.asM33()); } // 省略代码 ……}
void SkCanvas::DrawDeviceWithFilter(SkBaseDevice* src, const SkImageFilter* filter, SkBaseDevice* dst, const SkIPoint& dstOrigin, const SkMatrix& ctm) { // 省略代码 …… // 截取当前已经绘制的内容 auto special = src->snapSpecial(backdropBounds); if (!special) { return; } // 省略代码 … SkIPoint offset; // 使用指定的filter进行处理 special = as_IFB(filter)->filterImage(ctx).imageAndOffset(&offset); if (special) { offset += layerInputBounds.topLeft(); SkMatrix dstCTM = toRoot; dstCTM.postTranslate(-dstOrigin.x(), -dstOrigin.y()); dstCTM.preTranslate(offset.fX, offset.fY); // 将处理结果进行绘制 dst->drawSpecial(special.get(), dstCTM, sampling, p); } // 省略代码 ……}
结合注释与代码得知，有两个组合可以实现背景模糊效果：
组合一：将
backdrop设置为对应的filter，比如SkBlurImageFilter即可，将saveLayerFlags设为0。组合二：
backdrop仍然为null，但saveLayerFlags设为kInitWithPrevious_SaveLayerFlag，此时这个新建的layer会将之前layer的内容复制一份。然后使用paint->setImageFilter()，将 filter 设置到 paint 中。
区别在于，前者会将整个 Canvas 的内容都进行处理，然后 clip 到相应区域；而后者只会截取指定区域的内容，另外也不会立即处理，而是选择在新 layer 上屏的时刻统一处理。
Flutter 使用的是第一个组合。笔者两个方案都进行了尝试，本文与Flutter保持一致，讨论第一种组合。
思路解析
看完 Flutter，我们再来看看 Android 里的saveLayer逻辑，经过一些中转，它最终调用到了这里
// File: frameworks/base/libs/hwui/SkiaCanvas.cppint SkiaCanvas::saveLayer(float left, float top, float right, float bottom, const SkPaint* paint, SaveFlags::Flags flags) { const SkRect bounds = SkRect::MakeLTRB(left, top, right, bottom); // 这里只用到了 bounds, paint, layerFlags 三个参数 const SkCanvas::SaveLayerRec rec(&bounds, paint, layerFlags(flags)); return mCanvas->saveLayer(rec);}可以看到，Android 直接忽略了后面两个参数，并没有提供任何暴露途径。
那我们的思路也就很简单了：
新增
Canvas.saveLayer()的overload方法，增加backdropFilter参数。在内部转为对SaveLayerRec的后两个参数的设置。
暴露对
SkImageFilter对象的创建方法。如果是Android 12环境，则可以跳过这一步，使用RenderEffect.getNativeInstance()即可。
由于是对 Canvas 的调用，简单的办法是封装成 Drawable，供 View 设置为background使用。
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?><coolx.graphics.drawable.BackdropBlurDrawable xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto" app:blurRadius="30dp" app:saturation="1.8" app:fallbackColor="#AAFFFFFF"> <shape android:shape="rectangle"> <solid android:color="#BFEFEFEF"/> </shape></coolx.graphics.drawable.BackdropBlurDrawable>
实机效果演示
优点
使用简单、效果好。将
SkImageFilter进行组合，可以轻松实现透亮的毛玻璃效果。图例叠加了模糊和饱和度的修改，效果非常接近 iOS。兼容性高。模糊控件可以随意动画、clip。
缺点
使用场景受限制。由于是调用
Canvas接口，所以封装为 Drawable 设置为 View 的背景更适合使用。此时也会受到与方案二相同的限制：虽然限制少一些，可以正常 clip圆角，但当 View 设置 alpha 的时候，模糊仍会失效。需要修改系统源码。
这个方案我提交到了AOSP[5]，谷歌工程师给了两个反馈：
性能差(very, very slow）。
在 alpha 的时候会失效。
第一条反馈与实际表现不符合，关于性能是否符合要求，需要进一步的调查和实验。
但第二条确实如此，所以还需要继续找寻新的解法。
方案四：修改libhwui，增加模糊计算
View 的 alpha 发生改变，其实是设置的
RenderNode.setAlpha()方法。
方案二与方案三，由于都使用了Canvas的接口，所以无论是重写View.onDraw()方法，还是封装Drawable，这个调用指令都在该View的RenderNode内部。这样当 alpha 变化时，就无法获取到背景内容。
除了 alpha 外，这次也打算将所有的边界场景一次考虑清楚：View 的 transform、动画、clip 等。目前能想到的方案，是让背景模糊逻辑脱离RenderNode。
参照前文，RenderNode的真正绘制，是在RenderNodeDrawable中，我们可以新定义一个BackdropFilterDrawable类型，与其平级。
将BackdropFilterDrawable的绘制顺序，提前到RenderNodeDrawable之前即可。
BackdropFilterDrawable类的关键逻辑如下：
void BackdropFilterDrawable::onDraw(SkCanvas* canvas) { // 对后面内容进行截图（并不会创建新的buffer)，此截图为Canvas完整截图。 auto backdropImage = canvas->getSurface()->makeImageSnapshot(); // 从target RenderNode那里，同步properties，无论它是否在做动画、缩放、是否有clip等，都进行同步。计算结果保存到 mImageSubset 里，这是我们上层RenderNode真正的可见区域。 if (!prepareToDraw(canvas, properties, backdropImage->width(), backdropImage->height())) { // 当返回false的时候，说明不可见，则我们也跳过绘制。 return; }
auto imageSubset = mImageSubset.roundOut(); // 将截图里的上层区域进行filter处理。 backdropImage = backdropImage->makeWithFilter(canvas->recordingContext(), backdropFilter, imageSubset, imageSubset, &mOutSubset, &mOutOffset); // 将filter结果进行绘制。 canvas->drawImageRect(backdropImage, SkRect::Make(mOutSubset), mDstBounds, SkSamplingOptions(SkFilterMode::kLinear), &mPaint, SkCanvas::kStrict_SrcRectConstraint);}优点
与方案三相同，优势在于性能和效果。
使用简单、效果好。将
SkImageFilter进行组合，可以轻松实现透亮的毛玻璃效果。图例叠加了模糊和饱和度的修改，效果非常接近 iOS。兼容性高。模糊控件可以随意动画、clip、变换 alpha。
缺点
使用场景受限制。虽然解决了方案二的 alpha 问题，但如果该控件的父布局设置了 alpha，它仍然无法拿到父布局以外的背景内容。这算是个小小的遗憾。
需要修改系统源码。对系统源码的改动，比方案三多不少。
这个方案我也提交到了AOSP[6]，目前状态为待 Review。感兴趣的可以编译看下效果。
方案对比
我们在酷派COOL 20s 5G上，将四种方案进行横向对比。
这台机器配置为天玑700、6GB内存、128GB存储、1080p 90Hz的屏幕。
使用perfetto抓取的trace，来衡量和计算每种方案在Choreographer.doFrame()和RenderThread分别消耗的时间。
在perfetto里可以直观地看到平均耗时
抓取无模糊效果的耗时，作为基准指标。分别为：doFrame 1.588ms, RenderThread: 3.485ms。
最终对比结果如下：
方案一 | 方案二 | 方案三 | 方案四 | |
实现复杂度 | 高 | 高 | 低 | 中 |
位移 | ✔️ | ✔️ | ✔️ | ✔️ |
缩放 | ❌ 内容错误 | ✔️ | ✔️ | ✔️ |
clip圆角 | ✔️ | ❌ | ✔️ | ✔️ |
alpha | ✔️ | ❌ | ❌ | ✔️ （💡parent alpha仍然不支持） |
视觉效果 | ❌ 仅支持模糊 | ❌ 仅支持模糊 | ✔️ 支持更多效果扩展（如saturation) | ✔️ 支持更多效果扩展（如saturation) |
兼容性 | ✔️ | ❌ Android 12不兼容 | 💡 修改源码 | 💡 修改源码 |
doFrame 性能开销 | +2.934ms (4.552ms) | -0.167ms (1.421ms) | -0.071ms (1.517ms) | -0.047ms (1.547ms) |
RenderThread 开销 | +0.587ms (4.072ms) | +1.678ms (5.163ms) | +1.771ms (5.256ms) | +1.579ms (5.064ms) |
方案一综合开销最高，后面三个方案的doFrame耗时，与基准耗时的差异在误差范围内，几乎没有引入额外的计算。
综合来看，方案四各方面表现都很优秀，酷派在自研的COOLOS里，已经有多处采用了它。
后记
经过这样一番调研，笔者的有很多感悟和提升，其中感触最深的是：如果对一块领域感兴趣，但网络和社区没有更好解法时，就自己读源码吧。
在这个能力的调研过程中，有非常多有意思的技术问题，每一项都值得深入去探讨和研究。
比如：
为什么有时候模糊边缘会闪烁？
模糊运算原理是什么？模糊计算本身有没有性能优化空间？
想使用酷派调研的方案，有没有办法不修改源码来用到它们？
……
由于篇幅限制，本文不再展开，有机会可以开些续文，详细讲讲。
感兴趣的读者，欢迎评论区跟我们一起讨论！
参考链接
Window Blurs | Android Open Source Project
(https://source.android.com/devices/tech/display/window-blurs)
Glide v4 : Hardware Bitmaps
(https://bumptech.github.io/glide/doc/hardwarebitmaps.html#why-should-we-use-hardware-bitmaps)
glCopyTexSubImage2D | khronos.org
(https://www.khronos.org/registry/OpenGL-Refpages/es2.0/xhtml/glCopyTexSubImage2D.xml)
RenderEffect | Android Developers
(https://developer.android.com/reference/android/graphics/RenderEffect)
方案三 | Android Code Review
(https://android-review.googlesource.com/c/platform/frameworks/base/+/1985086)
方案四 | Android Code Review
(https://android-review.googlesource.com/c/platform/frameworks/base/+/2033223)