Android App 黑白化技术实践与方案分析

布局文件对比：

<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:gravity="center_horizontal"
    android:orientation="vertical">

    <TextView
        android:text="普通 TextView" />

    <com.example.GrayTextView
        android:text="黑白化 TextView" />

    <Button
        android:text="普通 Button" />

    <com.example.GrayButton
        android:text="黑白化 Button" />
</LinearLayout>

1.2、给 View 设置 Paint 实现黑白化

View 有一个 API setLayerType，可以用来开启图层渲染。

public void setLayerType(int layerType, Paint paint)

参数说明：

• layerType:
  • LAYER_TYPE_NONE: 视图正常渲染。
  • LAYER_TYPE_HARDWARE: 硬件加速渲染。
  • LAYER_TYPE_SOFTWARE: 软件渲染，关闭硬件加速。
• paint: 画笔配置，可设置颜色过滤。

测试示例：

class MainActivity : AppCompatActivity() {
    private val paint by lazy {
        val p = Paint()
        val cm = ColorMatrix()
        cm.setSaturation(0f)
        p.colorFilter = ColorMatrixColorFilter(cm)
        p
    }

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

        val tvBlackAndWhite = findViewById<TextView>(R.id.tvBlackAndWhite)
        val btnBlackAndWhite = findViewById<Button>(R.id.btnBlackAndWhite)

        // 给 View 设置色彩饱和度为 0 的 Paint 实现黑白化
        tvBlackAndWhite.setLayerType(View.LAYER_TYPE_HARDWARE, paint)
        btnBlackAndWhite.setLayerType(View.LAYER_TYPE_HARDWARE, paint)
    }
}

二、App 黑白化方案实践

上述都是对单个 View 进行处理，若要整个页面变成黑白化，需要找到当前 View 树一个合适的父 View，对他进行黑白化设置或替换为自定义黑白化 View。

Android 页面结构通常包含顶级 View DecorView，其中包含竖直方向的 LinearLayout，分为标题栏和内容栏（FrameLayout）。setContentView 就是将 View 添加到这个 FrameLayout 中。

2.1、方案一：对 DecorView 进行黑白化设置

获取页面的 DecorView 有两种方式：

1. 直接在 Activity 中通过 Window 获取 DecorView。

window.decorView.setLayerType(View.LAYER_TYPE_HARDWARE, paint)

建议创建一个 BaseActivity 基类处理，所有继承 BaseActivity 的 Activity 都会生效。

2. 在 Application 中注册 registerActivityLifecycleCallbacks 回调。

registerActivityLifecycleCallbacks(object : ActivityLifecycleCallbacks {
    override fun onActivityCreated(activity: Activity, savedInstanceState: Bundle?) {
        val decorView = activity.window.decorView
        decorView.setLayerType(View.LAYER_TYPE_HARDWARE, paint)
    }
    // 其他回调方法留空
    override fun onActivityStarted(activity: Activity) {}
    override fun onActivityResumed(activity: Activity) {}
    override fun onActivityPaused(activity: Activity) {}
    override fun onActivityStopped(activity: Activity) {}
    override fun onActivitySaveInstanceState(activity: Activity, outState: Bundle) {}
    override fun onActivityDestroyed(activity: Activity) {}
})

此方式所有 Activity 都会生效，整个页面呈现黑白化效果。

2.2、方案二：替换内容栏 FrameLayout 为黑白化 FrameLayout

利用 LayoutInflater 的创建过程，优先使用 mFactory2 或 mFactory 创建 View。Activity 可以复写 onCreateView 方法，将内容栏 FrameLayout 替换为自定义的黑白化 FrameLayout。

1. 创建 BaseActivity 并实现替换逻辑：

abstract class BaseActivity : AppCompatActivity() {
    abstract fun getLayoutId(): Int
    abstract fun initView()

    override fun onCreateView(parent: View?, name: String, context: Context, attrs: AttributeSet): View? {
        try {
            if ("FrameLayout" == name) {
                val attributeCount = attrs.attributeCount
                for (i in 0 until attributeCount) {
                    val attributeName = attrs.getAttributeName(i)
                    val attributeValue = attrs.getAttributeValue(i)
                    if ("id" == attributeName) {
                        val resId = Integer.parseInt(attributeValue.substring(1))
                        val idValue = resources.getResourceName(resId)
                        if ("android:id/content" == idValue) {
                            return GrayFrameLayout(context, attrs)
                        }
                    }
                }
            }
        } catch (e: Exception) {
            e.printStackTrace()
        }
        return super.onCreateView(parent, name, context, attrs)
    }
}

2. 定义 GrayFrameLayout：

class GrayFrameLayout(context: Context, attrs: AttributeSet) : FrameLayout(context, attrs) {
    private val paint by lazy {
        val p = Paint()
        val cm = ColorMatrix()
        cm.setSaturation(0f)
        p.colorFilter = ColorMatrixColorFilter(cm)
        p
    }

    override fun draw(canvas: Canvas?) {
        canvas?.saveLayer(null, paint, Canvas.ALL_SAVE_FLAG)
        super.draw(canvas)
        canvas?.restore()
    }

    override fun dispatchDraw(canvas: Canvas?) {
        canvas?.saveLayer(null, paint, Canvas.ALL_SAVE_FLAG)
        super.dispatchDraw(canvas)
        canvas?.restore()
    }
}

3. 状态栏颜色适配：

override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
    super.onCreate(savedInstanceState)
    if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP) {
        window.statusBarColor = Color.parseColor("#4A4A4A")
    }
    setContentView(getLayoutId())
    initView()
}

三、问题分析与进阶方案

3.1、现有方案的局限性

方案一问题： 当点击按钮弹出 Dialog 时，Dialog 并未黑白化。这是因为 Dialog 拥有独立的 DecorView，Activity 的 DecorView 设置不会影响 Dialog。

方案二问题： Dialog 会黑白化（因为 Dialog 创建了新的 PhoneWindow，使用了类似的 View 结构），但 PopupWindow 不会黑白化。PopupWindow 并没有像 Activity 那样被系统特殊处理为特定的 View 容器结构。

3.2、新思路：Hook WindowManagerGlobal

Activity、Dialog、PopupWindow 或其他 Window 组件最终都要经过 Window 的添加流程，最终走到 WindowManagerGlobal.addView 方法。

public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params,
        Display display, Window parentWindow) {
    synchronized (mLock) {
        mViews.add(view);
        try {
            root.setView(view, wparams, panelParentView);
        } 
    }  
}

WindowManagerGlobal 是一个全局单例，其中 mViews 是一个集合，App 中所有的 Window 在添加的时候都会被它存起来。

我们可以 Hook 拿到 mViews 中所有的 View 然后对他们进行黑白化设置。具体实现思路如下：

1. 反射获取 WindowManagerGlobal 实例：

   val field = Class.forName("android.view.WindowManagerGlobal").getDeclaredField("sInstance")
   field.isAccessible = true
   val instance = field.get(null)
   

2. 获取 mViews 列表：

   val viewsField = instance.javaClass.getDeclaredField("mViews")
   viewsField.isAccessible = true
   val views = viewsField.get(instance) as ArrayList<*> 
   

3. 遍历并应用黑白化： 遍历 views 中的每个对象（通常是 ViewRootImpl），通过反射获取其对应的 RootView 或 DecorView，然后应用之前定义的 setLayerType 或自定义 Paint 滤镜。

这种方式理论上可以覆盖所有 Window 类型的 UI 元素，包括 Dialog、PopupWindow 以及未来的新组件。虽然实现较为复杂且涉及反射，性能开销需评估，但它是解决全局黑白化最彻底的方法。

四、总结

本文介绍了 Android App 黑白化的实现原理及两种主流方案：

1. 实现原理：将 Paint 的饱和度设置为 0，然后进行 View 的绘制。
2. 方案一：对页面的 DecorView 进行黑白化设置。优点是简单，缺点是 Dialog 和 PopupWindow 不生效。
3. 方案二：替换页面的内容栏 FrameLayout 为黑白化 FrameLayout。优点是部分弹窗生效，缺点是 PopupWindow 仍不生效。
4. 进阶方案：通过 Hook WindowManagerGlobal 统一处理所有 Window 的 View 树，可实现全场景黑白化。

开发者可根据实际业务需求选择合适方案，若追求完美体验，建议研究 Hook 方案。