深入学习Flutter的运行机制

main入口启动

• Flutter的主入口在"lib/main.dart"的main()函数中。在Flutter应用中，main()函数最简单的实现如下：

    void main() {
      runApp(MyApp());
    }
    

• 可以看到main()函数只调用了一个runApp()方法，runApp()方法中都做了什么：

    void runApp(Widget app) {
      //初始化操作
      WidgetsFlutterBinding.ensureInitialized()
        //页面渲染
        ..attachRootWidget(app)
        ..scheduleWarmUpFrame();
    }
    
   

*   参数`app`是一个Widget，是Flutter应用启动后要展示的第一个Widget。
*   `WidgetsFlutterBinding`正是绑定widget 框架和Flutter engine的桥梁。

• ensureInitialized()方法

    class WidgetsFlutterBinding extends BindingBase with GestureBinding, ServicesBinding, SchedulerBinding, PaintingBinding, SemanticsBinding, RendererBinding, WidgetsBinding {
      static WidgetsBinding ensureInitialized() {
        if (WidgetsBinding.instance == null)
          WidgetsFlutterBinding();
        return WidgetsBinding.instance;
      }
    }
    
   

*   可以看到`WidgetsFlutterBinding`继承自`BindingBase` 并混入了很多`Binding`，在介绍`Binding`之前先介绍一下`Window`，`Window`的官方解释：The most basic interface to the host operating system's user interface.

• Window正是Flutter Framework连接宿主操作系统的接口。看一下Window类的部分定义：

    class Window {
      // 当前设备的DPI，即一个逻辑像素显示多少物理像素，数字越大，显示效果就越精细保真。
      // DPI是设备屏幕的固件属性，如Nexus 6的屏幕DPI为3.5 
      double get devicePixelRatio => _devicePixelRatio;
      // 绘制回调  
      VoidCallback get onDrawFrame => _onDrawFrame;
      // 发送平台消息
      void sendPlatformMessage(String name,
                               ByteData data,
                               PlatformMessageResponseCallback callback) ;
      ... //其它属性及回调
    }
    

*   `Window`类包含了当前设备和系统的一些信息以及Flutter Engine的一些回调。现在回来看看`WidgetsFlutterBinding`混入的各种Binding。通过查看这些 Binding的源码，可以发现这些Binding中基本都是监听并处理`Window`对象的一些事件，然后将这些事件按照Framework的模型包装、抽象然后分发。可以看到`WidgetsFlutterBinding`正是粘连Flutter engine与上层Framework的“胶水”。

• 看看attachToRenderTree的源码实现：

    RenderObjectToWidgetElement<T> attachToRenderTree(BuildOwner owner, [RenderObjectToWidgetElement<T> element]) {
      if (element == null) {
        ...// 代码处理
      } else {
        ...// 代码处理
      }
      return element;
    }
    

• 该方法负责创建根element，即 RenderObjectToWidgetElement，并且将element与widget 进行关联，即创建出 widget树对应的element树。
  • 如果element 已经创建过了，则将根element 中关联的widget 设为新的，由此可以看出element 只会创建一次，后面会进行复用。那么BuildOwner是什么呢？其实他就是widget framework的管理类，它跟踪哪些widget需要重新构建。

页面渲染

• 回到runApp的实现中，当调用完attachRootWidget后，最后一行会调用 WidgetsFlutterBinding 实例的 scheduleWarmUpFrame() 方法，该方法的实现在SchedulerBinding 中，它被调用后会立即进行一次绘制（而不是等待"vsync"信号），在此次绘制结束前，该方法会锁定事件分发，也就是说在本次绘制结束完成之前Flutter将不会响应各种事件，这可以保证在绘制过程中不会再触发新的重绘。
• 下面是scheduleWarmUpFrame() 方法的部分实现(省略了无关代码)：

   void scheduleWarmUpFrame() {
     Timer.run(() {
       handleBeginFrame(null); 
     });
     Timer.run(() {
       handleDrawFrame();  
       resetEpoch();
     });
     // 锁定事件
     lockEvents(() async {
       await endOfFrame;
       Timeline.finishSync();
     });
    ...
   }
   

*   可以看到该方法中主要调用了`handleBeginFrame()` 和 `handleDrawFrame()` 两个方法，在看这两个方法之前我们首先了解一下Frame 和 FrameCallback 的概念：
*   Frame: 一次绘制过程，我们称其为一帧。Flutter engine受显示器垂直同步信号"VSync"的驱使不断的触发绘制。我们之前说的Flutter可以实现60fps（Frame Per-Second），就是指一秒钟可以触发60次重绘，FPS值越大，界面就越流畅。
*   FrameCallback：`SchedulerBinding` 类中有三个FrameCallback回调队列， 在一次绘制过程中，这三个回调队列会放在不同时机被执行：
    *   1.  `transientCallbacks`：用于存放一些临时回调，一般存放动画回调。可以通过`SchedulerBinding.instance.scheduleFrameCallback` 添加回调。
    *   2.  `persistentCallbacks`：用于存放一些持久的回调，不能在此类回调中再请求新的绘制帧，持久回调一经注册则不能移除。`SchedulerBinding.instance.addPersitentFrameCallback()`，这个回调中处理了布局与绘制工作。
    *   3.  `postFrameCallbacks`：在Frame结束时只会被调用一次，调用后会被系统移除，可由 `SchedulerBinding.instance.addPostFrameCallback()` 注册，注意，不要在此类回调中再触发新的Frame，这可以会导致循环刷新。
*   自行查看`handleBeginFrame()` 和 `handleDrawFrame()` 两个方法的源码，可以发现前者主要是执行了`transientCallbacks`队列，而后者执行了 `persistentCallbacks` 和 `postFrameCallbacks` 队列。

页面绘制

• 渲染和绘制逻辑在RendererBinding中实现，查看其源码，发现在其initInstances()方法中有如下代码：

   void initInstances() {
     ... //省略无关代码
         
     //监听Window对象的事件  
     ui.window
       ..onMetricsChanged = handleMetricsChanged
       ..onTextScaleFactorChanged = handleTextScaleFactorChanged
       ..onSemanticsEnabledChanged = _handleSemanticsEnabledChanged
       ..onSemanticsAction = _handleSemanticsAction;
      
     //添加PersistentFrameCallback    
     addPersistentFrameCallback(_handlePersistentFrameCallback);
   }
   

*   看最后一行，通过`addPersistentFrameCallback` 向`persistentCallbacks`队列添加了一个回调 `_handlePersistentFrameCallback`:

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

• 该方法直接调用了RendererBinding的drawFrame()方法

flushLayout()

• 代码如下所示

   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();
         }
       }
     } 
   }
   

• 源码很简单，该方法主要任务是更新了所有被标记为“dirty”的RenderObject的布局信息。主要的动作发生在node._layoutWithoutResize()方法中，该方法中会调用performLayout()进行重新布局。

flushCompositingBits()

• 代码如下所示

   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属性值
     }
     _nodesNeedingCompositingBitsUpdate.clear();
   }
   

• 检查RenderObject是否需要重绘，然后更新RenderObject.needsCompositing属性，如果该属性值被标记为true则需要重绘。

flushPaint()

• 代码如下所示

  void flushPaint() {
     ...
      try {
        final List<RenderObject> dirtyNodes = _nodesNeedingPaint; 
        _nodesNeedingPaint = <RenderObject>[];
        // 反向遍历需要重绘的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) {
              // 真正的绘制逻辑  
              PaintingContext.repaintCompositedChild(node);
            } else {
              node._skippedPaintingOnLayer();
            }
          }
        }
      } 
    }

*   该方法进行了最终的绘制，可以看出它不是重绘了所有 `RenderObject`，而是只重绘了需要重绘的 `RenderObject`。真正的绘制是通过`PaintingContext.repaintCompositedChild()`来绘制的，该方法最终会调用Flutter engine提供的Canvas API来完成绘制。

compositeFrame()

• 代码如下所示

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

• 这个方法中有一个Scene对象，Scene对象是一个数据结构，保存最终渲染后的像素信息。
  • 这个方法将Canvas画好的Scene传给window.render()方法，该方法会直接将scene信息发送给Flutter engine，最终由engine将图像画在设备屏幕上。

最后

• 需要注意：由于RendererBinding只是一个mixin，而with它的是WidgetsBinding，所以需要看看WidgetsBinding中是否重写该方法，查看WidgetsBinding的drawFrame()方法源码：```

  @override
    void drawFrame() {
     ...//省略无关代码
      try {
        if (renderViewElement != null)
          buildOwner.buildScope(renderViewElement); 
        super.drawFrame(); //调用RendererBinding的drawFrame()方法
        buildOwner.finalizeTree();
      } 
    }
    

• 发现在调用RendererBinding.drawFrame()方法前会调用 buildOwner.buildScope() （非首次绘制），该方法会将被标记为“dirty” 的 element 进行 rebuild() 。

最后

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