Flutter渲染原理解析

Flutter,一切皆Widget。
先看一张Google提供的的原理图:


flutter-ui

这张图清晰地解释了:Flutter只关心向 GPU提供视图数据,GPU的 VSync信号同步到 UI线程,UI线程使用 Dart来构建抽象的视图结构,这份数据结构在 GPU线程进行图层合成,视图数据提供给 Skia引擎渲染为 GPU数据,这些数据通过 OpenGL或者 Vulkan提供给 GPU。
所以 Flutter并不关心显示器、视频控制器以及 GPU具体工作,它只关心 GPU发出的 VSync信号,尽可能快地在两个 VSync信号之间计算并合成视图数据,并且把数据提供给 GPU。
Skia是一款内置于android或者说Google的2D绘图引擎,且是跨平台的,但是IOS不自带这个引擎,所以打出来的IOS的包比android大一些。


flutter-ui

从上图我们可以看到,更进一步描述了开始的渲染流程图,用户输入是驱动视图更新的信号,如滑动屏幕等。然后会触发动画进度更新,框架开始build抽象视图数据,在之后,视图会进行布局、绘制、合成(渲染过程的三个步骤),最后进行光栅化处理把数据生成一个个真正的像素填充数据。在Flutter中,构建视图数据结构、布局、绘制、合成、与Engine的数据同步和通信放到了Framework层,而光栅化则放在了Engine层中。

视图数据结构:

上面说到UI线程使用Dart来构建抽象的视图结构,无论是比较底层的框架,还是上层的应用代码,在向绘制引擎提供视图数据时,都需要一份结构化的视图数据,类似抽象语法树,也就是上面所讲到的Layer Tree,Flutter的视图数据抽象分为3部分,分别是Widget、Element、RenderObject。
Widget:


Widget

Widget里面存储了一个视图的配置信息,包括布局、属性等。它是一份轻量的数据结构,在构建时是结构树,它不参与直接的绘制,所以说Widget仅仅是配置文件,Flutter团队对它做了优化,频繁的创建/销毁它们,都不会存在明显的性能问题。所以一旦数据发生改变,直接销毁,new一个新的。
Widget包含StatelessWidget和StatefullWidget两个常用类,StatelessWidget是无状态变化的类,需要重新展示时得重新new,StatefullWidget是有状态变化的类,很类似react的设计理念,state存放于中间,通过调用state.setState()才会触发该节点及以下整个子树更新。
Element


Element

Element是Widget的抽象,当一个Widget首次被创建的时候,那么这个Widget会通过Widget.createElement,创建一个element,挂载到Element Tree遍历视图树。在attachRootWidget函数中,把 widget交给了 RenderObjectToWidgetAdapter这座桥梁,Element创建的同时还持有 Widget和 RenderObject的引用。构建系统通过遍历Element Tree来创建RenderObject,每一个Element都具有一个唯一的key,当触发视图更新时,只会更新标记的需变化的Element。类似react中setState后虚拟dom树的更新。
一个Widget对象可以对应多个Element对象。(相同的widget可以同时存在)
RenderObject
RenderObject

RenderObject作为UI视图的描述方式,其中含有4个重用的属性和方法,

constraints: 从 parent 传递过来的约束。
parentData: 这里面携带的是 parent 渲染 child 的时候所用到的数据。
performLayout():此方法用于布局所有的 child。
paint():这个方法用于绘制自己或者 child。
后面会看到具体出现场景。

在 RenderObject树中会发生 Layout、Paint的绘制事件(下面会具体讲到),大部分绘图性能优化发生在这里,RenderObject Tree构建为Canvas的所需描述数据,加入到Layer Tree中,最终在Flutter Engine中进行视图合成并光栅化交给GPU。

接下来看下Flutter Widget渲染的三个阶段:
1.Layout(布局的计算):确定每个子widget大小和在屏幕中的位置。
2.Paint(视图的绘制):为每个子widget提供canvas,让他们绘制自己。
3.Composite(合成):所有widget合成到一起,交给GPU处理。

Layout 布局


Layout

1.父控件(parent)将布局约束传递给子控件(child),父控件通过传递Containers参数,告诉子控件自己的大小(布局约束),以此来决定子控件的位置。
2.子控件将布局详情上传给父控件,并继续向下约束子控件,子控件的位置不存储在自己的容器(布局详情)中,而是存储在自己的parentData字段里,所以当他的位置发生变化时,并不需要重新布局或绘制。
例如:parent会给child一个约束,最大宽度500px(布局约束)、最大高度500px(布局约束),child会说我只用100px(布局详情),并将其传递给parent,parent会继续向上传递,直到root widget为止。所以布局约束数据的传递顺序是自上而下,和web一样,布局约束条件和布局详情都取决于盒子模型协议和滑动布局协议。

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