百万级日活 App 的屏幕录制功能是如何实现的

Android 从 4.0 开始就提供了手机录屏方法，但是需要 root 权限，比较麻烦不容易实现。但是从 5.0 开始，系统提供给了 App 录制屏幕的一系列方法，不需要 root 权限，只需要用户授权即可录屏，相对来说较为简单。

基本上根据 官方文档 便可以写出录屏的相关代码。

屏幕录制的基本实现步骤

在 Manifest 中申明权限

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

获取 MediaProjectionManager 并申请权限

private val mediaProjectionManager by lazy { activity.getSystemService(Context.MEDIA_PROJECTION_SERVICE) as? MediaProjectionManager }
private var mediaProjection: MediaProjection? = null
if (mediaProjectionManager == null) {
    Log.d(TAG, "mediaProjectionManager == null，当前手机暂不支持录屏")
    showToast(R.string.phone_not_support_screen_record)
    return
}
// 申请相关权限
PermissionUtils.permission(PermissionConstants.STORAGE, PermissionConstants.MICROPHONE)
        .callback(object : PermissionUtils.SimpleCallback {
            override fun onGranted() {
                Log.d(TAG, "start record")
                mediaProjectionManager?.apply {
                	// 申请相关权限成功后，要向用户申请录屏对话框
                    val intent = this.createScreenCaptureIntent()
                    if (activity.packageManager.resolveActivity(intent, PackageManager.MATCH_DEFAULT_ONLY) != null) {
                        activity.startActivityForResult(intent, REQUEST_CODE)
                    } else {
                        showToast(R.string.phone_not_support_screen_record)
                    }
                }
            }
            override fun onDenied() {
                showToast(R.string.permission_denied)
            }
        })
        .request()

重写 onActivityResult() 对用户授权进行处理

override fun onActivityResult(requestCode: Int, resultCode: Int, data: Intent) {
    if (requestCode == REQUEST_CODE) {
        if (resultCode == Activity.RESULT_OK) {
            mediaProjection = mediaProjectionManager!!.getMediaProjection(resultCode, data)
            // 实测，部分手机上录制视频的时候会有弹窗的出现，所以我们需要做一个 150ms 的延迟
            Handler().postDelayed({
                if (initRecorder()) {
                    mediaRecorder?.start()
                } else {
                    showToast(R.string.phone_not_support_screen_record)
                }
            }, 150)
        } else {
            showToast(R.string.phone_not_support_screen_record)
        }
    }
}

private fun initRecorder(): Boolean {
    Log.d(TAG, "initRecorder")
    var result = true
    // 创建文件夹
    val f = File(savePath)
    if (!f.exists()) {
        f.mkdirs()
    }
    // 录屏保存的文件
    saveFile = File(savePath, "$saveName.tmp")
    saveFile?.apply {
        if (exists()) {
            delete()
        }
    }
    mediaRecorder = MediaRecorder()
    val width = Math.min(displayMetrics.widthPixels, 1080)
    val height = Math.min(displayMetrics.heightPixels, 1920)
    mediaRecorder?.apply {
    	// 可以设置是否录制音频
        if (recordAudio) {
            setAudioSource(MediaRecorder.AudioSource.MIC)
        }
        setVideoSource(MediaRecorder.VideoSource.SURFACE)
        setOutputFormat(MediaRecorder.OutputFormat.MPEG_4)
        setVideoEncoder(MediaRecorder.VideoEncoder.H264)
        if (recordAudio){
            setAudioEncoder(MediaRecorder.AudioEncoder.AMR_NB)
        }
        setOutputFile(saveFile!!.absolutePath)
        setVideoSize(width, height)
        setVideoEncodingBitRate(8388608)
        setVideoFrameRate(VIDEO_FRAME_RATE)
        try {
            prepare()
            virtualDisplay = mediaProjection?.createVirtualDisplay("MainScreen", width, height, displayMetrics.densityDpi,
                    DisplayManager.VIRTUAL_DISPLAY_FLAG_AUTO_MIRROR, surface, null, null)
            Log.d(TAG, "initRecorder 成功")
        } catch (e: Exception) {
            Log.e(TAG, "IllegalStateException preparing MediaRecorder: ${e.message}")
            e.printStackTrace()
            result = false
        }
    }
    return result
}	

上面可以看到，我们可以设置一系列参数，各种参数的意思就希望大家自己去观摩官方文档了。其中有一个比较重要的一点是我们通过 MediaProjectionManager 创建了一个 VirtualDisplay，这个 VirtualDisplay 可以理解为虚拟的呈现器，它可以捕获屏幕上的内容，并将其捕获的内容渲染到 Surface 上，MediaRecorder 再进一步把其封装为 mp4 文件保存。

录制完毕，调用 stop 方法保存数据

private fun stop() {
    if (isRecording) {
        isRecording = false
        try {
            mediaRecorder?.apply {
                setOnErrorListener(null)
                setOnInfoListener(null)
                setPreviewDisplay(null)
                stop()
                Log.d(TAG, "stop success")
            }
        } catch (e: Exception) {
            Log.e(TAG, "stopRecorder() error！${e.message}")
        } finally {
            mediaRecorder?.reset()
            virtualDisplay?.release()
            mediaProjection?.stop()
            listener?.onEndRecord()
        }
    }
}

/**
 * if you has parameters, the recordAudio will be invalid
 */
fun stopRecord(videoDuration: Long = 0, audioDuration: Long = 0, afdd: AssetFileDescriptor? = null) {
    stop()
    if (audioDuration != 0L && afdd != null) {
        syntheticAudio(videoDuration, audioDuration, afdd)
    } else {
        // saveFile
        if (saveFile != null) {
            val newFile = File(savePath, "$saveName.mp4")
            // 录制结束后修改后缀为 mp4
            saveFile!!.renameTo(newFile)
            // 刷新到相册
            val intent = Intent(Intent.ACTION_MEDIA_SCANNER_SCAN_FILE)
	        intent.data = Uri.fromFile(newFile)
	        activity.sendBroadcast(intent)
	        showToast(R.string.save_to_album_success)
        }
        saveFile = null
    }

}

我们必须来看看 MediaRecorder 对 stop() 方法的注释。

/**
 * Stops recording. Call this after start(). Once recording is stopped,
 * you will have to configure it again as if it has just been constructed.
 * Note that a RuntimeException is intentionally thrown to the
 * application, if no valid audio/video data has been received when stop()
 * is called. This happens if stop() is called immediately after
 * start(). The failure lets the application take action accordingly to
 * clean up the output file (delete the output file, for instance), since
 * the output file is not properly constructed when this happens.
 *
 * @throws IllegalStateException if it is called before start()
 */
public native void stop() throws IllegalStateException;	

根据官方文档，stop() 如果在 prepare() 后立即调用会崩溃，但对其他情况下发生的错误却没有做过多提及，实际上，当你真正地使用 MediaRecorder 做屏幕录制的时候，你会发现即使你没有在 prepare() 后立即调用 stop()，也可能抛出 IllegalStateException 异常。所以，保险起见，我们最好是直接使用 try...catch... 语句块进行包裹。

比如你 initRecorder 中某些参数设置有问题，也会出现 stop() 出错，数据写不进你的文件。

完毕后，释放资源

fun clearAll() {
    mediaRecorder?.release()
    mediaRecorder = null
    virtualDisplay?.release()
    virtualDisplay = null
    mediaProjection?.stop()
    mediaProjection = null
}

无法绕过的环境声音

上面基本对 Android 屏幕录制做了简单的代码编写，当然实际上，我们需要做的地方还不止上面这些，感兴趣的可以移步到 ScreenRecordHelper 进行查看。

但这根本不是我们的重点，我们极其容易遇到这样的情况，需要我们录制音频的时候录制系统音量，但却不允许我们把环境音量录进去。

似乎我们前面初始化 MediaRecorder 的时候有个设置音频源的地方，我们来看看这个 MediaRecorder.setAudioSource() 方法都支持设置哪些东西。

从官方文档 可知，我们可以设置以下这些音频源。由于官方注释太多，这里就简单解释一些我们支持的可以设置的音频源。

//设定录音来源于同方向的相机麦克风相同，若相机无内置相机或无法识别，则使用预设的麦克风
MediaRecorder.AudioSource.CAMCORDER 
//默认音频源
MediaRecorder.AudioSource.DEFAULT  
//设定录音来源为主麦克风
MediaRecorder.AudioSource.MIC
//设定录音来源为语音拨出的语音与对方说话的声音
MediaRecorder.AudioSource.VOICE_CALL
// 摄像头旁边的麦克风
MediaRecorder.AudioSource.VOICE_COMMUNICATION
//下行声音
MediaRecorder.AudioSource.VOICE_DOWNLINK
//语音识别
MediaRecorder.AudioSource.VOICE_RECOGNITION
//上行声音
MediaRecorder.AudioSource.VOICE_UPLINK

咋一看没有我们想要的选项，实际上你逐个进行测试，你也会发现，确实如此。我们想要媒体播放的音乐，总是无法摆脱环境声音的限制。

奇怪的是，我们使用华为部分手机的系统录屏的时候，却可以做到，这就感叹于 ROM 的定制性更改的神奇，当然，千奇百怪的第三方 ROM 也一直让我们 Android 适配困难重重。

曲线救国剥离环境声音

既然我们通过调用系统的 API 始终无法实现我们的需求：录制屏幕，并同时播放背景音乐，录制好保存的视频需要只有背景音乐而没有环境音量，我们只好另辟蹊径。

不难想到，我们完全可以在录制视频的时候不设置音频源，这样得到的视频就是一个没有任何声音的视频，如果此时我们再把音乐强行剪辑进去，这样就可以完美解决用户的需要了。

对于音视频的混合编辑，想必大多数人都能想到的是大名鼎鼎的 FFmpeg ，但如果要自己去编译优化得到一个稳定可使用的 FFmpge 库的话，需要花上不少时间。更重要的是，我们为一个如此简单的功能大大的增大我们 APK 的体积，那是万万不可的。所以我们需要把目光转移到官方的 MediaExtractor 上。

从 官方文档 来看，能够支持到 m4a 和 aac 格式的音频文件合成到视频文件中，根据相关文档我们就不难写出这样的代码。

/**
 * https://stackoverflow.com/questions/31572067/android-how-to-mux-audio-file-and-video-file
 */
private fun syntheticAudio(audioDuration: Long, videoDuration: Long, afdd: AssetFileDescriptor) {
    Log.d(TAG, "start syntheticAudio")
    val newFile = File(savePath, "$saveName.mp4")
    if (newFile.exists()) {
        newFile.delete()
    }
    try {
        newFile.createNewFile()
        val videoExtractor = MediaExtractor()
        videoExtractor.setDataSource(saveFile!!.absolutePath)
        val audioExtractor = MediaExtractor()
        afdd.apply {
            audioExtractor.setDataSource(fileDescriptor, startOffset, length * videoDuration / audioDuration)
        }
        val muxer = MediaMuxer(newFile.absolutePath, MediaMuxer.OutputFormat.MUXER_OUTPUT_MPEG_4)
        videoExtractor.selectTrack(0)
        val videoFormat = videoExtractor.getTrackFormat(0)
        val videoTrack = muxer.addTrack(videoFormat)

        audioExtractor.selectTrack(0)
        val audioFormat = audioExtractor.getTrackFormat(0)
        val audioTrack = muxer.addTrack(audioFormat)

        var sawEOS = false
        var frameCount = 0
        val offset = 100
        val sampleSize = 1000 * 1024
        val videoBuf = ByteBuffer.allocate(sampleSize)
        val audioBuf = ByteBuffer.allocate(sampleSize)
        val videoBufferInfo = MediaCodec.BufferInfo()
        val audioBufferInfo = MediaCodec.BufferInfo()

        videoExtractor.seekTo(0, MediaExtractor.SEEK_TO_CLOSEST_SYNC)
        audioExtractor.seekTo(0, MediaExtractor.SEEK_TO_CLOSEST_SYNC)

        muxer.start()

        // 每秒多少帧
        // 实测 OPPO R9em 垃圾手机，拿出来的没有 MediaFormat.KEY_FRAME_RATE
        val frameRate = if (videoFormat.containsKey(MediaFormat.KEY_FRAME_RATE)) {
            videoFormat.getInteger(MediaFormat.KEY_FRAME_RATE)
        } else {
            31
        }
        // 得出平均每一帧间隔多少微妙
        val videoSampleTime = 1000 * 1000 / frameRate
        while (!sawEOS) {
            videoBufferInfo.offset = offset
            videoBufferInfo.size = videoExtractor.readSampleData(videoBuf, offset)
            if (videoBufferInfo.size < 0) {
                sawEOS = true
                videoBufferInfo.size = 0
            } else {
                videoBufferInfo.presentationTimeUs += videoSampleTime
                videoBufferInfo.flags = videoExtractor.sampleFlags
                muxer.writeSampleData(videoTrack, videoBuf, videoBufferInfo)
                videoExtractor.advance()
                frameCount++
            }
        }
        var sawEOS2 = false
        var frameCount2 = 0
        while (!sawEOS2) {
            frameCount2++
            audioBufferInfo.offset = offset
            audioBufferInfo.size = audioExtractor.readSampleData(audioBuf, offset)

            if (audioBufferInfo.size < 0) {
                sawEOS2 = true
                audioBufferInfo.size = 0
            } else {
                audioBufferInfo.presentationTimeUs = audioExtractor.sampleTime
                audioBufferInfo.flags = audioExtractor.sampleFlags
                muxer.writeSampleData(audioTrack, audioBuf, audioBufferInfo)
                audioExtractor.advance()
            }
        }
        muxer.stop()
        muxer.release()
        videoExtractor.release()
        audioExtractor.release()

        // 删除无声视频文件
        saveFile?.delete()
    } catch (e: Exception) {
        Log.e(TAG, "Mixer Error:${e.message}")
        // 视频添加音频合成失败，直接保存视频
        saveFile?.renameTo(newFile)

    } finally {
        afdd.close()
        Handler().post {
            refreshVideo(newFile)
            saveFile = null
        }
    }
}

于是成就了录屏帮助类 ScreenRecordHelper

经过各种兼容性测试，目前在 DAU 超过 100 万的 APP 中稳定运行了两个版本，于是抽出了一个工具类库分享给大家，使用非常简单，代码注释比较全面，感兴趣的可以直接点击链接进行访问：https://github.com/nanchen2251/ScreenRecordHelper

使用就非常简单了，直接把 [README] (https://github.com/nanchen2251/ScreenRecordHelper/blob/master/README.md) 贴过来吧。

Step 1. Add it in your root build.gradle at the end of repositories:

allprojects {
    repositories {
        ...
        maven { url 'https://jitpack.io' }
    }
}       

Step 2. Add the dependency

dependencies {
    implementation 'com.github.nanchen2251:ScreenRecordHelper:1.0.2'
}

Step 3. Just use it in your project

// start screen record
if (screenRecordHelper == null) {
    screenRecordHelper = ScreenRecordHelper(this, null, PathUtils.getExternalStoragePath() + "/nanchen")
}
screenRecordHelper?.apply {
    if (!isRecording) {
        // if you want to record the audio,you can set the recordAudio as true
        screenRecordHelper?.startRecord()
    }
}

// You must rewrite the onActivityResult
override fun onActivityResult(requestCode: Int, resultCode: Int, data: Intent?) {
    super.onActivityResult(requestCode, resultCode, data)
    if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP && data != null) {
        screenRecordHelper?.onActivityResult(requestCode, resultCode, data)
    }
}
    
// just stop screen record
screenRecordHelper?.apply {
    if (isRecording) {
        stopRecord()     
    }
}

Step 4. if you want to mix the audio into your video,you just should do

// parameter1 -> The last video length you want
// parameter2 -> the audio's duration
// parameter2 -> assets resource
stopRecord(duration, audioDuration, afdd)

Step 5. If you still don't understand, please refer to the demo

由于个人水平有限，虽然目前抗住了公司产品的考验，但肯定还有很多地方没有支持全面，希望有知道的大佬不啬赐教，有任何兼容性问题请直接提 issues，Thx。

参考文章：http://lastwarmth.win/2018/11/23/media-mix/
https://juejin.im/post/5afaee7df265da0ba2672608