问题现象

错误日志

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E/libEGL  (19546): eglMakeCurrentImpl:1064 error 3002 (EGL_BAD_ACCESS)
E/GPU_YUV_PROCESSOR(19546): 激活EGL上下文失败
E/ncnn    (19546): YOLO_GPU: ❌ GPU YUV转换失败，回退到CPU处理

具体表现

  • 第一次创建 NativeCameraView 时GPU处理正常
  • 重新在不同线程创建 NativeCameraView 时GPU处理失败
  • 系统自动回退到CPU处理，影响性能

问题分析

调用链路

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Java层: NativeCameraView.java
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JNI层: yolov11ncnn.cpp
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GPU处理: gpu_yuv_processor.cpp
   ↓
EGL错误: eglMakeCurrent() → EGL_BAD_ACCESS

错误触发点

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// gpu_yuv_processor.cpp:395-398
if (!eglMakeCurrent(egl_display_, egl_surface_, egl_surface_, egl_context_)) {
    GPU_LOGE("激活EGL上下文失败");  // ← 此处失败
    return false;
}

根本原因：EGL上下文线程绑定机制

为什么存在线程绑定机制？

1. GPU硬件架构限制

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GPU硬件设计：
┌─────────────────┐    ┌──────────────┐    ┌─────────────┐
│   CPU线程1      │    │              │    │             │
│   CPU线程2      │ -> │  GPU命令队列  │ -> │    GPU核心   │
│   CPU线程3      │    │   (单一)     │    │             │
└─────────────────┘    └──────────────┘    └─────────────┘

GPU底层只有一个命令执行队列，多个线程同时发送命令会导致：

  • 命令顺序混乱
  • 渲染状态冲突
  • 硬件资源竞争

2. 渲染状态的原子性要求

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// 渲染操作必须是原子的
glBindTexture(texture1);     // 状态1
glDrawArrays();             // 必须使用texture1
// 如果另一个线程在中间插入：
// glBindTexture(texture2); ← 破坏了原子性！

3. 内存管理安全

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// EGLContext包含大量指针和资源引用
struct EGLContext {
    GLuint* texture_objects;     // 纹理对象数组
    GLuint* shader_programs;     // 着色器程序
    GLuint* framebuffers;        // 帧缓冲对象
    GLenum current_state[1000];  // 当前渲染状态
};

// 多线程访问会导致：
Thread A: texture_objects[0] = create_texture();
Thread B: delete texture_objects[0];  // 竞争条件！
Thread A: use_texture(texture_objects[0]); // 使用已删除的纹理！

4. GPU驱动程序限制

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GPU驱动架构：
┌──────────────┐    ┌─────────────────┐    ┌──────────────┐
│ OpenGL API   │ -> │   GPU驱动程序    │ -> │   GPU硬件    │
│  (用户空间)   │    │ (内核空间/单线程) │    │              │
└──────────────┘    └─────────────────┘    └──────────────┘

大多数GPU驱动程序内部是单线程设计，因为：

  • 简化硬件交互逻辑
  • 避免复杂的同步机制
  • 提高执行效率

5. 性能优化考虑

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// 无锁设计的性能优势
单线程访问:
  - 无需互斥锁 ✅
  - 无需原子操作 ✅
  - CPU缓存友好 ✅
  - 指令流水线优化 ✅

多线程访问:
  - 需要大量锁机制 ❌
  - 频繁的同步开销 ❌
  - 缓存一致性问题 ❌
  - 上下文切换开销 ❌

6. 历史演进背景

早期设计决策（1990年代）
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当时的环境：
- CPU普遍单核
- GPU功能简单
- 多线程编程不普遍
- 图形API设计追求简单高效
现代挑战
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现在的环境：
- CPU多核普遍
- 移动设备多线程应用
- 复杂的GPU处理需求
- 但硬件兼容性要求保持向后兼容

7. 其他图形API的解决方案

Vulkan（现代解决方案）
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// Vulkan支持多线程
VkCommandBuffer cmd_buffer_thread1;  // 线程1的命令缓冲
VkCommandBuffer cmd_buffer_thread2;  // 线程2的命令缓冲

// 各线程并行记录命令
Thread 1: vkCmdDrawIndexed(cmd_buffer_thread1, ...);
Thread 2: vkCmdDrawIndexed(cmd_buffer_thread2, ...);

// 最后统一提交
vkQueueSubmit(queue, 2, submit_infos, fence);
Metal（苹果）
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// Metal也支持多线程命令编码
let commandBuffer1 = queue.makeCommandBuffer()
let commandBuffer2 = queue.makeCommandBuffer()

// 并行编码
DispatchQueue.concurrentPerform(iterations: 2) { index in
    if index == 0 {
        // 线程1的渲染命令
    } else {
        // 线程2的渲染命令
    }
}

8. 设计哲学总结

EGL上下文线程绑定机制的根本原因是：

  1. GPU硬件的单线程执行特性
  2. 驱动程序的简化设计
  3. 性能优化的无锁要求
  4. 历史兼容性的约束

这是一个硬件约束导致的软件设计决策，虽然给多线程开发带来了复杂性，但保证了GPU操作的安全性和性能。现代图形API（如Vulkan、Metal）通过更复杂的设计解决了这个问题，但OpenGL ES由于兼容性考虑仍保持这种限制。

EGLContext 设计概念

1. 渲染上下文定义

EGLContext是OpenGL ES的渲染上下文，包含：

  • 着色器程序状态
  • 纹理对象
  • 缓冲区对象
  • 顶点数组对象
  • 所有OpenGL渲染状态

2. 线程绑定特性

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// 核心约束：一个EGLContext同时只能被一个线程使用
Thread A: eglMakeCurrent(display, surface, surface, context) ✅
Thread B: eglMakeCurrent(display, surface, surface, context) ❌ EGL_BAD_ACCESS

3. 生命周期管理

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// EGLContext生命周期
创建阶段: eglCreateContext() → 绑定到创建线程
使用阶段: eglMakeCurrent()   → 激活到当前线程
销毁阶段: eglDestroyContext() → 释放资源

问题场景重现

第一次调用（成功）

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// Thread A
NativeCameraView view1 = new NativeCameraView();
// ↓ JNI调用
g_gpu_processor = new GPUYUVProcessor();
g_gpu_processor->initialize(width, height);  // 在Thread A创建EGLContext
// ↓ GPU处理
processYUVToRGB() → eglMakeCurrent() ✅ 成功

重新创建（失败）

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// Thread B
NativeCameraView view2 = new NativeCameraView();
// ↓ JNI调用
delete g_gpu_processor;  // 删除但EGLContext可能未完全清理
g_gpu_processor = new GPUYUVProcessor();
g_gpu_processor->initialize(width, height);  // 在Thread B，可能复用Thread A的资源
// ↓ GPU处理
processYUVToRGB() → eglMakeCurrent() ❌ EGL_BAD_ACCESS

冲突原因

  1. EGLContext在Thread A创建，仍绑定到Thread A
  2. Thread B尝试激活该上下文，权限检查失败
  3. EGL系统返回 EGL_BAD_ACCESS 错误

解决方案

方案1：确保单线程操作（推荐）

Java层改造

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public class NativeCameraView {
    private static HandlerThread sGPUThread;
    private static Handler sGPUHandler;

    static {
        sGPUThread = new HandlerThread("GPU_Processing_Thread");
        sGPUThread.start();
        sGPUHandler = new Handler(sGPUThread.getLooper());
    }

    public void processFrame() {
        sGPUHandler.post(() -> {
            // 所有GPU操作在固定线程执行
            nativeProcessYUV();
        });
    }
}

优点

  • 简单可靠，避免线程竞争
  • 性能稳定，无上下文切换开销
  • 易于维护，集中处理GPU相关操作

方案2：完善EGL生命周期管理

C++层改造

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class GPUYUVProcessor {
private:
    std::thread::id creator_thread_id_;  // 记录创建线程

public:
    bool initialize(int width, int height) {
        // 记录当前线程ID
        creator_thread_id_ = std::this_thread::get_id();

        // 完全清理旧的EGL环境
        cleanupEGL();

        // 在当前线程重新创建EGL上下文
        return initializeEGL() && initializeShaders() &&
               initializeTextures() && initializeFramebuffer();
    }

    bool processYUVToRGB(...) {
        // 验证线程一致性
        if (std::this_thread::get_id() != creator_thread_id_) {
            GPU_LOGE("EGL上下文线程不匹配，当前线程与创建线程不同");
            return false;
        }

        // 检查当前EGL上下文状态
        EGLContext current = eglGetCurrentContext();
        if (current != egl_context_) {
            GPU_LOGE("EGL上下文状态异常");
            return false;
        }

        // 正常处理...
        return eglMakeCurrent(egl_display_, egl_surface_, egl_surface_, egl_context_);
    }

private:
    void cleanupEGL() {
        if (egl_context_ != EGL_NO_CONTEXT) {
            eglMakeCurrent(egl_display_, EGL_NO_SURFACE, EGL_NO_SURFACE, EGL_NO_CONTEXT);
            eglDestroyContext(egl_display_, egl_context_);
            egl_context_ = EGL_NO_CONTEXT;
        }
        // 清理其他EGL资源...
    }
};

优点

  • 健壮性强，包含完整的错误检查
  • 灵活性高，支持多线程创建
  • 可观测性好，详细的错误日志

方案3：EGL上下文共享机制

实现上下文共享

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// 创建共享上下文
EGLContext shared_context = eglCreateContext(egl_display_, config,
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                                           context_attribs);

// 不同线程使用各自的共享上下文
Thread A: eglMakeCurrent(display, surface, surface, shared_context_a);
Thread B: eglMakeCurrent(display, surface, surface, shared_context_b);

优点

  • 真正的多线程支持
  • 资源共享，纹理、着色器等可在线程间共享
  • 性能优化，减少资源重复创建

缺点

  • 实现复杂度高
  • 调试困难，共享资源的生命周期管理复杂

最佳实践建议

1. 架构设计原则

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单一职责：一个线程负责所有GPU操作
资源集中：EGL资源在固定线程创建和管理
状态检查：操作前验证EGL上下文状态
错误恢复：GPU失败时自动回退到CPU处理

2. 代码实现规范

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// 必须检查项
1. 线程一致性检查
2. EGL上下文状态验证
3. 资源完整性清理
4. 详细错误日志记录

3. 性能监控指标

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// 关键监控点
GPU处理成功率    >= 95%
EGL错误发生频率  < 1%
CPU回退触发次数  < 10次/小时
上下文创建耗时    < 50ms

总结

EGL上下文多线程问题的核心是线程绑定机制与应用多线程架构的冲突。通过确保GPU操作在单一线程执行，可以彻底解决EGL_BAD_ACCESS错误，提升GPU YUV转换的稳定性和性能。

建议采用**方案1（单线程操作）作为主要解决方案，结合方案2（生命周期管理）**的错误检查机制，构建稳定可靠的GPU处理架构。

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