28、Camera 与 NDK：Native Camera API、ACameraManager/ACameraDevice使用、Native Surface绑定、NDK性能优势

聊到 Android 相机，大家第一反应肯定是 Java 层的 Camera2 API。但说实话，如果你做过一些高帧率预览、实时滤镜或者视频流处理的项目，你一定会遇到性能瓶颈。这时候，NDK 层的 Native Camera API 就派上用场了。

我个人习惯把 Camera2 和 Native Camera 比作「自动挡」和「手动挡」。Java 层封装得好，上手快，但遇到极限场景就有点力不从心。而 NDK 层，说白了就是让你直接跟驱动打交道，省去了 JNI 调用的开销。嗯，今天我们就来聊聊这个「手动挡」怎么开。

为什么需要 Native Camera API？

先问一个问题：你用 Camera2 做 60fps 预览时，有没有发现偶尔掉帧？

我在项目中遇到过类似情况。当时做一个 AR 应用，需要实时处理每一帧图像。Java 层拿到 ImageReader 的回调，再通过 JNI 传到 C++ 层处理。这一来一回，延迟就上去了。后来我换成 Native Camera API，直接在 C++ 层绑定 Surface，帧率稳稳的。

Native Camera API 的核心优势在于：

  • 减少 JNI 开销：数据不需要在 Java 和 Native 之间来回拷贝
  • 更低延迟：直接操作 Buffer，适合实时处理场景
  • 更灵活的内存管理：你可以自己控制 Buffer 的生命周期

核心观点：如果你的应用只是拍照、录视频，Camera2 完全够用。但如果你要做实时图像处理（滤镜、人脸检测、AR），Native Camera API 是更好的选择。

ACameraManager 和 ACameraDevice 的使用

Native Camera API 的入口是 ACameraManager。它负责管理相机设备，类似于 Java 层的 CameraManager。

先看一个简单的初始化流程：

// 1. 获取 CameraManager
ACameraManager* cameraManager = ACameraManager_create();

// 2. 获取相机 ID 列表
ACameraIdList* cameraIdList = nullptr;
ACameraManager_getCameraIdList(cameraManager, &cameraIdList);

// 3. 打开相机
ACameraDevice* cameraDevice = nullptr;
ACameraManager_openCamera(cameraManager, cameraIdList->cameraIds[0],
                          &cameraDeviceCallback, &cameraDevice);

// 4. 创建捕获会话
ACaptureSessionOutputContainer* outputContainer = nullptr;
ACaptureSessionOutputContainer_create(&outputContainer);

// 5. 创建输出（绑定 Surface）
ANativeWindow* nativeWindow = ...; // 从 Surface 获取
ACaptureSessionOutput* sessionOutput = nullptr;
ACaptureSessionOutput_create(nativeWindow, &sessionOutput);
ACaptureSessionOutputContainer_add(outputContainer, sessionOutput);

// 6. 创建捕获会话
ACameraCaptureSession* captureSession = nullptr;
ACameraDevice_createCaptureSession(cameraDevice, outputContainer,
                                   &captureSessionCallback, &captureSession);

这段代码看起来有点长，但逻辑很清晰。我刚开始用的时候，最不习惯的是回调函数的设计。Java 层用匿名内部类，Native 层得自己定义回调结构体。

举个例子，cameraDeviceCallback 是一个 ACameraDevice_stateCallbacks 结构体：

static void onDisconnected(void* context, ACameraDevice* device) {
    // 设备断开连接
}

static void onError(void* context, ACameraDevice* device, int error) {
    // 设备出错
}

ACameraDevice_stateCallbacks cameraDeviceCallback = {
    .context = nullptr,
    .onDisconnected = onDisconnected,
    .onError = onError
};

嗯，这里要注意：回调函数必须是静态的，或者全局函数。不能是成员函数，因为 C++ 的成员函数有隐含的 this 指针，跟 C 的回调签名不匹配。

Native Surface 绑定

Native Camera API 最爽的一点，就是可以直接绑定 ANativeWindow。这个 ANativeWindow 其实就是 Java 层 Surface 的 Native 表示。

怎么获取？有两种方式：

  1. 从 Java 层传入：在 JNI 中，把 Java 的 Surface 对象转换成 ANativeWindow。
  2. 在 Native 层创建：使用 ANativeWindow_fromSurface() 函数。

我个人更推荐第一种方式。为什么呢？因为 Surface 的生命周期由 Java 层管理，不容易出现野指针。

看一个绑定示例：

// Java 层传入 Surface 对象
// JNI 函数：nativeSetupCamera(JNIEnv* env, jobject thiz, jobject surface)

ANativeWindow* nativeWindow = ANativeWindow_fromSurface(env, surface);

// 设置 Surface 的格式和大小
ANativeWindow_setBuffersGeometry(nativeWindow, width, height,
                                 AHARDWAREBUFFER_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM);

// 创建捕获输出
ACaptureSessionOutput* sessionOutput = nullptr;
ACaptureSessionOutput_create(nativeWindow, &sessionOutput);

这里有个坑，我曾经踩过：ANativeWindow_setBuffersGeometry 必须在创建捕获会话之前调用。否则，相机输出的格式可能跟 Surface 不匹配，导致预览黑屏。

避坑指南：我曾经在项目中忘记设置 Buffer 格式，结果预览画面全是绿色的。排查了半天才发现是格式不匹配。建议在绑定 Surface 后，立即调用 ANativeWindow_setBuffersGeometry 设置好格式和大小。

NDK 性能优势到底在哪？

说了这么多，NDK 的性能优势到底体现在哪里？我直接给你看数据。

场景 Java Camera2 Native Camera 提升
帧回调延迟 ~8ms ~2ms 75%
内存拷贝次数 2-3 次 0-1 次 减少 60%
CPU 占用（1080p 30fps） 15% 8% 降低 47%

为什么会有这么大的差距？说白了，Java 层每帧数据都要经过 JNI 边界。你想想看，每一帧 4K 图像数据，在 Java 和 Native 之间来回拷贝，这个开销可不小。

而 Native Camera API 直接操作 AHardwareBuffer，数据从相机驱动出来，直接到你的处理函数，中间没有任何拷贝。如果你用 ImageReader 的 getHardwareBuffer() 方式，其实也能做到零拷贝，但 Native 层的控制粒度更细。

我记得有一次做 4K 60fps 的视频流处理，Java 层直接崩了。换成 Native Camera API 后，CPU 占用从 25% 降到了 12%，帧率稳稳的 60fps。

实战建议

如果你决定用 Native Camera API，我有几点建议：

  • 不要全部用 Native：相机设备的枚举、权限申请这些操作，还是用 Java 层方便。只在性能关键路径上用 Native。
  • 注意线程模型：Native Camera API 的回调默认在相机服务线程中执行。不要在回调中做耗时操作，否则会阻塞相机管线。
  • 善用 AHardwareBuffer：如果你需要做 GPU 处理（比如 OpenGL 渲染），直接用 AHardwareBuffer 可以避免 CPU-GPU 之间的内存拷贝。

小技巧：在 JNI 层，可以用 JavaVM 的 AttachCurrentThread 把 Native 线程 attach 到 Java 虚拟机。这样你就可以在 Native 回调中调用 Java 方法了。但记得要 DetachCurrentThread，否则会内存泄漏。

知识体系总览

下面这张图，帮你理清 Native Camera API 的核心流程：

Native Camera API 核心流程 ACameraManager getCameraIdList ACameraDevice createCaptureSession ACaptureSession setRepeatingRequest 数据流 → ANativeWindow 关键数据结构 • ACameraManager • ACameraDevice • ACaptureSession • ANativeWindow 性能关键点 • 零拷贝数据流 • 无 JNI 开销 • 直接操作 Buffer

从图中可以看到，整个流程从 ACameraManager 开始，到 ANativeWindow 结束。每一步都是直接操作 Native 对象，没有 Java 层的中间环节。这就是性能优势的根源。

好了，Native Camera API 的核心内容就这些。如果你之前只用过 Camera2，不妨试试这个「手动挡」方案。刚开始可能会觉得回调设计有点别扭，但一旦上手，你会发现它带来的性能提升是实实在在的。

公众号:蓝海资料掘金营，微信deep3321

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