Bitmap(位图)全解析 Part 1

在 Android 开发中，Bitmap（位图）是处理图像的核心类，广泛用于显示图片、绘制图形、图像处理等场景。Bitmap 属于 android.graphics 包，表示一张二维像素矩阵，包含颜色和透明度信息。由于其重要性和复杂性，本文将作为 Bitmap 全解析 Part 1，聚焦于 Bitmap 的基础知识、创建与加载方式、配置参数、内存管理基础，以及在 Android 中的常见使用场景，结合中文讲解、代码示例和注意事项，适合初学者和进阶开发者。后续部分将深入探讨图像处理、优化和高级应用。

---

一、Bitmap 基础知识

1. Bitmap 定义

• Bitmap：一个表示位图图像的类，存储像素数据（RGB 或 ARGB），每个像素由颜色值和可选的透明度（Alpha 通道）组成。
• 包：android.graphics.Bitmap。
• 用途：
• 显示图片（ImageView、Canvas）。
• 图像处理（如裁剪、旋转、滤镜）。
• 自定义 Drawable 或 View 绘制。
• 核心属性：
• 宽度和高度：以像素为单位。
• 像素格式：如 ARGB_8888（高质量，4 字节/像素）、RGB_565（节省内存，2 字节/像素）。
• 内存占用：宽 × 高 × 每像素字节数。

2. Bitmap 的像素格式

Bitmap 支持多种像素格式，影响内存占用和图像质量：

• ARGB_8888（默认）：4 字节/像素，支持 Alpha 通道，最高质量，内存占用大。
• RGB_565：2 字节/像素，无 Alpha 通道，适合不透明图像，内存占用较小。
• ARGB_4444（已废弃）：2 字节/像素，低质量 Alpha，Android 8.0+ 不推荐。
• ALPHA_8：1 字节/像素，仅存储 Alpha 通道，用于遮罩。
• 代码示例（检查格式）：

  val bitmap = BitmapFactory.decodeResource(resources, R.drawable.image)
  println("Bitmap 格式: ${bitmap.config}") // 输出：ARGB_8888

3. 内存占用计算

• 公式：内存占用 = 宽度 × 高度 × 每像素字节数。
• 示例：
• 1080×1920 像素，ARGB_8888 格式：1080 × 1920 × 4 = 8,294,400 字节 ≈ 8MB。
• 1080×1920 像素，RGB_565 格式：1080 × 1920 × 2 = 4,147,200 字节 ≈ 4MB。
• 注意：大尺寸 Bitmap 容易导致内存溢出（OOM），需优化加载。

---

二、Bitmap 的创建与加载方式

Bitmap 可以通过多种方式创建或加载，以下是常见方法：

1. 从资源文件加载

• 场景：加载 res/drawable 或 res/raw 中的图片。
• 代码示例（Kotlin）：

  import android.graphics.BitmapFactory
  import android.os.Bundle
  import android.widget.ImageView
  import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity

  class MainActivity : AppCompatActivity() {
      override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
          super.onCreate(savedInstanceState)
          setContentView(R.layout.activity_main)

          val imageView = findViewById<ImageView>(R.id.imageView)
          val bitmap = BitmapFactory.decodeResource(resources, R.drawable.image)
          imageView.setImageBitmap(bitmap)
      }
  }

• 布局文件（res/layout/activity_main.xml）：

  <ImageView
      android:id="@+id/imageView"
      android:layout_width="match_parent"
      android:layout_height="match_parent" />

2. 从文件加载

• 场景：加载 SD 卡或内部存储的图片。
• 代码示例（Kotlin）：

  import java.io.File

  val file = File("/sdcard/image.jpg")
  val bitmap = BitmapFactory.decodeFile(file.absolutePath)
  imageView.setImageBitmap(bitmap)

• 权限（Android 6.0+）：

  <uses-permission android:name="android.permission.READ_EXTERNAL_STORAGE" />

3. 从输入流加载

• 场景：从网络、Assets 或其他流加载图片。
• 代码示例（从 Assets）：

  val inputStream = assets.open("image.jpg")
  val bitmap = BitmapFactory.decodeStream(inputStream)
  imageView.setImageBitmap(bitmap)
  inputStream.close()

4. 创建空白 Bitmap

• 场景：动态生成图片或用于 Canvas 绘制。
• 代码示例（Kotlin）：

  import android.graphics.Bitmap
  import android.graphics.Canvas
  import android.graphics.Color

  val bitmap = Bitmap.createBitmap(200, 200, Bitmap.Config.ARGB_8888)
  val canvas = Canvas(bitmap)
  canvas.drawColor(Color.RED) // 填充红色
  imageView.setImageBitmap(bitmap)

5. 从现有 Bitmap 创建

• 场景：裁剪、缩放或复制 Bitmap。
• 代码示例（Kotlin）：

  val sourceBitmap = BitmapFactory.decodeResource(resources, R.drawable.image)
  val croppedBitmap = Bitmap.createBitmap(sourceBitmap, 50, 50, 100, 100) // 裁剪
  imageView.setImageBitmap(croppedBitmap)

---

三、Bitmap 配置参数（BitmapFactory.Options）

BitmapFactory.Options 用于控制 Bitmap 加载行为，优化内存和性能。

1. 常用属性

• inJustDecodeBounds：仅解码边界信息（宽高），不加载像素数据。
• inSampleSize：采样率，压缩图片尺寸（2 的幂，如 2、4、8）。
• inPreferredConfig：指定像素格式（如 Bitmap.Config.RGB_565）。
• inMutable：是否可修改（默认 false）。

2. 优化加载示例

加载大图时，计算采样率以减少内存占用：

fun loadScaledBitmap(filePath: String, targetWidth: Int, targetHeight: Int): Bitmap? {
    // 第一次解码，仅获取宽高
    val options = BitmapFactory.Options().apply {
        inJustDecodeBounds = true
    }
    BitmapFactory.decodeFile(filePath, options)

    // 计算采样率
    options.inSampleSize = calculateInSampleSize(options, targetWidth, targetHeight)
    options.inJustDecodeBounds = false
    options.inPreferredConfig = Bitmap.Config.RGB_565 // 节省内存

    // 第二次解码，加载缩放后的 Bitmap
    return BitmapFactory.decodeFile(filePath, options)
}

fun calculateInSampleSize(options: BitmapFactory.Options, reqWidth: Int, reqHeight: Int): Int {
    val (height: Int, width: Int) = options.outHeight to options.outWidth
    var inSampleSize = 1
    if (height > reqHeight || width > reqWidth) {
        val halfHeight = height / 2
        val halfWidth = width / 2
        while (halfHeight / inSampleSize >= reqHeight && halfWidth / inSampleSize >= reqWidth) {
            inSampleSize *= 2
        }
    }
    return inSampleSize
}

• 使用：

  val bitmap = loadScaledBitmap("/sdcard/image.jpg", 100, 100)
  imageView.setImageBitmap(bitmap)

• 说明：
• inJustDecodeBounds = true 获取图片尺寸。
• inSampleSize 按 2 的幂缩放（如 2 代表宽高减半）。
• 使用 RGB_565 减少内存。

---

四、Bitmap 在 Android 中的使用场景

1. ImageView 显示

• 描述：最常见场景，将 Bitmap 设置为 ImageView 的内容。
• 示例：

  imageView.setImageBitmap(bitmap)

2. 作为 Drawable

• 描述：将 Bitmap 转换为 BitmapDrawable，用于 View 背景。
• 示例：

  val bitmapDrawable = BitmapDrawable(resources, bitmap)
  view.background = bitmapDrawable

3. Canvas 绘制

• 描述：在 Canvas 上绘制 Bitmap 或自定义图形。
• 示例：

  val bitmap = Bitmap.createBitmap(200, 200, Bitmap.Config.ARGB_8888)
  val canvas = Canvas(bitmap)
  canvas.drawColor(Color.BLUE)
  canvas.drawText("Hello", 50f, 50f, Paint().apply { color = Color.WHITE })
  imageView.setImageBitmap(bitmap)

4. 图像处理

• 描述：裁剪、缩放、旋转等（Part 2 将详细讲解）。
• 简单示例（缩放）：

  val scaledBitmap = Bitmap.createScaledBitmap(bitmap, 100, 100, true)
  imageView.setImageBitmap(scaledBitmap)

---

五、内存管理基础

Bitmap 是 Android 中内存占用的主要来源，需谨慎管理以避免 OOM（OutOfMemoryError）。

1. 内存优化策略

• 使用采样率：通过 inSampleSize 减小图片尺寸。
• 选择低内存格式：优先使用 RGB_565 而非 ARGB_8888（无透明需求时）。
• 及时回收：调用 bitmap.recycle() 释放内存（仅当确保不再使用）。

  if (!bitmap.isRecycled) {
      bitmap.recycle()
  }

• 缓存管理：使用 LRU 缓存（后续 Part 2 讲解）。

2. 检查内存占用

• 代码示例：

  val memorySize = bitmap.byteCount / 1024 / 1024 // MB
  println("Bitmap 内存: $memorySize MB")

3. 避免内存泄漏

• 释放 ImageView 的 Bitmap：

  override fun onDestroy() {
      super.onDestroy()
      (imageView.drawable as? BitmapDrawable)?.bitmap?.recycle()
      imageView.setImageDrawable(null)
  }

---

六、常见问题及注意事项

1. 内存溢出（OOM）：

• 原因：加载大尺寸图片或未释放 Bitmap。
• 解决：
  • 使用 inSampleSize 缩放。
  • 选择 RGB_565 格式。
  • 及时调用 recycle()（谨慎使用，API 19+ 不推荐）。

1. 兼容性：

• 低版本 API：ARGB_4444 在 Android 8.0+ 已废弃。
• Android 4.4+：WebView 支持 SVG，可结合 VectorDrawable 替代部分 Bitmap。

1. 性能优化：

• 异步加载：大图加载使用线程或协程：
  kotlin GlobalScope.launch(Dispatchers.IO) { val bitmap = BitmapFactory.decodeFile("/sdcard/image.jpg") runOnUiThread { imageView.setImageBitmap(bitmap) } }
• 硬件加速：确保启用（默认开启）：
  xml <application android:hardwareAccelerated="true">

1. 权限问题：

• 加载外部存储图片需运行时权限（Android 6.0+）：
  kotlin if (ContextCompat.checkSelfPermission(this, Manifest.permission.READ_EXTERNAL_STORAGE) != PackageManager.PERMISSION_GRANTED) { ActivityCompat.requestPermissions(this, arrayOf(Manifest.permission.READ_EXTERNAL_STORAGE), 100) }

1. 资源管理：

• 关闭输入流：
  kotlin inputStream.close()
• 避免重复加载：
  kotlin if (bitmap == null || bitmap.isRecycled) { bitmap = BitmapFactory.decodeResource(resources, R.drawable.image) }

---

七、学习建议与实践

1. 学习路径：

• 掌握 Bitmap 加载方式（资源、文件、流）。
• 学习 BitmapFactory.Options 优化内存。
• 实现基本显示和绘制场景。
• 了解内存管理基础。

1. 实践项目：

• 简单项目：加载图片到 ImageView，优化内存。
• 进阶项目：动态创建 Bitmap，绘制简单图形。
• 高级项目：实现图片裁剪或缩放（Part 2 讲解）。

1. 调试工具：

• Android Studio Profiler：监控内存占用。
• Logcat：记录 Bitmap 加载日志。
• Layout Inspector：检查 ImageView 的 Drawable。

1. 推荐资源：

• Android 官方文档：https://developer.android.com/reference/android/graphics/Bitmap
• BitmapFactory：https://developer.android.com/reference/android/graphics/BitmapFactory
• 内存优化：https://developer.android.com/topic/performance/graphics/manage-memory

---

八、总结

• Bitmap 基础：
• 表示二维像素矩阵，支持 ARGB_8888、RGB_565 等格式。
• 内存占用与尺寸和格式相关。
• 创建与加载：
• 从资源、文件、流或动态创建。
• 使用 BitmapFactory.Options 优化加载。
• 使用场景：
• ImageView 显示、Drawable 背景、Canvas 绘制。
• 内存管理：
• 使用采样率、低内存格式。
• 及时回收，防止泄漏。
• 注意事项：
• 避免 OOM，优化加载。
• 处理权限和兼容性。
• 异步加载大图。

---

九、后续系列预告

本篇为 Bitmap 全解析 Part 1，聚焦基础知识和加载方式。后续系列将深入探讨：

• Part 2：图像处理（裁剪、缩放、旋转、滤镜）。
• Part 3：高级优化（LRU 缓存、图片压缩、异步加载）。
• Part 4：结合 WebView 和 Socket 的图像传输。

如果需要更详细的代码示例（如大图加载优化、Canvas 绘制）或特定场景的讲解，请告诉我！