Flutter核心技術與實戰 04 | Flutter區別於其他方案的關鍵技術是什麼?

XingJimmy發表於2019-10-29

Flutter 是怎麼運轉的?

Flutter 是重寫了一整套包括底層渲染邏輯和上層開發語言的完整解決方案。

Flutter 和其他跨平臺方案的本質區別:

React Native 之類的框架,只是通過 JavaScript 虛擬機器擴充套件呼叫系統元件,由 Android 和 iOS 系統進行元件的渲染;

Flutter 則是自己完成了元件渲染的閉環。

Flutter 是怎麼完成元件渲染的呢?

在計算機系統中,CPU 負責影象資料計算,GPU 負責影象資料渲染,而顯示器則負責最終影象顯示。 CPU 把計算好的、需要顯示的內容交給 GPU,由 GPU 完成渲染後放入幀緩衝區,隨後視訊控制器根據垂直同步訊號(VSync)以每秒 60 次的速度,從幀緩衝區讀取幀資料交由顯示器完成影象顯示。

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Skia 是什麼?

Skia 是一款用 C++ 開發的、效能彪悍的 2D 影象繪製引擎,架構於 Skia 之上的 Flutter,也因此擁有了徹底的跨平臺渲染能力。

Flutter 的原理

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  • Embedder 是作業系統適配層,實現了渲染 Surface 設定,執行緒設定,以及平臺外掛等平臺相關特性的適配。
  • Engine 層主要包含 Skia、Dart 和 Text,實現了 Flutter 的渲染引擎、文字排版、事件處理和 Dart 執行時等功能。Skia 和 Text 為上層介面提供了呼叫底層渲染和排版的能力,Dart 則為 Flutter 提供了執行時呼叫 Dart 和渲染引擎的能力。而 Engine 層的作用,則是將它們組合起來,從它們生成的資料中實現檢視渲染。
  • Framework 層則是一個用 Dart 實現的 UI SDK,包含了動畫、圖形繪製和手勢識別等功能。為了在繪製控制元件等固定樣式的圖形時提供更直觀、更方便的介面,Flutter 還基於這些基礎能力,根據 Material 和 Cupertino 兩種視覺設計風格封裝了一套 UI 元件庫。我們在開發 Flutter 的時候,可以直接使用這些元件庫。

以介面渲染過程為例,和你介紹 Flutter 是如何工作的。

頁面中的各介面元素(Widget)以樹的形式組織,即控制元件樹。Flutter 通過控制元件樹中的每個控制元件建立不同型別的渲染物件,組成渲染物件樹。而渲染物件樹在 Flutter 的展示過程分為四個階段:佈局、繪製、合成和渲染。

佈局(類似Android的onMeasure和onLayout,先確定子View的大小和位置)

Flutter 採用深度優先機制遍歷渲染物件樹,決定渲染物件樹中各渲染物件在螢幕上的位置和尺寸。在佈局過程中,渲染物件樹中的每個渲染物件都會接收父物件的佈局約束引數,決定自己的大小,然後父物件按照控制元件邏輯決定各個子物件的位置,完成佈局過程。

Flutter核心技術與實戰 04 | Flutter區別於其他方案的關鍵技術是什麼?
為了防止因子節點發生變化而導致整個控制元件樹重新佈局,Flutter 加入了一個機制——佈局邊界(Relayout Boundary),可以在某些節點自動或手動地設定佈局邊界,當邊界內的任何物件發生重新佈局時,不會影響邊界外的物件,反之亦然。

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繪製(類似Android的onDraw方法)

佈局完成後,渲染物件樹中的每個節點都有了明確的尺寸和位置。Flutter 會把所有的渲染物件繪製到不同的圖層上。與佈局過程一樣,繪製過程也是深度優先遍歷,而且總是先繪製自身,再繪製子節點。

以下圖為例:節點 1 在繪製完自身後,會再繪製節點 2,然後繪製它的子節點 3、4 和 5,最後繪製節點 6。

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可以看到,由於一些其他原因(比如,檢視手動合併)導致 2 的子節點 5 與它的兄弟節點 6 處於了同一層,這樣會導致當節點 2 需要重繪的時候,與其無關的節點 6 也會被重繪,帶來效能損耗。

為了解決這一問題,Flutter 提出了與佈局邊界對應的機制——重繪邊界(Repaint Boundary)。在重繪邊界內,Flutter 會強制切換新的圖層,這樣就可以避免邊界內外的互相影響,避免無關內容置於同一圖層引起不必要的重繪。

Flutter核心技術與實戰 04 | Flutter區別於其他方案的關鍵技術是什麼?
重繪邊界的一個典型場景是 Scrollview。ScrollView 滾動的時候需要重新整理檢視內容,從而觸發內容重繪。而當滾動內容重繪時,一般情況下其他內容是不需要重繪的,這時候重繪邊界就派上用場了。

合成和渲染

終端裝置的頁面越來越複雜,因此 Flutter 的渲染樹層級通常很多,直接交付給渲染引擎進行多圖層渲染,可能會出現大量渲染內容的重複繪製,所以還需要先進行一次圖層合成,即將所有的圖層根據大小、層級、透明度等規則計算出最終的顯示效果,將相同的圖層歸類合併,簡化渲染樹,提高渲染效率。

合併完成後,Flutter 會將幾何圖層資料交由 Skia 引擎加工成二維影象資料,最終交由 GPU 進行渲染,完成介面的展示。

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