Android Bitmap 使用

作者: Android高级工程师 | 来源:发表于2019-05-12 20:14 被阅读115次

在日常开发中，可以说和Bitmap低头不见抬头见，基本上每个应用都会直接或间接的用到，而这里面又涉及到大量的相关知识。所以这里把Bitmap的常用知识做个梳理，限于经验和能力，不做太深入的分析。

Bitmap内存模型

在Android 2.2（API8）之前，当GC工作时，应用的线程会暂停工作，同步的GC会影响性能。而Android2.3之后，GC变成了并发的，意味着Bitmap没有引用的时候其占有的内存会很快被回收。
在Android 2.3.3（API10）之前，Bitmap的像素数据存放在Native内存，而Bitmap对象本身则存放在Dalvik Heap中。Native内存中的像素数据并不会以可预测的方式进行同步回收，有可能会导致内存升高甚至OOM。而在Android3.0之后，Bitmap的像素数据也被放在了Dalvik Heap中。

Bitmap内存占用

手动计算

计算Bitmap内存占用分为两种情况：

使用BitmapFactory.decodeResource()加载本地资源文件的方式

无论是使用decodeResource(Resources res, int id)还是使用decodeResource(Resources res, int id, BitmapFactory.Options opts)其内存占用的计算方式都是： width * height * inTargetDensity / inDensity * inTargetDensity / inDensity * 一个像素所占的内存。

使用BitmapFactory.decodeResource()以外的方式,计算方式是： width * height *一个像素所占的内存。

所用参数解释一下：

width：图片的原始像素宽度。

height:图片的原始像素高度。

inTargetDensity:目标设备的屏幕密度，例如一台手机的屏>幕密度是640dp,那么inTargetDensity的值就是640dp。

inDensity:这个值跟这张图片的放置的目录有关（比如 hdpi >240，xxhdpi 是480）。

一个像素所占的内存:使用Bitmap.Config来描述一个像素所>占用的内存，Bitmap.Config有四个取值,分别是：

ARGB_8888: 每个像素4字节,每个通道8位，四通道共32位，图片质量是最高的，但是占用的内存也是最大的，是默认设置。

RGB_565:共16位，2字节，只存储RGB值,图片失真小，没有透明度，可用于不需要透明度是图片。

Alpha_8: 只有A通道，没有颜色值，即只保存透明度，共8位，1字节，可用于设置遮盖效果。

ARGB_4444: ，每个通道均占用4位，共16位，2字节，严重失真，基本不使用。

Android API 的方法

getByteCount()

getByteCount()方法是在API12加入的，代表存储Bitmap的色素需要的最少内存。API19开始getAllocationByteCount()方法代替了getByteCount()。

getAllocationByteCount()

API19之后，Bitmap加了一个Api：getAllocationByteCount()；代表在内存中为Bitmap分配的内存大小。

public final int getAllocationByteCount() {
        if (mBuffer == null) {
            //mBuffer代表存储Bitmap像素数据的字节数组。
            return getByteCount();
        }
        return mBuffer.length;
    }

getByteCount()与getAllocationByteCount()的区别

一般情况下两者是相等的；
通过复用Bitmap来解码图片，如果被复用的Bitmap的内存比待分配内存的Bitmap大,那么getByteCount()表示新解码图片占用内存的大小（并非实际内存大小,实际大小是复用的那个Bitmap的大小），getAllocationByteCount()表示被复用Bitmap真实占用的内存大小（即mBuffer的长度）。

Bitmap的创建

通常我们可以利用Bitmap的静态方法createBitmap()和BitmapFactory的decode系列静态方法创建Bitmap对象。

Bitmap.createBitmap

主要用于图片的操作,例如图片的缩放，裁剪等。

image.png

BitmapFactory

image.png

注意：decodeFile 和 decodeResource 其实最终都会调用 decodeStream 方法来解析Bitmap 。有一个特别有意思的事情是，在 decodeResource 调用 decodeStream 之前还会调用 decodeResourceStream 这个方法,这个方法主要对 Options进行处理，在得到opts.inDensity的属性前提下，如果没有对该属性的设定值，那么opts.inDensity = DisplayMetrics.DENSITY_DEFAULT;这个值默认为标准dpi的基值：160。如果没有设定opts.inTargetDensity的值时，opts.inTargetDensity = res.getDisplayMetrics().densityDpi; 该值为当前设备的 densityDpi，这个值是根据你放置在 drawable 下的文件不同而不同的。所以说 decodeResourceStream 这个方法主要对 opts.inDensity 和 opts.inTargetDensity进行赋值。

尽量不要使用setImageBitmap或setImageResource或BitmapFactory.decodeResource来设置一张大图，因为这些函数在完成decode后，最终都是通过java层的createBitmap来完成的，需要消耗更多内存，可以通过BitmapFactory.decodeStream方法，创建出一个bitmap，再将其设为ImageView的 source。

Resource资源加载的方式相当的耗费内存，建议采用通过InputStream ins = resources.openRawResource(resourcesId);然后使用decodeStream代替decodeResource获取Bitmap。这么做的好处是：

BitmapFactory.decodeResource 加载的图片可能会经过缩放，该缩放目前是放在 java 层做的，效率比较低，而且需要消耗 java 层的内存。因此，如果大量使用该接口加载图片，容易导致OOM错误。
BitmapFactory.decodeStream 不会对所加载的图片进行缩放，相比之下占用内存少，效率更高。

这两个接口各有用处，如果对性能要求较高，则应该使用 decodeStream；如果对性能要求不高，且需要 Android 自带的图片自适应缩放功能，则可以使用 decodeResource。

Bitmap 于 drawable 的相互转换

Bitmap 转 drawable

Drawable newBitmapDrawable = new BitmapDrawable(bitmap);
还可以从BitmapDrawable中获取Bitmap对象
Bitmap bitmap = new BitmapDrawable.getBitmap();

drawable 转 Bitmap

BitmapFactory 中的 decodeResource 方法

Resources res = getResources();
Bitmap    bmp = BitmapFactory.decodeResource(res, R.drawable.ic_drawable);

将 Drable 对象先转化成 BitmapDrawable ，然后调用 getBitmap 方法获取

Resource res      = gerResource();
Drawable drawable = res.getDrawable(R.drawable.ic_drawable);//获取drawable
BitmapDrawable bd = (BitmapDrawable) drawable;
Bitmap bm         = bd.getBitmap();

根据已有的Drawable创建一个新的Bitmap

public static Bitmap drawableToBitmap(Drawable drawable) {

    int w = drawable.getIntrinsicWidth();
    int h = drawable.getIntrinsicHeight();
    System.out.println("Drawable转Bitmap");
    Bitmap.Config config =
            drawable.getOpacity() != PixelFormat.OPAQUE ? Bitmap.Config.ARGB_8888
                    : Bitmap.Config.RGB_565;
                    
    Bitmap bitmap = Bitmap.createBitmap(w, h, config);
    
    //注意，下面三行代码要用到，否则在View或者SurfaceView里的canvas.drawBitmap会看不到图
    Canvas canvas = new Canvas(bitmap);
    drawable.setBounds(0, 0, w, h);
    drawable.draw(canvas);

    return bitmap;
}

BitmapFactory.Options的属性解析

inJustDecodeBounds：如果这个值为 true ，那么在解码的时候将不会返回 Bitmap ，只会返回这个 Bitmap 的尺寸。这个属性的目的是，如果你只想知道一个 Bitmap 的尺寸，但又不想将其加载到内存中时，是一个非常好用的属性。
outWidth和outHeight：表示这个 Bitmap 的宽和高，一般和 inJustDecodeBounds 一起使用来获得 Bitmap的宽高，但是不加载到内存
inSampleSize：压缩图片时采样率的值，如果这个值大于1，那么就会按照比例（1 / inSampleSize）来缩小 Bitmap 的宽和高。如果这个值为 2，那么 Bitmap 的宽为原来的1/2，高为原来的1/2，那么这个 Bitmap 是所占内存像素值会缩小为原来的 1/4。
inDensity：表示这个 Bitmap 的像素密度，对应的是 DisplayMetrics 中的 densityDpi，不是 density。（如果不明白它俩之间的异同，可以看我的 Android 屏幕各种参数的介绍和学习）
inTargetDensity：表示要被新 Bitmap 的目标像素密度，对应的是 DisplayMetrics 中的 densityDpi。
inScreenDensity：表示实际设备的像素密度，对应的是 DisplayMetrics 中的 densityDpi。
inPreferredConfig：这个值是设置色彩模式，默认值是 ARGB_8888,这个模式下，一个像素点占用 4Byte 。RGB_565 占用 2Byte，ARGB_4444 占用 4Byte（以废弃）。
inPremultiplied：这个值和透明度通道有关，默认值是 true，如果设置为 true，则返回的 Bitmap 的颜色通道上会预先附加上透明度通道。
inScaled：设置这个Bitmap 是否可以被缩放，默认值是 true，表示可以被缩放。
inMutable：若为true，则返回的Bitmap是可变的，可以作为Canvas的底层Bitmap使用。
若为false，则返回的Bitmap是不可变的，只能进行读操作。
如果要修改Bitmap，那就必须返回可变的bitmap，例如:修改某个像素的颜色值(setPixel)
inBitmap：这个参数用来实现 Bitmap 内存的复用，但复用存在一些限制，具体体现在：在 Android 4.4 之前只能重用相同大小的 Bitmap 的内存，而 Android 4.4 及以后版本则只要后来的 Bitmap 比之前的小即可。使用 inBitmap 参数前，每创建一个 Bitmap 对象都会分配一块内存供其使用，而使用了 inBitmap 参数后，多个 Bitmap 可以复用一块内存，这样可以提高性能。

Bitmap如何复用

image.png

使用inBitmap能够大大提高内存的利用效率，但是它也有几个限制条件：

Bitmap复用首选需要其 mIsMutable 属性为 true , mIsMutable 的表面意思为：易变的

在Bitmap中的意思为: 控制bitmap的setPixel方法能否使用，也就是外界能否修改bitmap的像素。mIsMutable 属性为 true 那么就可以修改Bitmap的像素数据，这样也就可以实现Bitmap对象的复用了。

在SDK 11 -> 18之间，重用的bitmap大小必须是一致的，例如给inBitmap赋值的图片大小为100-100，那么新申请的bitmap必须也为100-100才能够被重用。
被复用的Bitmap必须是Mutable,即inMutable的值为true。违反此限制，不会抛出异常，且会返回新申请内存的Bitmap。
从SDK 19开始，新申请的bitmap大小必须小于或者等于已经赋值过的bitmap大小。违反此限制，将会导致复用失败，抛出异常IllegalArgumentException(Problem decoding into existing bitmap）
新申请的bitmap与旧的bitmap必须有相同的解码格式，例如大家都是8888的，如果前面的bitmap是8888，那么就不能支持4444与565格式的bitmap了，不过可以通过创建一个包含多种典型可重用bitmap的对象池，这样后续的bitmap创建都能够找到合适的“模板”去进行重用。

Bitmap如何压缩

质量压缩

质量压缩不会改变图片的像素点，即我们使用完质量压缩后，在转换Bitmap时占用内存依旧不会减小。但是可以减少我们存储在本地文件的大小，即放到 disk上的大小。

/**
     * 质量压缩方法,并不能减小加载到内存时所占用内存的空间，应该是减小的所占用磁盘的空间
     * @param image
     * @param compressFormat
     * @return
     */
    public static Bitmap compressbyQuality(Bitmap image, Bitmap.CompressFormat compressFormat) {

        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
        //质量压缩方法，这里100表示不压缩，把压缩后的数据存放到baos中
        image.compress(compressFormat, 100, baos);
        int quality = 100;

        //循环判断如果压缩后图片是否大于100kb,大于继续压缩
        while ( baos.toByteArray().length / 1024 > 100) { 
            baos.reset();//重置baos即清空baos
            if(quality > 10){
                quality -= 20;//每次都减少20
            }else {
                break;
            }
            
            //这里压缩options%，把压缩后的数据存放到baos中
            image.compress(Bitmap.CompressFormat.JPEG,quality,baos);
        }
        
        //把压缩后的数据baos存放到ByteArrayInputStream中
        ByteArrayInputStream isBm = new ByteArrayInputStream(baos.toByteArray());

        BitmapFactory.Options options = new BitmapFactory.Options();
        options.inPreferredConfig = Bitmap.Config.RGB_565;
        
        //把ByteArrayInputStream数据生成图片
        Bitmap bmp = BitmapFactory.decodeStream(isBm, null, options);

        return bmp;
    }

采样压缩

这个方法主要用在图片资源本身较大，或者适当地采样并不会影响视觉效果的条件下，这时候我们输出的目标可能相对的较小，对图片的大小和分辨率都减小。

压缩格式 CompressFormat

Bitmap.CompressFormat.JPEG

一种有损压缩（JPEG2000既可以有损也可以无损），".jpg"或者".jpeg";
优点：采用了直接色，有丰富的色彩，适合存储照片和生动图像效果；缺点：有损，不适合用来存储logo、线框类图

Bitmap.CompressFormat.PNG

一种无损压缩，".png";
PNG 格式是无损的，它无法再进行质量压缩，quality 这个参数就没有作用了，会被忽略，所以最后图片保存成的文件大小不会有变化；
优点：支持透明、无损，主要用于小图标，透明背景等；
缺点：若色彩复杂，则图片生成后文件很大；

Bitmap.CompressFormat.WEBP

以WebP算法进行压缩；
Google开发的新的图片格式，同时支持无损和有损压缩，使用直接色。
无损压缩，相同质量的webp比PNG小大约26%；
有损压缩，相同质量的webp比JPEG小25%-34% 支持动图，基本取代gif
缺点：解压速度慢

    **
     * 采样率压缩,这个和矩阵来实现缩放有点类似，但是有一个原则是“大图小用用采样，小图大用用矩阵”。
     * 也可以先用采样来压缩图片，这样内存小了，可是图的尺寸也小。如果要是用 Canvas 来绘制这张图时，再用矩阵放大
     * @param image
     * @param compressFormat
     * @param requestWidth 要求的宽度
     * @param requestHeight 要求的长度
     * @return
     */
    public static Bitmap compressbySample(Bitmap image, Bitmap.CompressFormat compressFormat, int requestWidth, int requestHeight){
        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
        
        //质量压缩方法，这里100表示不压缩，把压缩后的数据存放到baos中
        image.compress(compressFormat,100,baos);
        
        //把压缩后的数据baos存放到ByteArrayInputStream中
        ByteArrayInputStream isBm = new ByteArrayInputStream(baos.toByteArray());

        BitmapFactory.Options options = new BitmapFactory.Options();
        options.inPreferredConfig = Bitmap.Config.RGB_565;
        options.inPurgeable = true;
        
        //只读取图片的头信息，不去解析真是的位图
        options.inJustDecodeBounds = true;
        BitmapFactory.decodeStream(isBm,null,options);
        options.inSampleSize = calculateInSampleSize(options,requestWidth,requestHeight);
        
        //-------------inBitmap------------------
        options.inMutable = true;
        try{
            Bitmap inBitmap = Bitmap.createBitmap(options.outWidth, options.outHeight, Bitmap.Config.RGB_565);
            if (inBitmap != null && canUseForInBitmap(inBitmap, options)) {
                options.inBitmap = inBitmap;
            }
        }catch (OutOfMemoryError e){
            options.inBitmap = null;
            System.gc();
        }

        //---------------------------------------

        options.inJustDecodeBounds = false;//真正的解析位图
        
        isBm.reset();
        Bitmap compressBitmap;
        try{
            compressBitmap =  BitmapFactory.decodeStream(isBm, null, options);//把ByteArrayInputStream数据生成图片
        }catch (OutOfMemoryError e){
            compressBitmap = null;
            System.gc();
        }

        return compressBitmap;
    }

    /**
     * 采样压缩比例
     * @param options
     * @param reqWidth 要求的宽度
     * @param reqHeight 要求的长度
     * @return
     */
    private static int calculateInSampleSize(BitmapFactory.Options options, int reqWidth, int reqHeight) {

        int originalWidth = options.outWidth;
        int originalHeight = options.outHeight;
        
        int inSampleSize = 1;

        if (originalHeight > reqHeight || originalWidth > reqHeight){
            // 计算出实际宽高和目标宽高的比率
            final int heightRatio = Math.round((float) originalHeight / (float) reqHeight);
            final int widthRatio = Math.round((float) originalWidth / (float) reqWidth);
            // 选择宽和高中最小的比率作为inSampleSize的值，这样可以保证最终图片的宽和高
            // 一定都会大于等于目标的宽和高。
            inSampleSize = heightRatio < widthRatio ? heightRatio : widthRatio;

        }
        return inSampleSize;
    }

使用矩阵

前面我们采用了采样压缩，Bitmap 所占用的内存是小了，可是图的尺寸也小了。当我们需要尺寸较大时该怎么办？我们要用用 Canvas 绘制怎么办？当然可以用矩阵（Matrix）

/**
     * 矩阵缩放图片
     * @param sourceBitmap
     * @param width 要缩放到的宽度
     * @param height 要缩放到的长度
     * @return
     */
    private Bitmap getScaleBitmap(Bitmap sourceBitmap,float width,float height){
        Bitmap scaleBitmap;
        //定义矩阵对象
        Matrix matrix = new Matrix();
        float scale_x = width/sourceBitmap.getWidth();
        float scale_y = height/sourceBitmap.getHeight();
        matrix.postScale(scale_x,scale_y);

        try {
            scaleBitmap = Bitmap.createBitmap(sourceBitmap,0,0,sourceBitmap.getWidth(),sourceBitmap.getHeight(),matrix,true);
        }catch (OutOfMemoryError e){
            scaleBitmap = null;
            System.gc();
        }
        return scaleBitmap;
    }

Android Bitmap 使用

Bitmap内存模型

Bitmap内存占用

手动计算

Android API 的方法

getByteCount()

getAllocationByteCount()

Bitmap的创建

Bitmap.createBitmap

BitmapFactory

Bitmap 于 drawable 的相互转换

Bitmap 转 drawable

drawable 转 Bitmap

BitmapFactory.Options的属性解析

Bitmap如何复用

Bitmap如何压缩

质量压缩

采样压缩

压缩格式 CompressFormat

使用矩阵

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