Android性能优化：Bitmap详解&你的Bitma

在开发app时，显示一张本地图片，这张图片在加载时会占用大多内存呢？猜测占用内存大小和以下几个因素有关：

1. 设计师切图，图片本身的分辨率；
2. 图片所放文件夹代表的 密度 dpi；
3. 手机自身的屏幕密度；
4. 经过系统缩放得到的最终加载到手机上图片的密度和占用的内存。

我们知道Android中在加载本地大图时，很容易OOM，主要原因在于加载的Bitmap占用内存太大。接下来将围绕以下几个问题说明如何计算一张Bitmap占用的内存大小。

1. 将一张分辨率为 720x1080 的图片放到 xxhdpi 或者 hdpi ，同放在 xhdpi 标准文件夹下，对于同一台手机占用内存大小是否有变化？
2. 同一张分辨率为 720x1080 的图片被不同屏幕分辨率的手机加载，BitmapFactory 的成员变量 inDensity、 inScreenDensity、 inTargetDensity 会怎样变化？这些值又是怎样被赋值的，又是怎样进行缩放的？
3. 使用 decodeResource() 和 decodeStream() 有什么区别？
4. Options 的 inDensity、 inTargetDensity 和 输出的 Bitmap 的 mDensity 有什么关系？Bitmap 的 mWidth、 mHeight 与 Options 的 outputWidth、 outputHeight 有什么关系？
5. 这些同计算 Bitmap 内存占用大小的 长宽有什么关系？

在回答这些问题之前，先介绍一下DisplayMetrics和Bitmap及其相关类。

一、DisplayMetrics和Bitmap及其相关类

DisplayMetrics

说明：屏幕密度相关类，可以用于获取屏幕高和宽以及屏幕密度density、每英寸点数densityDpi . 这里，density 数值为 1dp = density px；在 DisplayMetrics 中，这两个是线性相关：

屏幕密度对照表.png

Bitmap

说明：Bitmap 在 Android 中指的是一张图片，可以是 png，也可以是 jpg等其他图片格式。
作用：可以获取图像文件信息，对图像进行剪切、旋转、缩放、压缩等操作，并可以指定格式保存图像文件。

Bitmap.Config

说明：Bitmap 格式。除了尺寸外，影响一个图片占用空间还有色彩细节。位图位数越高表示可以存储的颜色信息越多，图像也就越清晰逼真。

• ALPHA_8：表示8位Alpha位图，每像素占1byte内存；
• RGB_565：表示R为5位，G为6位，B为5位，一共16位，每像素占2byte内存；
• ARGB_4444：表示16位位图，每像素占2byte内存（poor quality - Android Deprecated）；
• ARGB_8888：表示32位ARGB位图，每像素占4byte内存（Recommended）。

BitmapFactory

说明：提供解析Bitmap的静态工厂方法。

BitmapFactory.Options

说明：用于解码Bitmap时的各种参数控制。
几个重要参数：

inBitmap：在解析Bitmap时重用该Bitmap，但是必须相同大小的Bitmap & inMutable = true 才可重用；
inMutable ：配置Bitmap是否可更改，如每隔几个像素给Bmp添加一条直线；
inPreferredConfig：Config颜色位数，默认值为Bitmap.Config.ARGB_888；
inDither：是否抖动，默认false（Android Depracated）;
inPremultiplied：默认true，一般不改变其值。
inPurgeable：当存储像素内存空间 在系统内存不足时 是否可被回收（Android L Deprecated）;
inInputShareable：是否可以共享一个 InputStream （Android L Deprecated）;
inPreferQualityOverSpeed：为true时会优先保证 Bitmap 质量，其次是解码速度（Android N Deprecated）;
inTempStorage：解码时的临时空间，建议 16K；
inJustDecodeBounds：为true时仅返回 Bitmap 宽高等属性，返回bmp=null，为false时才返回占内存的 bmp；
inSampleSize：表示 Bitmap 的压缩比例，值必须 > 1 & 是2的幂次方。inSampleSize = 2 时，表示压缩宽高各1/2，最后返回原始图1/4大小的Bitmap；
inDensity：表示 Bitmap 像素密度；
inTargetDensity：表示 Bitmap 最终的像素密度；
inScreenDensity：表示当前屏幕的像素密度；
inScaled：默认为true，是否支持缩放，设置为true时，Bitmap将以 inTargetDensity 的值进行缩放；
outputWidth：返回的 Bitmap的宽；
outputHeight：返回的 Bitmap的高。

以一张类图说明Bitmap、BitmapFactory和BitmapFactory.Options三者之间的关系，如下图所示：

Bitmap、BitmapFactory、Options关系类图.png

二、ImageView 设置图片 & Bitmap创建流程

ImageView 设置图片

一般地，给 ImageView 设置资源图片时，会用到四种方式：setImageResource(), setImageUri(), setImageBitmap(), setImageDrawable。这四种方式有什么区别呢？用一张图来展示：

ImageView设置图片四种方法流程.png
总结：由上可知，ImageView设置本地图片会先生成 Bitmap 再将 Bitmap 转成 Drawable，最终通过 setImageDrawable() 设置；
【所以这步是否可以看做使用 setImageDrawable 会跳过读取和解码 Bitmap 操作，为最优设置本地图片方式呢？
—— 需测试内存占用情况方可验证。】

Bitmap创建流程

BitmapFactory 提供了五种方式来创建Bitmap，分别是：decodeFile, decodeResource, decodeByteArray, decodeStream, decodeFileDescription，这里只介绍常见三种方式创建流程如下：

Bitmap创建方法.png

总结：

1. 最常用的三个方法：decodeFile, decodeResource, decodeStream，前两个最终调用的是 decodeStream;
2. **decodeStream, decodeByteArray, decodeFileDescription **这三个内部则调用的是 native 方法来创建 Bitmap的【有种说法，Bitmap是Android中唯一通过 native 方法创建的类】；
3. decodeResourceStream主要做了两件事：一是对 opts.inDensity 赋值，没有设置默认值 160；二是对 opts.inTargetDensity 赋值，没有赋值为当前设备 densityDpi；
4. decodeStream主要也做了两件事：一是调用 native 方法解析 Bitmap；二是对解析得到的 Bitmap 调用 setDensityFraomOptions(bmp, opts) 进行设置；
5. setDensityFraomOptions(bmp, opts)主要做了这样几件事：一是当opts.inDensity != opts.inTargetDensity || opts.inDensity != opts.inScreenDensity && (inScaled = true || isNinePatch) 时，将设置 outputBitmap.mDensity = inTargetDensity；

decodeResourceStream()方法源码如下：

public static Bitmap decodeResourceStream(Resources res, TypedValue value,
            InputStream is, Rect pad, 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;
            } else if (density != TypedValue.DENSITY_NONE) {
                opts.inDensity = density;
            }
        }
        
        if (opts.inTargetDensity == 0 && res != null) {
            opts.inTargetDensity = res.getDisplayMetrics().densityDpi;
        }
        
        return decodeStream(is, pad, opts);
    }

setDensityFromOptions(bmp, opts)源码如下：

private static void setDensityFromOptions(Bitmap outputBitmap, Options opts) {
        if (outputBitmap == null || opts == null) return;

        final int density = opts.inDensity;
        if (density != 0) {
            outputBitmap.setDensity(density);
            final int targetDensity = opts.inTargetDensity;
            if (targetDensity == 0 || density == targetDensity || density == opts.inScreenDensity) {
                return;
            }

            byte[] np = outputBitmap.getNinePatchChunk();
            final boolean isNinePatch = np != null && NinePatch.isNinePatchChunk(np);
            if (opts.inScaled || isNinePatch) {
                outputBitmap.setDensity(targetDensity);
            }
        } else if (opts.inBitmap != null) {
            // bitmap was reused, ensure density is reset
            outputBitmap.setDensity(Bitmap.getDefaultDensity());
        }
    }

三、如何计算Bitmap占用内存大小？

常规方式：
API方法：getByteCount() 获取 - 不准确

粗略方式：
计算公式：图片长 * 宽 * 4bytes/ARG_8888 - 不正确

通读源码得来的方式：

    /**
     * Returns the minimum number of bytes that can be used to store this bitmap's pixels.
     *
     * <p>As of {@link android.os.Build.VERSION_CODES#KITKAT}, the result of this method can
     * no longer be used to determine memory usage of a bitmap. See {@link
     * #getAllocationByteCount()}.</p>
     */
    public final int getByteCount() {
        // int result permits bitmaps up to 46,340 x 46,340
        return getRowBytes() * getHeight();
    }

    /**
     * Return the number of bytes between rows in the bitmap's pixels. Note that
     * this refers to the pixels as stored natively by the bitmap. If you call
     * getPixels() or setPixels(), then the pixels are uniformly treated as
     * 32bit values, packed according to the Color class.
     *
     * <p>As of {@link android.os.Build.VERSION_CODES#KITKAT}, this method
     * should not be used to calculate the memory usage of the bitmap. Instead,
     * see {@link #getAllocationByteCount()}.
     *
     * @return number of bytes between rows of the native bitmap pixels.
     */
    public final int getRowBytes() {
        if (mRecycled) {
            Log.w(TAG, "Called getRowBytes() on a recycle()'d bitmap! This is undefined behavior!");
        }
        return nativeRowBytes(mNativePtr);
    }

最终通过native源码方法，可得到：一张ARGB_8888 的Bitmap占用内存计算公式：bmpWidth * bmpHeight * 4byte。不是直接使用图片分辨率进行计算，而是界面后 Bitmap 的宽高进行计算。

然而，这样计算并不准确。有几个不同的场景会导致最终计算的结果不正确。

• 将一张 720x1080 图片分别放在不同分辨率drawable文件夹下，在同一个手机上加载；
• 也是同一张图片放在指定分辨率的 drawable 文件夹下，在不同手机上加载；
• 切不同分辨率图片到对应 drawable 文件夹下，在各分辨率设备上加载。

一般，我们读取 drawable 目录下的图片，会用到 <code>decodeResource</code>获取 Bitmap，该方法可以直接看上面提到的 decodeResourceStream() 方法源码，通过源码可知：

• 在读取资源时，使用 openRawResource 方法，然后会对 TypedValue 进行赋值，其中包含了原始资源的 density 等信息，也即是文件夹代表的density；
• 调用 decodeResourceStream 对原始资源进行解码和适配，实际是原始资源 density 到 设备屏幕 density 的映射。

这里看一下 资源文件夹代表的密度：

资源文件夹密度对照表.png

对照 decodeResourceStream() 源码如何设置 opts.inDensity 逻辑：

资源解码Bitmap参数设置流程.png

最后通过查阅 native 源码，得到计算公式：
一张图片对应 Bitmap 占用内存 = mBitmapHeight * mBitmapWidth * 4byte(ARGB_8888)；
Native 方法中，mBitmapWidth = mOriginalWidth * (scale = opts.inTargetDensity / opts.inDensity) * 1/inSampleSize，
mBitmapHeight = mOriginalHeight * (scale = opts.inTargetDensity / opts.inDensity) * 1/inSampleSize

现在针对介绍的几种场景，会得到这样的结论：

1. 将一张 720x1080图片放在 drawable-xhdpi 目录下（inDensity = 320），
   • 在 720x1080 手机上加载（inTargetDensity = 320），图片不会被压缩；
   • 在 480x800 手机上加载（inTargetDensity = 240），图片会被压缩 9/16；
   • 在 1080x1920 手机上加载（inTargetDensity = 480），图片会被放大 2.25；
2. 切不通分辨率大小的图片放到对应文件夹下，会根据屏幕获取对应文件夹的图片，就不存在加载图片时压缩和放大（针对标准屏）;

拓展问题：只切一套UI图，是否适用？如何选择？

注意，上述计算方式是在通过 decodeResource() 方法获取 Bitmap 的情况下得出，其他几种方式获取Bitmap，最后得到占用内存Size不会跟资源文件目录相关联。

四、问题解答

问题一：一张图片对应 Bitmap 占用内存 = mBitmapHeight * mBitmapWidth * 4byte(ARGB_8888)；Native 方法中，mBitmapHeight = mOriginalHeight * (scale = opts.inTargetDensity / opts.inDensity) * 1/inSampleSize ；

由此可知，手机屏幕大小 1280 x 720（inTarget = 320），加载 xxhdpi （inDensity = 480）中的图片 1920 x 1080，scale = 320 / 480，inSampleSize = 1，最终获得的 Bitmap 的图像大小是 ：
mBitmapWidth = opts.outWidth = 1080 * (320 / 480) * 1/1 = 720，
mBitmapHeight = opt.outHeight = 1920 * (320 / 480) * 1/1 = 1280，
getAllocatedMemory() = mBitmapWidth * mBitmapHeight * 4 = Bitmap占用内存。

问题三：使用 decodeResource() 和 decodeStream() 有什么区别？
（1）decodeResource() 流程，会先用 TypedValue 保存图片信息，然后会根据条件设置 opts.inDensity = value.inDensity，为0则设置为默认 160dpi； 文件夹代表密度
Opts.inTargetDensity = getDisplayMetrics().densityDpi； 屏幕密度
设置完上述参数后，最终还是会调用 decodeStream() 方法；

（2）decodeStream() native 方法得到 Bitmap后，调用 setDensityFromOptions() 方法来设置 Bitmap.mDensity:
若 opts.inDensity != 0，bitmap.mDensity = opts.inDensity;
若 opts.inTargetDensity != 0 && inDensity != targetDensity && inDensity != screenDensity，继续判断，如果 opts.inScaled || isNinePatch，bitmap.mDensity = targetDensity;

所以，
（1）若使用 decodeResource() 加载本地图片，inDensity 为加载图片所在的文件夹代表的 dpi，inTargetDensity 为目标屏幕密度（or 图片真实像素密度？），
最终 bitmap.mDensity = targetDensity。

（2）若使用 decodeStream() 则不会先记录图片信息，得到bitmap 后，直接调用 setDensityFromOptions() 方法，所以最终 bitmap.mDensity = defaultDensity() = DENSITY_DEVICE。

参考源码API-26
参考：http://dev.qq.com/topic/591d61f56793d26660901b4e
           https://www.tuicool.com/articles/3eMNr2n
如有误，请指正！