Flutter核心原理之Flutter運行機制-從啟動到顯示

一，概述

Flutter的入口在"lib/main.dart"的main()函數中，它是Dart應用程序的起點。在Flutter應用中，main()函數如下：

 

#runApp()方法：

參數app是一個Widget，它是Flutter應用啟動后要展示的第一個Widget。而WidgetsFlutterBinding正是綁定Widget 框架和Flutter engine的橋梁，定義如下：

 

WidgetsFlutterBinding繼承自 BindingBase 並混入了很多Binding，在介紹這些Binding之前我們先介紹一下Window對象。我們看看Window的官方解釋：

The most basic interface to the host operating system's user interface.

Window正是Flutter Framework連接宿主操作系統的接口。

class Window {
 
  // 當前設備的DPI，即一個邏輯像素顯示多少物理像素，數字越大，顯示效果就越精細保真。
  // DPI是設備屏幕的固件屬性，如Nexus 6的屏幕DPI為3.5 
  double get devicePixelRatio => _devicePixelRatio;
 
  // Flutter UI繪制區域的大小
  Size get physicalSize => _physicalSize;
 
  // 當前系統默認的語言Locale
  Locale get locale;
 
  // 當前系統字體縮放比例。  
  double get textScaleFactor => _textScaleFactor;  
 
  // 當繪制區域大小改變回調
  VoidCallback get onMetricsChanged => _onMetricsChanged;  
  // Locale發生變化回調
  VoidCallback get onLocaleChanged => _onLocaleChanged;
  // 系統字體縮放變化回調
  VoidCallback get onTextScaleFactorChanged => _onTextScaleFactorChanged;
  // 繪制前回調，一般會受顯示器的垂直同步信號VSync驅動，當屏幕刷新時就會被調用
  FrameCallback get onBeginFrame => _onBeginFrame;
  // 繪制回調  
  VoidCallback get onDrawFrame => _onDrawFrame;
  // 點擊或指針事件回調
  PointerDataPacketCallback get onPointerDataPacket => _onPointerDataPacket;
  // 調度Frame，該方法執行后，onBeginFrame和onDrawFrame將緊接着會在合適時機被調用，
  // 此方法會直接調用Flutter engine的Window_scheduleFrame方法
  void scheduleFrame() native 'Window_scheduleFrame';
  // 更新應用在GPU上的渲染,此方法會直接調用Flutter engine的Window_render方法
  void render(Scene scene) native 'Window_render';
 
  // 發送平台消息
  void sendPlatformMessage(String name,
                           ByteData data,
                           PlatformMessageResponseCallback callback) ;
  // 平台通道消息處理回調  
  PlatformMessageCallback get onPlatformMessage => _onPlatformMessage;
 
  ... //其它屬性及回調
 
}

Window類包含了當前設備和系統的一些信息以及Flutter Engine的一些回調。現在我們再回來看看WidgetsFlutterBinding混入的各種Binding。通過查看這些 Binding的源碼，我們可以發現這些Binding中基本都是監聽並處理Window對象的一些事件，然后將這些事件按照Framework的模型包裝、抽象然后分發。可以看到WidgetsFlutterBinding正是粘連Flutter engine與上層Framework的”膠水“。

• GestureBinding： 提供了window.onPointerDataPacket 回調，綁定Framework手勢子系統，是Framework事件模型與底層事件的綁定入口。
• ServicesBinding：提供了window.onPlatformMessage 回調， 用於綁定平台消息通道（message channel），主要處理原生和Flutter通信。
• SchedulerBinding：提供了window.onBeginFrame和window.onDrawFrame回調，監聽刷新事件，綁定Framework繪制調度子系統。
• PaintingBinding： 綁定繪制庫，主要用於處理圖片緩存。
• SemanticsBinding：語義化層與Flutter engine的橋梁，主要是輔助功能的底層支持。
• RendererBinding: 提供了window.onMetricsChanged 、window.onTextScaleFactorChanged 等回調。它是渲染樹與Flutter engine的橋梁。
• WidgetsBinding： 提供了window.onLocaleChanged、onBuildScheduled 等回調。它Flutter Widget層與engine的橋梁。

WidgetsFlutterBinding.ensureInitialized()負責初始化一個WidgetsBinding的全局單例，緊接着會調用WidgetsBinding的attachRootWidget方法，該方法負責將根Widget添加到RenderView上，代碼如下：

代碼中的有renderView和renderViewElement兩個變量，renderView是一個RenderObject，它是渲染樹的根，而renderViewElement是renderView對應的Element對象，可見該方法主要完成了 根Widget 到根 RenderObject再到更Element的整個關聯過程。我們看看attachToRenderTree的源碼實現：

該方法負責創建根 Element，即 RenderObjectToWidgetElement，並且將 Element 與 Widget 進行關聯，即創建出 WidgetTree 對應的 ElementTree。如果 Element 已經創建過了，則將根 Element 中關聯的 Widget 設為新的，由此可以看出 Element 只會創建一次，后面會進行復用。那么BuildOwner是什么呢？其實他就是Widget framework的管理類，它跟蹤哪些Widget需要重新構建。

二，渲染:

回到runApp的實現中，當調用完attachRootWidget后，最后一行會調用 WidgetsFlutterBinding 實例的 scheduleWarmUpFrame() 方法，該方法的實現在 SchedulerBinding 中，它被調用后會立即進行一次繪制（而不是等待"Vsync" 信號），在此次繪制結束前，該方法會鎖定事件分發，也就是說在本次繪制結束完成之前Flutter將不會響應各種事件，這可以保證在繪制過程中不會再觸發新的重繪。下面是scheduleWarmUpFrame() 方法的實現：

 
  /// Schedule a frame to run as soon as possible, rather than waiting for
  /// the engine to request a frame in response to a system "Vsync" signal.
  ///
  /// This is used during application startup so that the first frame (which is
  /// likely to be quite expensive) gets a few extra milliseconds to run.
  ///
  /// Locks events dispatching until the scheduled frame has completed.
  ///
  /// If a frame has already been scheduled with [scheduleFrame] or
  /// [scheduleForcedFrame], this call may delay that frame.
  ///
  /// If any scheduled frame has already begun or if another
  /// [scheduleWarmUpFrame] was already called, this call will be ignored.
  ///
  /// Prefer [scheduleFrame] to update the display in normal operation.
  void scheduleWarmUpFrame() {
    if (_warmUpFrame || schedulerPhase != SchedulerPhase.idle)
      return;
 
    _warmUpFrame = true;
    Timeline.startSync('Warm-up frame');
    final bool hadScheduledFrame = _hasScheduledFrame;
    // We use timers here to ensure that microtasks flush in between.
    Timer.run(() {
      assert(_warmUpFrame);
      handleBeginFrame(null);
    });
    Timer.run(() {
      assert(_warmUpFrame);
      handleDrawFrame();
      // We call resetEpoch after this frame so that, in the hot reload case,
      // the very next frame pretends to have occurred immediately after this
      // warm-up frame. The warm-up frame's timestamp will typically be far in
      // the past (the time of the last real frame), so if we didn't reset the
      // epoch we would see a sudden jump from the old time in the warm-up frame
      // to the new time in the "real" frame. The biggest problem with this is
      // that implicit animations end up being triggered at the old time and
      // then skipping every frame and finishing in the new time.
      resetEpoch();
      _warmUpFrame = false;
      if (hadScheduledFrame)
        scheduleFrame();
    });
 
    // Lock events so touch events etc don't insert themselves until the
    // scheduled frame has finished.
    lockEvents(() async {
      await endOfFrame;
      Timeline.finishSync();
    });
  }

該方法中主要調用了handleBeginFrame() 和 handleDrawFrame() 兩個方法.

• Frame 和c 的概念： 　　Frame: 一次繪制過程，我們稱其為一幀。Flutter engine受顯示器垂直同步信號"VSync"的趨勢不斷的觸發繪制。我們之前說的Flutter可以實現60fps（Frame Per-Second），就是指一秒鍾可以觸發60次重繪，FPS值越大，界面就越流暢。 　　FrameCallback：SchedulerBinding 類中有三個FrameCallback回調隊列， 在一次繪制過程中，這三個回調隊列會放在不同時機被執行：
  
  • transientCallbacks：用於存放一些臨時回調，一般存放動畫回調。可以通過SchedulerBinding.instance.scheduleFrameCallback 添加回調。　　　　
  • persistentCallbacks：用於存放一些持久的回調，不能在此類回調中再請求新的繪制幀，持久回調一經注冊則不能移除。SchedulerBinding.instance.addPersitentFrameCallback()，這個回調中處理了布局與繪制工作。　　　　
  • postFrameCallbacks：在Frame結束時只會被調用一次，調用后會被系統移除，可由 SchedulerBinding.instance.addPostFrameCallback() 注冊，注意，不要在此類回調中再觸發新的Frame，這可以會導致循環刷新。
    
    
  • handleBeginFrame() 和 handleDrawFrame() 兩個方法的源碼，可以發現前者主要是執行了transientCallbacks隊列，而后者執行了 persistentCallbacks 和 postFrameCallbacks 隊列。

三，繪制

渲染和繪制邏輯在RenderBinding 中實現，查看其源發，發現在其initInstances()方法中有如下代碼：

void initInstances() {
  ... //省略無關代碼
 
  //監聽Window對象的事件  
  ui.window
    ..onMetricsChanged = handleMetricsChanged
    ..onTextScaleFactorChanged = handleTextScaleFactorChanged
    ..onSemanticsEnabledChanged = _handleSemanticsEnabledChanged
    ..onSemanticsAction = _handleSemanticsAction;
 
  //添加PersistentFrameCallback    
  addPersistentFrameCallback(_handlePersistentFrameCallback);
}

通過addPersistentFrameCallback 向persistentCallbacks隊列添加了一個回調 _handlePersistentFrameCallback:

void _handlePersistentFrameCallback(Duration timeStamp) {
  drawFrame();
}

該方法直接調用了RenderBinding的drawFrame()方法：

void drawFrame() {
 assert(renderView != null);
 pipelineOwner.flushLayout(); //布局
 pipelineOwner.flushCompositingBits(); //重繪之前的預處理操作，檢查RenderObject是否需要重繪
 pipelineOwner.flushPaint(); // 重繪
 renderView.compositeFrame(); // 將需要繪制的比特數據發給GPU
 pipelineOwner.flushSemantics(); // this also sends the semantics to the OS.
}

• flushLayout()

void flushLayout() {
   ...
    while (_nodesNeedingLayout.isNotEmpty) {
      final List<RenderObject> dirtyNodes = _nodesNeedingLayout;
      _nodesNeedingLayout = <RenderObject>[];
      for (RenderObject node in 
           dirtyNodes..sort((RenderObject a, RenderObject b) => a.depth - b.depth)) {
        if (node._needsLayout && node.owner == this)
          node._layoutWithoutResize();
      }
    }
  } 
}

該方法主要任務是更新了所有被標記為“dirty”的RenderObject的布局信息。主要的動作發生在node._layoutWithoutResize()方法中，該方法中會調用performLayout()進行重新布局。 

• flushCompositingBits()

void flushCompositingBits() {
  _nodesNeedingCompositingBitsUpdate.sort(
      (RenderObject a, RenderObject b) => a.depth - b.depth
  );
  for (RenderObject node in _nodesNeedingCompositingBitsUpdate) {
    if (node._needsCompositingBitsUpdate && node.owner == this)
      node._updateCompositingBits(); //更新RenderObject.needsCompositing屬性值
  }
  _nodesNeedingCompositingBitsUpdate.clear();
}

檢查RenderObject是否需要重繪，然后更新RenderObject.needsCompositing屬性，如果該屬性值被標記為true則需要重繪。 

• flushPaint()

void flushPaint() {
 ...
  try {
    final List<RenderObject> dirtyNodes = _nodesNeedingPaint; 
    _nodesNeedingPaint = <RenderObject>[];
    // 反向遍歷需要重繪的RenderObject
    for (RenderObject node in 
         dirtyNodes..sort((RenderObject a, RenderObject b) => b.depth - a.depth)) {
      if (node._needsPaint && node.owner == this) {
        if (node._layer.attached) {
          // 真正的繪制邏輯  
          PaintingContext.repaintCompositedChild(node);
        } else {
          node._skippedPaintingOnLayer();
        }
      }
    }
  } 
}

該方法進行了最終的繪制，可以看出它不是重繪了所有 RenderObject，而是只重繪了需要重繪的 RenderObject。真正的繪制是通過PaintingContext.repaintCompositedChild()來繪制的，該方法最終會調用Flutter engine提供的Canvas API來完成繪制。 

• compositeFrame()

void compositeFrame() {
  ...
  try {
    final ui.SceneBuilder builder = ui.SceneBuilder();
    final ui.Scene scene = layer.buildScene(builder);
    if (automaticSystemUiAdjustment)
      _updateSystemChrome();
    ui.window.render(scene); //調用Flutter engine的渲染API
    scene.dispose(); 
  } finally {
    Timeline.finishSync();
  }
}

方法中有一個Scene對象，Scene對象是一個數據結構，保存最終渲染后的像素信息。這個方法將Canvas畫好的Scene傳給window.render()方法，該方法會直接將scene信息發送給Flutter engine，最終又engine將圖像畫在設備屏幕上。 

五，注意：

由於RenderBinding只是一個mixin，而with它的是WidgetBinding，所以我們需要看看WidgetBinding中是否重寫該方法，查看WidgetBinding的drawFrame()方法源碼：

@override
void drawFrame() {
 ...//省略無關代碼
  try {
    if (renderViewElement != null)
      buildOwner.buildScope(renderViewElement); 
    super.drawFrame(); //調用RenderBinding的drawFrame()方法
    buildOwner.finalizeTree();
  } 
}

在調用RenderBinding.drawFrame()方法前會調用 buildOwner.buildScope() （非首次繪制），該方法會將被標記為“dirty” 的 Element 進行 rebuild() 。

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原文：https://blog.csdn.net/qq_39969226/article/details/94217758