Canvas в Android: что это такое, класс Canvas и методы draw

Что такое Canvas в Android

Canvas — это центральный класс 2D-графики в Android, который предоставляет методы для рисования на плоскости. Каждый Canvas привязан к Bitmap — области памяти, в которую записываются результаты операций рисования. Когда View перерисовывается, система передаёт в onDraw() Canvas, уже связанный с буфером этого View.

Canvas работает в системе координат, где (0,0) — верхний левый угол, ось X идёт вправо, ось Y — вниз. Все операции рисования используют текущее состояние Canvas, включая матрицу трансформации, область отсечения (clip) и стиль Paint. По данным Android Documentation (2025), Canvas API включает более 30 методов draw* для разных типов графических примитивов.

Canvas и Hardware Acceleration

С Android 3.0 (API 11) Canvas поддерживает аппаратное ускорение через DisplayList. В ускоренном режиме Canvas-операции записываются в DisplayList и затем исполняются на GPU. Это даёт значительный прирост производительности, но накладывает ограничения: некоторые Canvas-операции (clipPath с не-Path-клипом) не поддерживаются в ускоренном режиме.

Основные методы Canvas для отрисовки

Canvas предоставляет набор методов для рисования базовых примитивов. Каждый метод принимает геометрические параметры и объект Paint, определяющий визуальный стиль.

Каждый метод может быть вызван в любой последовательности — Canvas рисует в порядке вызовов, накладывая новые элементы поверх предыдущих. Для сложных композиций используется техника многослойной отрисовки с сохранением и восстановлением состояния Canvas.

Класс Paint: настройка стилей и эффектов

Paint — это класс, который определяет, как Canvas будет рисовать. Без Paint методы Canvas бесполезны — он задаёт цвет, толщину линии, стиль заливки, размер текста, эффекты (тень, градиент, размытие) и режим наложения.

Paint имеет ключевые свойства: color (цвет), style (FILL, STROKE или FILL_AND_STROKE), strokeWidth (толщина линии), textSize (размер текста), isAntiAlias (сглаживание), shader (градиент или изображение). Создание объекта Paint — дорогая операция, поэтому его следует создавать один раз и переиспользовать.

private val fillPaint = Paint().apply {
    color = Color.parseColor("#FF6200EE")
    style = Paint.Style.FILL
    isAntiAlias = true
}

private val strokePaint = Paint().apply {
    color = Color.WHITE
    style = Paint.Style.STROKE
    strokeWidth = 4f
    isAntiAlias = true
}

override fun onDraw(canvas: Canvas) {
    super.onDraw(canvas)
    canvas.drawCircle(100f, 100f, 80f, fillPaint)
    canvas.drawCircle(100f, 100f, 80f, strokePaint)
}

В этом примере используются два Paint: один для заливки круга фиолетовым цветом, второй — для белой обводки. Разделение на fill и stroke — стандартная практика, позволяющая гибко управлять внешним видом без пересоздания объектов.

Shader и градиенты

Для градиентных заливок Paint принимает Shader — подклассы LinearGradient, RadialGradient, SweepGradient. Shader привязывается к Paint через метод setShader() и определяет, как цвет меняется по области отрисовки.

Трансформации Canvas: translate, rotate, scale

Canvas поддерживает матричные трансформации системы координат: translate() (сдвиг), rotate() (поворот), scale() (масштабирование) и skew() (наклон). Трансформации накапливаются: каждый последующий вызов применяется поверх предыдущих.

Управление стеком трансформаций осуществляется через save() и restore(). save() сохраняет текущее состояние Canvas (матрицу, clip) в стеке, restore() восстанавливает последнее сохранённое состояние. Между save() и restore() могут быть вложенные трансформации.

override fun onDraw(canvas: Canvas) {
    super.onDraw(canvas)

    canvas.save() // Save initial state
    canvas.translate(100f, 100f) // Translate origin

    // First square
    canvas.drawRect(0f, 0f, 50f, 50f, fillPaint)

    canvas.save() // Save after translate
    canvas.rotate(45f, 25f, 25f) // Rotate around square center

    // Rotated square
    canvas.drawRect(0f, 0f, 50f, 50f, strokePaint)
    canvas.restore() // Restore after rotate

    canvas.restore() // Restore initial state
}

Всегда используйте save() перед началом трансформаций и restore() после их завершения. Несбалансированные save/restore приводят к накоплению матрицы и некорректной отрисовке последующих элементов.

Canvas с Bitmap и Path для сложной графики

Для сложной графики Canvas комбинируется с Bitmap и Path. Bitmap используется для загрузки изображений и кэширования отрендеренных кадров. Path — для построения произвольных кривых Безье, многоугольников и сложных контуров.

Offscreen Bitmap буфер

Техника offscreen-рендеринга: создаётся Bitmap, на него рисуется сложная сцена через отдельный Canvas, и затем готовый Bitmap выводится в onDraw() через drawBitmap(). Это позволяет обновлять сложную графику без полной перерисовки на каждый кадр.

private var offscreenBitmap: Bitmap? = null
private var offscreenCanvas: Canvas? = null

fun buildOffscreenScene(width: Int, height: Int) {
    offscreenBitmap = Bitmap.createBitmap(width, height, Bitmap.Config.ARGB_8888)
    offscreenCanvas = Canvas(offscreenBitmap)

    // Render scene once
    offscreenCanvas!!.drawColor(Color.WHITE)
    drawGrid(offscreenCanvas!!)
    drawComplexShape(offscreenCanvas!!)
}

override fun onDraw(canvas: Canvas) {
    super.onDraw(canvas)
    offscreenBitmap?.let { canvas.drawBitmap(it, 0f, 0f, null) }
}

Path используется для построения сложных контуров: кривые Безье (quadTo, cubicTo), дуги (arcTo), линии (lineTo). Path может быть замкнутым (close()) для залитых фигур или открытым для линий. Основные методы drawPath() объединяют Path и Paint для конечной отрисовки.

Оптимизация отрисовки Canvas

Производительность Canvas-отрисовки напрямую влияет на FPS приложения. Основные проблемы: избыточные аллокации в onDraw(), частые invalidate() и неоптимальное использование Hardware Acceleration.

Создавайте объекты за пределами onDraw()

Paint, Path, Rect, RectF и другие объекты должны создаваться однократно в инициализаторе или методе setup(). Каждая аллокация в onDraw() создаёт нагрузку на сборщик мусора, что приводит к микро-лагам. Исключение — static или companion object для immutable-объектов.

Используйте clipRect() для ограничения области

Если большая часть View скрыта за пределами видимой области (например, в ScrollView), используйте canvas.clipRect() для ограничения отрисовки. Hardware Acceleration в этом случае дополнительно оптимизирует отсечение невидимых пикселей.

override fun onDraw(canvas: Canvas) {
    super.onDraw(canvas)

    // Clip to visible area
    canvas.save()
    canvas.clipRect(scrollX, scrollY, scrollX + width, scrollY + height)

    // Render large scene
    renderScene(canvas)
    canvas.restore()
}

Используйте View.setLayerType() с LAYER_TYPE_HARDWARE для View со сложной Canvas-графикой, которая обновляется редко. Для часто обновляемой анимации, наоборот, используйте LAYER_TYPE_NONE, чтобы избежать дорогого обновления аппаратного слоя. Профилируйте через GPU Profile Rendering и Android Studio Profiler.