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Flutter框架分析(二)-- 初始化

Flutter框架分析分析系列文章:

《Flutter框架分析(一)-- 总览和Window》

《Flutter框架分析(二)-- 初始化》

《Flutter框架分析(三)-- Widget,Element和RenderObject》

《Flutter框架分析(四)-- Flutter框架的运行》

《Flutter框架分析(五)-- 动画》

《Flutter框架分析(六)-- 布局》

《Flutter框架分析(七)-- 绘制》

前言

上篇文章《Flutter框架分析(一)-- 总览和Window》介绍了Flutter框架最核心的渲染流水线和最基础的Window。这篇文章里,我们从Flutter框架的初始化来进入,来一步步揭开Flutter的面纱。写过Flutter程序的同学都知道,Flutter app的入口就是函数runApp()

void main() {
  runApp(MyApp());
}
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那么我们就从函数runApp()入手,看看这个函数被调用以后发生了什么。

初始化

runApp()的函数体位于widgets/binding.dart。长这样:

void runApp(Widget app) {
  WidgetsFlutterBinding.ensureInitialized()
    ..attachRootWidget(app)
    ..scheduleWarmUpFrame();
}
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从调用的函数名称就可以看出来,它做了3件事,

  • 确保WidgetsFlutterBinding被初始化。
  • 把你的Widget贴到什么地方去。
  • 然后调度一个“热身”帧。

OK,那我们就来挨个看一下这3件事具体都做了什么。

ensureInitialized()

首先我们先看一下WidgetsFlutterBinding是什么,从这个类的名称来看,是把Widget和Flutter绑定在一起的意思。

class WidgetsFlutterBinding extends BindingBase with GestureBinding, ServicesBinding, SchedulerBinding, PaintingBinding, SemanticsBinding, RendererBinding, WidgetsBinding {
  static WidgetsBinding ensureInitialized() {
    if (WidgetsBinding.instance == null)
      WidgetsFlutterBinding();
    return WidgetsBinding.instance;
  }
}
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这个类继承自BindingBase并且混入(Mixin)了很多其他类,看名称都是不同功能的绑定。而静态函数ensureInitialized()所做的就是返回一个WidgetsBinding.instance单例。

混入的那些各种绑定类也都是继承自抽象类BindingBase的。

abstract class BindingBase {
    BindingBase() {
        ...
        initInstances();
        ...
    }
    ...
    ui.Window get window => ui.window;
}
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关于抽象类BindingBase,你需要了解两个地方,一个是在其构造的时候会调用函数initInstances()。这个函数会由其子类,也就是上面说那些各种混入(Mixin)的绑定类各自实现,具体的初始化都是在其内部实现的。另一个就是BindingBase有一个getter,返回的是window。还记得在《Flutter框架分析(一)-- 总览和Window》中提到过的窗口吗?没错,这里的window就是它。那我们是不是可以推论,这些个绑定其实就是对window的封装?来,让我们挨个看一下这几个绑定类在调用initInstances()的时候做了什么的吧。

第一个是GestureBinding。手势绑定。

mixin GestureBinding on BindingBase implements HitTestable, HitTestDispatcher, HitTestTarget {
  @override
  void initInstances() {
    super.initInstances();
    _instance = this;
    window.onPointerDataPacket = _handlePointerDataPacket;
  }
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在调用initInstances()的时候,主要做的事情就是给window设置了一个手势处理的回调函数。所以这个绑定主要是负责管理手势事件的。

第二个是ServicesBinding。服务绑定

mixin ServicesBinding on BindingBase {
 @override
 void initInstances() {
   super.initInstances();
   _instance = this;
   window
     ..onPlatformMessage = BinaryMessages.handlePlatformMessage;
   initLicenses();
 }
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这个绑定主要是给window设置了处理Platform Message的回调。

第三个是SchedulerBinding。调度绑定。

mixin SchedulerBinding on BindingBase, ServicesBinding {
@override
void initInstances() {
  super.initInstances();
  _instance = this;
  window.onBeginFrame = _handleBeginFrame;
  window.onDrawFrame = _handleDrawFrame;
  SystemChannels.lifecycle.setMessageHandler(_handleLifecycleMessage);
}
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这个绑定主要是给window设置了onBeginFrameonDrawFrame的回调,回忆一下上一篇文章讲渲染流水线的时候,当Vsync信号到来的时候engine会回调Flutter的来启动渲染流程,这两个回调就是在SchedulerBinding管理的。

第四个是PaintingBinding。绘制绑定。

mixin PaintingBinding on BindingBase, ServicesBinding {
@override
void initInstances() {
  super.initInstances();
  _instance = this;
  _imageCache = createImageCache();
}
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这个绑定只是创建了个图片缓存,就不细说了。

第五个是SemanticsBinding。辅助功能绑定。

mixin SemanticsBinding on BindingBase {
@override
void initInstances() {
  super.initInstances();
  _instance = this;
  _accessibilityFeatures = window.accessibilityFeatures;
}
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这个绑定管理辅助功能,就不细说了。

第六个是RendererBinding。渲染绑定。这是比较重要的一个类。

mixin RendererBinding on BindingBase, ServicesBinding, SchedulerBinding, GestureBinding, SemanticsBinding, HitTestable {
 @override
 void initInstances() {
   super.initInstances();
   _instance = this;
   _pipelineOwner = PipelineOwner(
     onNeedVisualUpdate: ensureVisualUpdate,
     onSemanticsOwnerCreated: _handleSemanticsOwnerCreated,
     onSemanticsOwnerDisposed: _handleSemanticsOwnerDisposed,
   );
   window
     ..onMetricsChanged = handleMetricsChanged
     ..onTextScaleFactorChanged = handleTextScaleFactorChanged
     ..onPlatformBrightnessChanged = handlePlatformBrightnessChanged
     ..onSemanticsEnabledChanged = _handleSemanticsEnabledChanged
     ..onSemanticsAction = _handleSemanticsAction;
   initRenderView();
   _handleSemanticsEnabledChanged();
   assert(renderView != null);
   addPersistentFrameCallback(_handlePersistentFrameCallback);
   _mouseTracker = _createMouseTracker();
 }

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这个绑定是负责管理渲染流程的,初始化的时候做的事情也比较多。 首先是实例化了一个PipelineOwner类。这个类负责管理驱动我们之前说的渲染流水线。随后给window设置了一系列回调函数,处理屏幕尺寸变化,亮度变化等。接着调用initRenderView()

  void initRenderView() {
   assert(renderView == null);
   renderView = RenderView(configuration: createViewConfiguration(), window: window);
   renderView.scheduleInitialFrame();
 }
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这个函数实例化了一个RenderView类。RenderView继承自RenderObject。我们都知道Flutter框架中存在这一个渲染树(render tree)。这个RenderView就是渲染树(render tree)的根节点,这一点可以通过打开"Flutter Inspector"看到,在"Render Tree"这个Tab下,最根部的红框里就是这个RenderView

RenderView

最后调用addPersistentFrameCallback添加了一个回调函数。请大家记住这个回调,渲染流水线的主要阶段都会在这个回调里启动。

第七个是WidgetsBinding,组件绑定。

mixin WidgetsBinding on BindingBase, SchedulerBinding, GestureBinding, RendererBinding, SemanticsBinding {
  @override
  void initInstances() {
    super.initInstances();
    _instance = this;
    buildOwner.onBuildScheduled = _handleBuildScheduled;
    window.onLocaleChanged = handleLocaleChanged;
    window.onAccessibilityFeaturesChanged = handleAccessibilityFeaturesChanged;
    SystemChannels.navigation.setMethodCallHandler(_handleNavigationInvocation);
    SystemChannels.system.setMessageHandler(_handleSystemMessage);
  }
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这个绑定的初始化先给buildOwner设置了个onBuildScheduled回调,还记得渲染绑定里初始化的时候实例化了一个PipelineOwner吗?这个BuildOwner是在组件绑定里实例化的。它主要负责管理Widget的重建,记住这两个"owner"。他们将会Flutter框架里的核心类。接着给window设置了两个回调,因为和渲染关系不大,就不细说了。最后设置SystemChannels.navigationSystemChannels.system的消息处理函数。这两个回调一个是专门处理路由的,另一个是处理一些系统事件,比如剪贴板,震动反馈,系统音效等等。

至此,WidgetsFlutterBinding.ensureInitialized()就跑完了,总体上来讲是把window提供的API分别封装到不同的Binding里。我们需要重点关注的是SchedulerBindingRendererBindingWidgetsBinding。这3个是渲染流水线的重要存在。

接下来就该看一下runApp()里的第二个调用了。

attachRootWidget(app)

这个函数的代码如下:

  void attachRootWidget(Widget rootWidget) {
    _renderViewElement = RenderObjectToWidgetAdapter<RenderBox>(
      container: renderView,
      debugShortDescription: '[root]',
      child: rootWidget
    ).attachToRenderTree(buildOwner, renderViewElement);
  }
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在之前说的RendererBinding的初始化的时候,我们得到了一个RenderView的实例,render tree的根节点。RenderView是继承自RenderObject的,而RenderObject需要有对应的WidgetElement。上述代码中的RenderObjectToWidgetAdapter就是这个Widget。而对应的Element就是RenderObjectToWidgetElement了,既然是要关联到render tree的根节点,那它自然也就是element tree的根节点了。

从上述分析我们可以得出结论:

  • 渲染绑定(RendererBinding)通过pipelineOwner间接持有render tree的根节点RenderView
  • 组件绑定(WidgetsBinding)持有element tree的根节点RenderObjectToWidgetElement

那么RenderObjectToWidgetElement是怎么和RenderView关联起来的呢,那自然是通过一个Widget做到的了,看下RenderObjectToWidgetAdapter的代码:

class RenderObjectToWidgetAdapter<T extends RenderObject> extends RenderObjectWidget {
  /// Creates a bridge from a [RenderObject] to an [Element] tree.
  ///
  /// Used by [WidgetsBinding] to attach the root widget to the [RenderView].
  RenderObjectToWidgetAdapter({
    this.child,
    this.container,
    this.debugShortDescription
  }) : super(key: GlobalObjectKey(container));

  @override
  RenderObjectToWidgetElement<T> createElement() => RenderObjectToWidgetElement<T>(this);

  @override
  RenderObjectWithChildMixin<T> createRenderObject(BuildContext context) => container;
  ...
  }
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你看,createElement()返回的就是RenderObjectToWidgetElement,而createRenderObject返回的container就是构造这个Widget传入的RenderView了。而我们自己的MyApp作为一个子widget存在于RenderObjectToWidgetAdapter之中。

最后调用的attachToRenderTree做的事情属于我们之前说的渲染流水线的构建(Build)阶段,这时会根据我们自己的widget生成element tree和render tree。构建(Build)阶段完成以后,那自然是要进入布局(Layout)阶段和绘制(Paint)阶段了。怎么进呢?那就是runApp里的最后一个函数调用了。

scheduleWarmUpFrame()

  void scheduleWarmUpFrame() {
    ...
    Timer.run(() {
      ...
      handleBeginFrame(null);
      ...
    });
    Timer.run(() {
      ...
      handleDrawFrame();
      ...
    });
  }

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这个函数其实就调了两个函数,就是之前我们讲window的时候说的两个回调函数onBeginFrameonDrawFrame吗?这里其实就是在具体执行这两个回调。最后渲染出来首帧场景送入engine显示到屏幕。这里使用Timer.run()来异步运行两个回调,是为了在它们被调用之前有机会处理完微任务队列(microtask queue)。关于Dart代码异步执行可以参考我的文章《Flutter/Dart中的异步》

我们之前说渲染流水线是由Vsync信号驱动的,但是上述过程都是在runApp()里完成的。并没有看到什么地方告诉engine去调度一帧。这是因为我们是在做Flutter的初始化。为了节省等待Vsync信号的时间,所以就直接把渲染流程跑完做出来第一帧图像来了。

总结

Flutter框架的初始化就介绍完了。顺带还包括了Flutter app首帧渲染的一个大致流程。本文中所说的Flutter框架初始化过程其实主要的点都在几个绑定(binding)的初始化。理解的时候要记住上篇文章中介绍的渲染流水线和window。Flutter框架其实就是围绕这两个东西在做文章。总结起来本文的要点这么几个:

  • 3个重要绑定:SchedulerBindingRendererBindingWidgetsBinding
  • 2个“owner”:PipelineOwnerBuildOwner
  • 2颗树的根节点:render tree根节点RenderView;element tree根节点RenderObjectToWidgetElement

有了这些基础以后,后续的文章我们会再去分析WidgetElementRenderObject之间的关系,以及具体的Flutter渲染流水线各阶段是如何工作的。