<p>以前学习过分形几何，很有意思，由简单的数学公式迭代计算得到的分形图形，放大后不会丢失细节。典型的如Mandelbrot图形：</p>    <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/51954f8d112744c916471dc5475b1c29.png"></p>    <p style="text-align:center">Mandelbrot.png</p>    <p>计算方式也不复杂，由f(z) = z^2 + c,迭代计算 z1=f(z0), z2=f(z1), z3=f(z2)...其中z, c都是复数，可以表示为复平面上的一个点，而每个点的计算次数可以映射为一个颜色值（就像不同温度映射为热成像），把这些不同坐标、不同颜色的点组合起来，就是一张分形图形了。</p>    <p>那么，Android下如何实现呢？</p>    <p>已知使用 Bitmap.setPixel(int x, int y, int color) 方法可以将计算结果保存到Bitmap中，有多种方法展示：</p>    <ul>     <li>一次计算出整个图形的Bitmap，显示到ImageView上：<br> 计算时间可能较长，计算过程中看不到任何画面</li>     <li>使用SurfaceView，利用可以动态刷新的特点，开启多个线程各计算图片的一部分，某个线程计算完成后将结果刷新到Surface上，直到所有线程结束</li>     <li>使用TextureView，原理跟SurfaceView相同。在Android4.0之后使用，支持硬件加速，并且TextureView可以放大，缩小，平移等（这些操作在SurfaceView上无效）</li>    </ul>    <p>SurfaceView效果图如下：</p>    <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/f727ad0965e18b563775fb88217c7ed2.gif"></p>    <p style="text-align:center">rects.gif</p>    <h3>SurfaceView的基本使用</h3>    <pre>  <code class="language-java">//创建SurfaceView，也可以直接放到layout布局中      SurfaceView surface = new SurfaceView(this);      //获取SurfaceHolder      SurfaceHolder holder = surface.getHolder();      //添加Callback      holder.addCallback(mCallback);        //创建Callback      SurfaceHolder.Callback mCallback = new SurfaceHolder.Callback() {          @Override          public void surfaceCreated(SurfaceHolder holder) {          //表示Surface准备好，可以绘制了                //绘制在整个Surface上              Canvas canvas = holder.lockCanvas();              canvas.drawColor(Color.BLACK);              holder.unlockCanvasAndPost(canvas);                //绘制在Surface中的一个矩形区域内              canvas = holder.lockCanvas(new Rect(0,0,100,100));              canvas.drawColor(Color.RED);              holder.unlockCanvasAndPost(canvas);          }            @Override          public void surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width, int height) {          }            @Override          public void surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder) {          //表示Surface销毁，不能绘制          }      };</code></pre>    <p>几个注意点：</p>    <ul>     <li>Surface的可绘制状态是在SurfaceHolder.Callback的 surfaceCreated(SurfaceHolder holder) 方法回调后， surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder) 方法回调前，可以用一个boolean变量标记可绘制状态，在每次绘制前先判断这个变量。如果在Surface创建前，或者Surface销毁后进行绘制，也会直接抛出异常</li>     <li>holder.unlockCanvasAndPost(Canvas c) ，从方法名中的post可以看出，这个方法不是立即执行的，连续多次调用会一次显示最终的结果。比如，画一个矩形，调用unlockCanvasAndPost，接着画另一个矩形，调用unlockCanvasAndPost，Surface上会直接显示两个矩形</li>     <li>holder.lockCanvas(Rect r) ，这个方法会从Surface中取出一块矩形区域进行刷新，Surface中的其他部分保持原样，也就是动态局部刷新。这个方法调用后会修改传入的参数 Rect r！！！如果后面还要用 r，就不能指望 r 中还是原来的数据，建议传入参数时构造一个新的Rect对象-- lockCanvas(new Rect(r))</li>     <li>从lockCavas()到unlockCanvasAndPost()的过程只能有一个线程操作(不需要是主线程)。也就是不能线程A调用了lockCavas()，还没有unlock，另一个线程B就跑来lock，这时会直接抛出异常。要使用多线程操作SurfaceView的话，可以把这两个方法封装在一个同步方法里，或者使用其他方式保证同一时间只有一个线程在修改Surface</li>    </ul>    <p>（下面是具体的方法）</p>    <p>计算一块矩形区域的分形图形，并保存到Bitmap中</p>    <p>调整传入的参数可以得到不同的图形</p>    <pre>  <code class="language-java">public Bitmap calculateBitmap(Rect r, float re, float im) {          Complex z = new Complex(0f,0f);          Complex c = new Complex(re, im);          Bitmap bitmap = Bitmap.createBitmap(r.width(), r.height(), Bitmap.Config.RGB_565);          for (int i = r.left - width / 2; i < r.right - width / 2; i++) {              for (int j = r.top - height / 2; j < r.bottom - height / 2; j++) {                  z.re = i * 2f / width;                  z.im = j * 3f / height;                    int k = 0;                  for (; k < ITERATE_TIMES; k++) {                      if (z.abs() > 2) break;                      z.mul(z);                      z.add(c);                  }                    int color = generateColor(k);                    bitmap.setPixel((i + width / 2) % r.width(), (j + height / 2) % r.height(), color);              }          }          return bitmap;      }</code></pre>    <p>把迭代次数映射为颜色值</p>    <p>修改这个方法可以得到不同的颜色效果</p>    <pre>  <code class="language-java">protected int generateColor(int k) {          int r, g, b;            if (k < 16) {              g = 0;              b = 16 * k - 1;              r = b;          } else if (k < 32) {              g = 16 * (k - 16);              b = 16 * (32 - k) - 1;              r = g;          } else if (k < 64) {              g = 8 * (64 - k) - 1;              r = g;              b = 0;          } else { // range is 64 - 127              r = 0;              g = 0;              b = 0;          }          return Color.argb(255, r, g, b);      }</code></pre>    <p>同步绘图</p>    <pre>  <code class="language-java">synchronized void drawBitmap(SurfaceHolder holder, Rect r, Bitmap bitmap) {          if (isAvailable.get()) {              Canvas canvas = holder.lockCanvas(new Rect(r));              canvas.drawBitmap(bitmap, r.left, r.top, null);              holder.unlockCanvasAndPost(canvas);          }      }</code></pre>    <p>多线程计算</p>    <ol>     <li>先将屏幕切分成多个矩形方块，便于开启多线程计算，将得到的所有Rect保存到一个集合中，可以使用 Collections.shuffle() 方法打乱排序，获得不同的视觉效果；</li>     <li>然后使用 Executors.newFixedThreadPool(5) 方法建立一个最大5个线程的线程池（这个数字跟设备CPU核数有关，一般用2*核数+1。线程数太少不能充分发挥CPU的性能；线程数太多了没有意义，实际开不了那么多线程，但没有发现负面作用）；</li>     <li> <p>遍历Rect集合，每取出一个Rect就丢到线程池中去计算，计算完调用同步绘图方法刷新SurfaceView。</p> <pre>  <code class="language-java">ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);         ArrayList<Rect> list = new ArrayList<>(xCount * yCount);         for (int i = 0; i < xCount; i++) {           for (int j = 0; j < yCount; j++) {               Rect r = new Rect(i * xSize, j * ySize, (i + 1) * xSize, (j + 1) * ySize);               list.add(r);             }       }         //打乱排序       Collections.shuffle(list);         for (final Rect r : list) {           executorService.execute(new Runnable() {               @Override               public void run() {                   Bitmap bitmap = calculateBitmap(r);                   syncDraw(r, bitmap);               }           });       }</code></pre> </li>    </ol>    <p>将Surface切分为条状的效果如下</p>    <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/4b3da0947967cca8f95342f8e97e4d12.gif"></p>    <p style="text-align:center">bars.gif</p>    <p>上面是绘制一张图形的方法，改变 calculateBitmap(Rect r, float re, float im) 方法的参数可以得到完全不同的图形。如果每个线程计算一个参数下的整个图形，计算完刷新整个Surface，就能看到参数变化的动态效果（即帧动画，由于计算速度的限制，导致帧数很低-_-!!）：</p>    <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/2c82420142695a908e71389261779ae5.gif"></p>    <p>这里用到生产者-消费者模型，多个线程生产（计算Bitmap），一个线程消费（将Bitmap绘制到SurfaceView上）。Java中一般而言有两种方法：一是利用wait/notify(notifyAll)机制；二是使用java.util.concurrent包中的对象，如BlockingQueue、ConcurrentMap等。后者能自动处理并发问题，使用起来比较方便，新代码中没有必要使用前者。当然后者也是对前者的封装，最好能了解前者的原理。</p>    <ol>     <li>构造一个 ConcurrentHashMap<Integer, Bitmap> 用于保存序号和对应的Bitmap图形</li>     <li>构造一个线程池，在一个固定次数（如500）的循环内，添加线程任务（生产者线程）：根据循环变量生成渐变的参数，计算出对应的Bitmap图形，然后将循环的次数和Bitmap图形添加到ConcurrentHashMap中（如果直接绘图，就不能保证图形变化跟随参数变化的顺序）</li>     <li>添加消费者线程任务：每个一段时间从ConcurrentHashMap中取出循环变量对应的Bitmap，要用 remove() 而不是 get() ，否则map的大小会不断增大。如果取出的Bitmap不为空，就绘制到SurfaceView上（因为是单线程操作，所以没必要用同步方法），否则继续等待和取出。 <p>注意要先添加消费者线程，再添加生产者线程（我的叙述是反的），否则消费者线程可能挤不进去！</p> </li>    </ol>    <pre>  <code class="language-java">final ConcurrentHashMap<Integer, Bitmap> map = new ConcurrentHashMap<>(10);            service = Executors.newFixedThreadPool(6);            service.execute(new Runnable() {              @Override              public void run() {                  int i = 0;                  paint = new Paint();                  paint.setColor(Color.RED);                  while (isAvailable.get()) {                      int waitTime = map.size() == 0 ? 1000 : 1000 / map.size();                      SystemClock.sleep(waitTime);                        Bitmap bitmap = map.remove(i);                      if (bitmap != null) {                          String text = "(" + String.format("%.5f", C.re + FACTOR_RE * i)                                  +" , " + String.format("%.5f", C.im + FACTOR_IM * i)                                  + ") buffered: " + map.size();                            drawBitmapAndText(bitmap, text);                          i++;                      }                    }              }          });            for (int i = 0; i < 500; i++) {              final int I = i;              service.execute(new Runnable() {                  @Override                  public void run() {                      float re = C.re + FACTOR_RE * I;                      float im = C.im + FACTOR_IM * I;                      Bitmap bitmap = calculateBitmap(new Rect(0, 0, width, height), re, im);                      map.put(I, bitmap);                  }              });          }</code></pre>    <p>调整参数的变化范围后的动画如下</p>    <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/0ddf8b920c3e6d4a44b47ea9c4a9999b.gif"></p>    <p> </p>    <p> </p>