OpenGL ES 高级进阶：fence同步

大家好，这是我的OpenGL ES 高级进阶系列文章，在我的github上有一个与本系列文章对应的项目，欢迎关注，链接：github.com/kenneycode/…

今天给大家介绍OpenGL ES 3.0的一个特性fence，它可以用来同步OpenGL命令，在多线程编程时很有用，我之前的一篇文章《OpenGL ES 命令队列及glFlush/glFinish》中有说到，OpenGL命令的执行是在GPU上的，我们调用OpenGL方法实际上是往OpenGL的命令队列里面插入命令，GPU从命令中取出命令执行。

因此，一般情况下我们调用OpenGL方法后，并不是马上有效果的，如果要某处确保之前的OpenGL执行完，就需要用到glFinish，但glFinish只能保证本线程对应的命令队列中的命令执行完，这就意味着不能在一个线程中等待另一个线程的OpenGL命令执行完，这就有很大的限制，回想我们在CPU上的同步操作，例如我们在一个线程中wait，在另一个线程中notify，这很容易实现在一个线程中等待另一个线程的指定任务执行完成，这也是我们很常用的操作，但在对于GPU，无法用glFinish来实现类似的逻辑，实际上，在OpenGL ES 3.0以前，是无法实现的。

到了OpenGL ES 3.0，我们可以用fence实现，使用越来也很简单，就是在一个线程中插入一个fence，然后在另一个线程中就可以去等待这个fence，我画了一张图：

例如我们有这样一种逻辑，在GLThread 0中渲染一个纹理，在另一个线程GLThread 1中将这个纹理拿去使用，那就需要确保在GLThread 1使用这个纹理时，GLThread 0对这个纹理的渲染已经完成，有了fence后，我们可以在GLThread 0渲染操作之后插入一个fence，然后在GLThread 1要使用这个纹理时去等这个fence。

我们来看看代码，先看看插入fence的代码：

val fenceSyncObject = GLES30.glFenceSync(GLES30.GL_SYNC_GPU_COMMANDS_COMPLETE, 0)

这个方法调用后会往当前线程的命令队列中插入一个fence并返回一个long型变量来代码这个fence同步对象，以便于其它地方去等待它，有2个方法可以用于等待，glWaitSync和glClientWaitSync，它们的差别是glWaitSync是在GPU上等待，glClientWaitSync是在CPU上等待。

来看看我们有例子代码，在这个例子中，我们在一个线程中渲染一张图到一个纹理同时到屏幕上，在另一个线程中将这个纹理读出来显示到屏幕的右下角的一个ImageView上：

override fun onDrawFrame(gl: GL10?) {
            
    ...
    
    // 渲染到纹理上
    // Render to texture
    GLES30.glDrawArrays(GLES30.GL_TRIANGLES, 0, textureCoordinateData.size / VERTEX_COMPONENT_COUNT)

    // 向OpenGL的Command Buffer中插入一个fence
    // Insert a fence into the OpenGL command buffer
    val fenceSyncObject = GLES30.glFenceSync(GLES30.GL_SYNC_GPU_COMMANDS_COMPLETE, 0)

    // 在另一个线程中读取当前线程的渲染结果
    // Read the render result in the other thread
    otherThreadHandler.post {
        if (!flag) {

            // 等待fence前的OpenGL命令执行完毕
            // Waiting for completion of the OpenGL commands before our fence
            GLES30.glWaitSync(fenceSyncObject, 0, GLES30.GL_TIMEOUT_IGNORED)

            // 删除fence同步对象
            // Delete the fence sync object
            GLES30.glDeleteSync(fenceSyncObject)

            val frameBuffers = IntArray(1)
            GLES30.glGenFramebuffers(frameBuffers.size, frameBuffers, 0)
            GLES30.glActiveTexture(GLES30.GL_TEXTURE1)
            GLES30.glBindTexture(GLES30.GL_TEXTURE_2D, sharedTexture)
            GLES30.glBindFramebuffer(GLES30.GL_FRAMEBUFFER, frameBuffers[0])
            GLES30.glFramebufferTexture2D(GLES30.GL_FRAMEBUFFER, GLES30.GL_COLOR_ATTACHMENT0, GLES30.GL_TEXTURE_2D, sharedTexture, 0)
            val buffer = ByteBuffer.wrap(ByteArray(glSurfaceViewWidth * glSurfaceViewHeight * 4))
            GLES30.glReadPixels(0, 0, glSurfaceViewWidth, glSurfaceViewHeight, GLES30.GL_RGBA, GLES30.GL_UNSIGNED_BYTE, buffer)
            GLES30.glBindFramebuffer(GLES30.GL_FRAMEBUFFER, 0)
            val bitmap = Bitmap.createBitmap(glSurfaceViewWidth, glSurfaceViewHeight, Bitmap.Config.ARGB_8888)
            buffer.position(0)
            bitmap.copyPixelsFromBuffer(buffer)
            flag = true

            // 将读取到的渲染结果显示到一个ImageView上
            // Display the read render result on a ImageView
            imageView.post {
                imageView.setImageBitmap(bitmap)
            }
        }

    }

    // 将frame buffer绑回0号，将渲染结果同时也显示到屏幕上
    // Bind frame buffer to 0# and also render the result on screen
    GLES30.glBindFramebuffer(GLES30.GL_FRAMEBUFFER, 0)

    GLES30.glActiveTexture(GLES30.GL_TEXTURE0)
    GLES30.glBindTexture(GLES30.GL_TEXTURE_2D, imageTexture)

    GLES30.glClearColor(0.9f, 0.9f, 0.9f, 1f)

    // 清屏
    // Clear the screen
    GLES30.glClear(GLES30.GL_COLOR_BUFFER_BIT)

    // 设置视口，这里设置为整个GLSurfaceView区域
    // Set the viewport to the full GLSurfaceView
    GLES30.glViewport(0, 0, glSurfaceViewWidth, glSurfaceViewHeight)

    GLES30.glDrawArrays(GLES30.GL_TRIANGLES, 0, vertexData.size / VERTEX_COMPONENT_COUNT)
}

加了fence后就能保证在另一个线程中读出的时候，图片纹理已经渲染完成了，如果不加fence，可能会观察到读出来的纹理是残缺不全的，渲染操作越是复杂，越是可能观察到，因为读的时候还来不及渲染完，在这个例子中，我做了一个模糊操作，让渲染操作稍微变得复杂。

下面是这个例子的效果：

代码在我github的OpenGLESPro项目中，本文对应的是SampleFenceSync，项目链接：github.com/kenneycode/…

感谢阅读！