HWC（HWComposer）

HWC 的全称是 Hardware Composer，即硬件合成器，是 Android 图形渲染管线中连接 SurfaceFlinger 与显示硬件的核心中间层组件，其核心使命是利用硬件加速能力完成多图层合成，替代 CPU 软件合成，大幅降低系统资源占用、提升渲染性能。

一、 HWC 的核心定位与价值

1. 核心定位

  • HWC 是运行在系统空间的底层模块（通常由芯片厂商适配，基于显示硬件的驱动实现），向上为 SurfaceFlinger 提供标准化的合成接口，向下直接操控 GPU / 显示处理器（DPU，Display Processing Unit）等硬件。
  • HWC 是 SurfaceFlinger 完成图层合成的核心依赖——SurfaceFlinger 本身不直接处理合成的硬件指令，而是将合成任务交给 HWC 决策和执行。

2. 核心价值（对比软件合成）

Android 系统中图层合成有两种方式，HWC 主导的硬件合成相比传统 CPU 软件合成有质的提升：

合成方式核心执行者性能表现CPU 占用适用场景
硬件合成（HWC 主导）GPU/DPU 等专用硬件极高（并行处理多图层）极低（几乎不占用 CPU）绝大多数常规图层（无复杂变换）
软件合成（RenderEngine 主导）CPU低（逐像素串行绘制）极高（图层越多，占用越高）复杂变换图层（如透视、自定义 Shader）

简单来说：HWC 是 Android 设备 UI 流畅的关键硬件支撑，没有 HWC 的硬件加速，高刷新率屏幕、多应用分屏等功能都无法流畅运行。

二、 HWC 的核心工作原理

HWC 的工作流程完全嵌入在 SurfaceFlinger 的合成周期中，核心分为「合成决策」和「合成执行」两步：

步骤 1：SurfaceFlinger 向 HWC 提交图层信息

当 SurfaceFlinger 接收到 VSYNC 信号触发合成周期时：

  1. SurfaceFlinger会收集当前所有待合成的图层（如应用窗口、状态栏、导航栏），整理每个图层的关键信息：
  • 图层的 Z-Order 层级（显示顺序）；
  • 图层的 GraphicBuffer 地址（存储渲染数据的内存缓冲区）；
  • 图层的变换参数（如缩放、旋转、透明度）；
  1. SurfaceFlinger` 将这些图层信息传递给 HWC，请求 HWC 进行合成决策。

步骤 2：HWC 执行合成决策（核心环节）

HWC 会根据自身硬件能力，对图层进行分类，决定哪些图层用硬件合成，哪些图层需要降级为软件合成，决策规则如下：

  1. 硬件合成支持的图层：

    • 无复杂变换的普通图层（如静态界面、简单平移的 View）；

    • 透明度、缩放、旋转等基础变换的图层（HWC 硬件可直接处理）；

    • 符合硬件格式要求的 GraphicBuffer（如 RGB 格式）。

      对于这类图层，HWC 会标记为 HWC_OVERLAY

      类型，意味着可以直接由 GPU/DPU 硬件合成，无需 CPU 参与。

  2. 硬件合成不支持的图层：

    • 带复杂变换的图层（如 3D 透视、自定义 OpenGL Shader 效果）；

    • 硬件不支持的图像格式（如 YUV 格式未做硬件适配）；

    • 图层数量超过硬件最大支持数（如部分低端硬件仅支持 4-8 个硬件图层）。

      对于这类图层，HWC 会标记为 HWC_FRAMEBUFFER 类型，通知 SurfaceFlinger：这些图层需要先由 CPU 软件合成，再参与硬件合成。

步骤 3：执行合成操作

根据决策结果，分两种情况完成合成：

  1. 纯硬件合成（最优情况）

    若所有图层都支持硬件合成，HWC 会直接指挥 GPU/DPU：

    • 从每个图层的 GraphicBuffer 中读取渲染数据；

    • 按照 Z-Order 层级，在硬件层面完成图层的叠加、混合（零拷贝机制，无需拷贝数据到临时缓冲区）；

    • 将合成后的最终帧缓冲区直接传递给显示控制器，等待 VSYNC 信号触发屏幕刷新。

      这个过程几乎不占用 CPU，合成效率极高。

  2. 混合合成（硬件 + 软件）

    若存在不支持硬件合成的图层：

    • 第一步：SurfaceFlinger 调用 RenderEngine（软件渲染引擎），使用 CPU 将这些特殊图层合成到一个临时 GraphicBuffer 中；

    • 第二步：HWC 将这个临时 GraphicBuffer 视为普通图层，与其他支持硬件合成的图层一起，完成最终的硬件合成；

    • 第三步：输出到显示控制器。

      这种模式会增加 CPU 开销，是导致卡顿的常见原因之一。

三、 HWC 的关键版本演进

HWC 随着 Android 版本迭代不断升级，能力越来越强，主流版本如下：

HWC 版本对应 Android 版本核心升级点
HWC 1.0Android 4.0+基础硬件合成能力，仅支持简单图层叠加，不支持高刷新率
HWC 2.0Android 7.0+1. 支持多显示设备（如主屏 + 外接显示器）；2. 支持图层的动态属性修改（如实时调整透明度）；3. 大幅提升硬件图层数量上限
HWC 3.0Android 10.0+1. 支持 90Hz/120Hz 等高刷新率屏幕；2. 支持 HDR 显示效果的硬件合成；3. 优化低功耗模式下的合成效率

四、 HWC 与应用开发的关联

应用层开发者无法直接调用 HWC，但可以通过优化应用的 UI 实现，让 HWC 更高效地完成硬件合成，从而提升应用流畅度，核心优化建议如下：

  1. 减少图层数量
    • 避免过多的悬浮窗、透明 View、重叠 View，减少 HWC 的合成压力；
    • 使用 ViewGroup.mergeChildren() 合并子 View，减少过度绘制和图层拆分。
  2. 避免复杂图层变换
    • 尽量少用 setRotationX()/setRotationY() 等 3D 变换，这类变换会触发软件合成；
    • 简单的平移、缩放、透明度调整可放心使用（HWC 硬件原生支持）。
  3. 合理使用 SurfaceView/TextureView
    • 视频播放、相机预览等场景优先使用 SurfaceView，其 Surface 可直接被 HWC 识别为独立硬件图层，避免与 UI 图层混合后触发软件合成；
    • TextureView 会将内容渲染到 UI 图层中，可能增加软件合成概率，非必要不使用。
  4. 通过工具分析合成类型
    • 使用 Systrace 工具，添加 gfx/surfaceflinger 标签，可查看每个图层的合成类型（HWC_OVERLAY 为硬件合成，HWC_FRAMEBUFFER 为软件合成）；
    • 若大量图层显示为 HWC_FRAMEBUFFER，需优化 UI 实现。

五、 总结

  1. HWC 是硬件合成器，是 SurfaceFlinger 与显示硬件的中间层，核心是用 GPU/DPU 替代 CPU 完成图层合成。
  2. 核心工作流程：SurfaceFlinger 提交图层信息 → HWC 决策合成类型 → 硬件 / 混合合成 → 输出到屏幕。
  3. 性能核心：硬件合成（HWC_OVERLAY）是最优路径，软件合成会增加 CPU 开销，应尽量避免。
  4. 应用优化：减少图层数量、避免复杂变换、优先用 SurfaceView，让 HWC 以最高效的方式工作。
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Contributors: luokaiwen