Flutter Engine线程管理与Dart Isolate机制

一.Flutter 线程管理

Embeder : 嵌入器
Flutter Engine要求Embeder提供四个Task Runner，Embeder指的是将引擎移植到平台的中间层代码。这四个主要的Task Runner包括：

效果图

1.Platform Task Runner

Flutter Engine的主Task Runner，类似于Android Main Thread或者iOS的Main Thread
跟Flutter Engine的所有交互（接口调用）必须在Platform Thread进行，否则可能导致无法预期的异常
需要注意的是在Flutter Engine中有很多模块都是非线程安全的
不建议在这个Runner执行繁重的操作，长时间卡住Platform Thread应用有可能会被系统Watchdog强杀

2.UI Task Runner Thread（Dart Runner）

用于执行Dart root isolate代码(简单理解为Dart VM里面的线程)
Root isolate比较特殊，它绑定了不少Flutter需要的函数方法，以便进行渲染相关操作

对于每一帧，引擎要做的事情

Root isolate通知Flutter Engine有帧需要渲染。
Flutter Engine通知平台，需要在下一个vsync的时候得到通知。
平台等待下一个vsync
对创建的对象和Widgets进行Layout并生成一个Layer Tree，这个Tree马上被提交给Flutter Engine。当前阶段没有进行任何光栅化，这个步骤仅是生成了对需要绘制内容的描述。
创建或者更新Tree，这个Tree包含了用于屏幕上显示Widgets的语义信息。这个东西主要用于平台相关的辅助Accessibility元素的配置和渲染。

Root Isolate负责创建管理的Layer Tree最终决定绘制到屏幕上的内容。因此这个线程的过载会直接导致卡顿掉帧。

3.GPU Task Runner

用于执行设备GPU的指令
负责将Layer Tree提供的信息转化为平台可执行的GPU指令
同时负责绘制所需要的GPU资源的管理。资源主要包括平台Framebuffer，Surface，Texture和Buffers等
一般来说UI Runner和GPU Runner跑在不同的线程
GPU Runner会根据目前帧执行的进度去向UI Runner要求下一帧的数据，在任务繁重的时候可能会告诉UI Runner延迟任务。

这种调度机制确保GPU Runner不至于过载，同时也避免了UI Runner不必要的消耗

4.IO Task Runner

从图片存储（比如磁盘）中读取压缩的图片格式，将图片数据进行处理为GPU Runner的渲染做好准备
IO Runner首先要读取压缩的图片二进制数据（比如PNG，JPEG），将其解压转换成GPU能够处理的格式然后将数据上传到GPU
获取诸如ui.Image这样的资源只有通过async call去调用，当调用发生的时候Flutter Framework告诉IO Runner进行加载的异步操作

IO Runner直接决定了图片和其它一些资源加载的延迟间接影响性能。所以建议为IO Runner创建一个专用的线程

二、各个平台目前默认Runner线程实现

Android 和 iOS

Mobile平台上面每一个Engine实例启动的时候会为UI，GPU，IO Runner各自创建一个新的线程。所有Engine实例共享同一个Platform Runner和线程。

Fuchsia

每一个Engine实例都为UI，GPU，IO，Platform Runner创建各自新的线程。

三、Dart isolate机制

An isolated Dart execution context.(译：一个独立的Dart执行上下文。)

1.isolate定义

是Dart对actor并发模式的实现
isolate是有自己的内存和单线程控制的运行实体
isolate之间的内存在逻辑上是隔离的
solate中的代码是按顺序执行的，任何Dart程序的并发都是运行多个isolate的结果
因为Dart没有共享内存的并发，没有竞争的可能性所以不需要锁，也就不用担心死锁的问题

2.isolate之间的通信

由于isolate之间没有共享内存，所以他们之间的通信唯一方式只能是通过Port进行，而且Dart中的消息传递总是异步的。

3.isolate与普通线程的区别

我们可以看到isolate神似Thread，但实际上两者有本质的区别。操作系统内的线程之间是可以有共享内存的而isolate没有，这是最为关键的区别。

4.isolate实现简述

初始化isolate数据结构
初始化堆内存(Heap)
进入新创建的isolate，使用跟isolate一对一的线程运行isolate
配置Port
配置消息处理机制(Message Handler)
配置Debugger，如果有必要的话
将isolate注册到全局监控器（Monitor）

5.isolate 应用案例

import 'dart:async';
import 'dart:isolate';

main() async {
  // isolate所需的参数，必须要有SendPort，SendPort需要ReceivePort来创建
  final receivePort = new ReceivePort();
  // 开始创建isolate, Isolate.spawn函数是isolate.dart里的代码,_isolate是我们自己实现的函数
  await Isolate.spawn(_isolate, receivePort.sendPort);
  // 发送的第一个message，是它的SendPort
  var sendPort = await receivePort.first;
  var msg = await sendReceive(sendPort, "foo");
  print('received $msg');
  msg = await sendReceive(sendPort, "bar");
  print('received $msg');
}

/// 新isolate的入口函数
_isolate(SendPort replyTo) async {
  // 实例化一个ReceivePort 以接收消息
  var port = new ReceivePort();

  // 把它的sendPort发送给宿主isolate，以便宿主可以给它发送消息
  replyTo.send(port.sendPort);

  // 监听消息，从port里取
  await for (var msg in port) {
    var data = msg[0];
    SendPort replyTo = msg[1];
    replyTo.send('应答：' + data);
    if (data == "bar") port.close();
  }
}

/// 对某个port发送消息，并接收结果
Future sendReceive(SendPort port, msg) {
  ReceivePort response = new ReceivePort();
  port.send([msg, response.sendPort]);
  return response.first;
}
/*输出结果：
flutter: received 应答：foo
flutter: received 应答：bar
*/

三.Dart的Event Loop

循环中有两个队列，一个是微任务队列（MicroTask queue），一个是事件队列(Event queue)。

15750308164165.jpg

5.1. scheduleMicrotask 线程调度

事件队列包含外部事件，例如I/O, Timer，绘制事件等等。
微任务队列则包含有Dart内部的微任务，主要是通过scheduleMicrotask来调度

 print('main #1 of 2');
  scheduleMicrotask(() => print('microtask #1 of 3'));
  
  new Future.delayed(
      new Duration(seconds: 1), () => print('future #1 delayed'));

  new Future(() => print('future #2 of 4'))
      .then((_) => print('future #2a'))
      .then((_) {
        print('future #2b');
        scheduleMicrotask(() => print('microtask #0 from future #2b'));
      })
      .then((_) => print('future #2c'))
      .then((_) => print('future #2d'));