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标题: Android技能整理：一文秒懂Flutter跨平台演进及架构 [打印本页]

作者: 诗林 时间: 2024-8-26 03:18
标题: Android技能整理：一文秒懂Flutter跨平台演进及架构
3. Flutter引擎启动
既然了解了Flutter的编译产物，那你或许又好奇，Flutter这台引擎如何发动的，怎么跟Native衔接呢？

这里以Android为例，熟悉Android的开发者，应该都了解APP启动过程，会执行Application和Activity的onCreate()方法，FlutterApplication和FlutterActivity的onCreate()方法正是毗连Native和Flutter的枢纽。

FlutterApplication.java的onCreate过程重要完成初始化配置、加载引擎libflutter.so、注册JNI方法；
FlutterActivity.java的onCreate过程，通过FlutterJNI的AttachJNI()方法来初始化引擎Engine、Dart捏造机、Isolate、taskRunner等对象。再经过层层处置处罚最终调用main.dart中main()方法，执行runApp(Widget app)来处置处罚整个Dart业务代码。

Flutter引擎启动中会创建有4个TaskRunner以及创建捏造机，分别来看看它们的工作原理。
4. TaskRunner工作原理
Flutter引擎启动过程，会创建UI/GPU/IO这3个线程，会为这些线程依次创建MessageLoop对象，启动后处于epoll_wait等候状态。对于Flutter的消息机制跟Android原生的消息机制有很多相似之处，都有消息(大概使命)、消息队列(或使命队列)以及Looper；有一点差异的是Android有一个Handler类，用于发送消息以及执行回调方法，相对应Flutter中有着相近功能的便是TaskRunner。

上图是从源码中提炼而来的使命处置处罚流程，比官方流程图更容易理解一些复杂流程的时序问题，后续会专门解说个中起因。Flutter的使命队列处置处罚机制跟Android的消息队列处置处罚相通，只不外Flutter分为Task和MicroTask两种范例，引擎和Dart捏造机的事件以及Future都属于Task，Dart层执行scheduleMicrotask()所产生的属于Microtask。
每次Flutter引擎在消费使命时调用FlushTasks()方法，遍历整个延迟使命队列delayed_tasks_，将已到期的使命参加task队列，然后开始处置处罚使命。

Step 1: 查抄task，当task队列不为空，先执行一个task；
Step 2: 查抄microTask，当microTask不为空，则执行microTask；不断循环Step 2 直到microTask队列为空，再回到执行Step 1；

可简单理解为先处置处罚完全部的Microtask，然后再处置处罚Task。由于scheduleMicrotask()方法的调用自身就处于一个Task，执行完当前的task，也就意味着马上执行该Microtask。
了解了其工作机制，再来看看这4个Task Runner的详细工作内容。

Platform Task Runner：运行在Android大概iOS的主线程，只管壅闭该线程并不会影响Flutter渲染管道，平台线程建议不要执行耗时操作；否则可能触发watchdog来竣事该应用。比如Android、iOS都是使用平台线程来传递用户输入事件，一旦平台线程被壅闭则会引起手势事件丢失。
UI Task Runner: 运行在ui线程，比如1.ui，用于引擎执行root isolate中的全部Dart代码，执行渲染与处置处罚Vsync信号，将widget转换天生Layer Tree。除了渲染之外，另有处置处罚Native Plugins消息、Timers、Microtasks等工作；
GPU Task Runner：运行在gpu线程，比如1.gpu，用于将Layer Tree转换为详细GPU指令，执行设备GPU相关的skia调用，转换相应平台的绘制方式，比如OpenGL, vulkan, metal等。每一帧的绘制必要UI Runner和GPU Runner配合完成，任何一个环节延迟都可能导致掉帧；
IO Task Runner：运行在io线程，比如1.io，前3个Task Runner都不允许执行耗时操作，该Runner用于将图片从磁盘读取出来，解压转换为GPU可辨认的格式后，再上传给GPU线程。为了能访问GPU，IO Runner跟GPU Runner的Context在同一个ShareGroup。比如ui.image通过异步调用让IO Runner来异步加载图片，该线程不能执行其他耗时操作，否则可能会影响图片加载的性能。

5. Dart捏造机工作
Flutter引擎启动会创建Dart捏造机以及Root Isolate。DartVM自身也拥有自己的Isolate，完全由捏造机自己管理的，Flutter引擎也无法直接访问。Dart的UI相关操作，是由Root Isolate通过Dart的C++调用，大概是发送消息通知的方式，将UI渲染相关的使命提交到UIRunner执行，这样就可以跟Flutter引擎相关模块举行交互。
何为Isolate，从字面上理解是“隔离”，isolate之间是逻辑隔离的。Isolate中的代码也是按顺序执行，由于Dart没有共享内存的并发，没有竞争的可能性，故不必要加锁，也没有死锁风险。对于Dart程序的并发则必要依靠多个isolate来实现。

图解：

isolate堆是运该isolate中代码分配的全部对象的GC管理的内存存储；
vm isolate是一个伪isolate，内里包罗不可变对象，比如null，true，false；
isolate堆能引用vm isolate堆中的对象，但vm isolate不能引用isolate堆；
isolate相互之间不能相互引用；
每个isolate都有一个执行dart代码的Mutator thread，一个处置处罚捏造机内部使命(比如GC, JIT等)的helper thread；可见，isolate是拥有内存堆和控制线程，捏造机中可以有很多isolate，但相互之间内存不共享，无法直接访问，只能通过dart特有的Port端口通信；isolate除了拥有一个mutator控制线程，另有一些其他辅助线程，比如后台JIT编译线程、GC清理/并发标志线程；

6. Widget架构概览
Flutter引擎启动后执行Dart业务，是通过runApp(Widget app)方法，那Widget又是什么呢？

Widget是全部Flutter应用程序的基石，Widget可以是一个按钮，一种字体大概颜色，一个结构属性等，在Flutter的UI世界可谓是“万物皆Widget”。常见的Widget子类为StatelessWidget(无状态)和StatefulWidget(有状态)；

StatelessWidget：内部没有生存状态，UI界面创建后不会发生改变；
StatefulWidget：内部有生存状态，当状态发生改变，调用setState()方法会触发StatefulWidget的UI发生更新，对于自界说继承自StatefulWidget的子类，必须要重写createState()方法。

三棵树

图解：

Widget是为Element形貌必要的配置，负责创建Element，决定Element是否必要更新。Flutter Framework通过差分算法比对Widget树前后的变革，决定Element的State是否改变。当重建Widget树后并未发生改变，则Element不会触发重绘，则就是Widget树的重建并不一定会触发Element树的重建。
Element体现Widget配置树的特定位置的一个实例，同时持有Widget和RenderObject，负责管理Widget配置和RenderObject渲染。Element状态由Flutter Framework管理，开发职员只需更改Widget即可。
RenderObject体现渲染树的一个对象，负责真正的渲染工作，比如丈量大小、位置、绘制等都由RenderObject完成。

可见，开发者通过Widget配置，Framework通过比对Widget配置来更新Element，末了调度RenderObject Tree完成结构分列和绘制。
7. 渲染原理
Dart的UI接纳Widget来实现，最终转换为RenderObject，那界面又是如何渲染的呢？

渲染过程，UI线程完成结构、绘制操作，天生Layer Tree；GPU线程执行合成并光栅化后交给GPU来处置处罚，此中几个关键步调：

Animate: 遍历_transientCallbacks，执行动画回调方法；
Build: 对于dirty的元素会执行build构造，没有dirty元素则不会执行，对应于buildScope()
Layout: 盘算渲染对象的大小和位置，对应于flushLayout()，这个过程可能会嵌套再调用build操作；
Compositing bits: 更新具有脏合成位的任何渲染对象，对应于flushCompositingBits()；
Paint: 将绘制命令记载到Layer，对应于flushPaint()；
Compositing: 将Compositing bits发送给GPU，对应于compositeFrame()；

GPU线程通过skia向GPU硬件绘制一帧的数据，GPU将帧信息生存到FrameBuffer内里，然后视频控制器会根据VSync信号从FrameBuffer取帧数据传递给显示器，从而显示出最终的画面。
8. Platform Channels
Flutter框架提供了UI的控件支持，对于APP除了UI另有其他依靠于Native平台的支持，比如调用Camera的功能，该怎么办呢？为此，Flutter通过提供Platform Channel的功能，使得Dart代码具备与Native交互的本领。

Platform Channel用于Flutter与Native之间的消息传递，整个过程的消息与相应是异步执行，不会壅闭用户界面。Flutter引擎框架已完成桥接的通道，这样开发者只需在Native层编写定制的Android/iOS代码，即可在Dart代码中直接调用，这也就是Flutter Plugin插件的一种形式。
三、Flutter源码解读

笔者(Gityuan)之前一直从事于Android操作系统底层研发工作，今年刚打仗Flutter，Flutter作为一门全新的跨平台技能框架，不断穷究会发现这是一个小型系统，涉及到的技能很广：

编译技能如何将dart代码转换为AST(抽象语法树)，如何汇编转换为呆板码，打包产物是什么？
Flutter这台引擎如何发动的，怎么跟Native原生系统衔接运行，如何辨认产物并加载到内存？
引擎启动后，TaskRunner如何分发使命，跟原生系统消息机制有什么关系？
Dart捏造机如何管理内存，跟isolate又有什么关系？
开发者编写的Widget控件如何渲染到屏幕上？
Flutter如何通过plugin支持移动设备提供的服务？

这些疑问在前面都逐一扼要解答，如果仅仅是用Flutter做业务开发，并不必要把握这么深度技能，不外，知其然知其所以然，能让你游刃有余。
本文同步在我的公号《跨平台技能演进及Flutter未来》，别的为各人创建了Flutter微信交流群，想参加可添加Gityuan微信挚友，备注flutter即可，如发现任何文章有问题欢迎各人直接跟我反馈。
启动篇

深入理解Flutter引擎启动
深入理解Dart捏造机启动
深入理解Flutter应用启动

通信篇

深入理解Flutter消息机制
深入理解Flutter的Platform Channel机制
深入理解Flutter异步Future机制
深入理解Flutter的Isolate创建过程

渲染篇

Flutter渲染机制—UI线程
Flutter渲染机制—GPU线程
深入理解setState更新机制
深入理解Flutter动画原理

后续笔者将连续研究与梳理Flutter内部机制的文章。
自我介绍一下，小编13年上海交大毕业，曾经在小公司待过，也去过华为、OPPO等大厂，18年进入阿里一直到如今。
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末了

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