在 WPF 裡面，渲染可以從架構上劃分為兩層。上層是 WPF 框架的 OnRender 之類的函式，作用是收集應用程式渲染的命令。上層將收集到的應用程式繪製渲染的命令傳給下層，下層是 WPF 的 GFX 層，作用是根據收到的渲染的命令繪製出介面。本文所聊的是渲染上層部分，在 WPF 框架是如何做到介面重新整理渲染，包括此呼叫的順序以及框架邏輯
閱讀本文之前，我期望讀者有一定的 WPF 渲染基礎，以及瞭解 WPF 的大架構。本文不會涉及到任何底層渲染相關的知識。閱讀本文，你將瞭解到依賴屬性和 WPF 渲染層之間的關係
在開始之前，必須明確一點的是，不是所有的 WPF 應用行為，如依賴屬性變更，都會觸發渲染變更。有渲染變更不代表立刻將會觸發介面重新整理，從觸發渲染變更到介面重新整理，還有以下步驟： 觸發渲染，渲染上層收集應用層的繪製渲染的命令，觸發渲染執行緒接收繪製渲染的命令，渲染的下層根據繪製渲染的命令進入 DirectX 渲染管線，由 DirectX 完成後續渲染步驟
本文所聊到的僅僅只是以上的觸發渲染，渲染上層收集應用層的繪製渲染的命令這兩個步驟。關於 WPF 渲染部分的大框架還請參閱 WPF 渲染原理
本篇部落格基於 WPF 更改 DrawingVisual 的 RenderOpen 用到的物件的內容將持續影響渲染效果 部落格進行更深入 WPF 框架原始碼探討
為了能更好說明 WPF 框架的行為，本文開始先介紹一個測試程式碼用來測試 WPF 的行為
在本文實際開始之前，還請大家思考一個問題，在 WPF 中，呼叫 DrawingVisual 的 RenderOpen 方法返回的 DrawingContext 物件裡面，傳入的引數的屬性值影響渲染結果，是一次性的，還是持續的？什麼是一次性的，什麼是持續的？換個問法是如果傳入的值在 DrawingContext 關閉之後，變更屬性，此時是否還會影響到渲染結果。答案的是或否就決定了 WPF 底層的實現行為，是否在 DrawingContext 關閉的時候，就直接觸發渲染模組，或者就取出了傳入的值的資料，斷開和傳入值之間的影響。如下面最簡單的程式碼
var drawingVisual = new DrawingVisual();
var translateTransform = new TranslateTransform();
using (var drawingContext = drawingVisual.RenderOpen())
{
drawingContext.PushTransform(translateTransform);
var rectangleGeometry = new RectangleGeometry(new Rect(0, 0, 10, 10));
drawingContext.DrawGeometry(Brushes.Red, null, rectangleGeometry);
drawingContext.Pop();
}
SetTranslateTransform(translateTransform);
private async void SetTranslateTransform(TranslateTransform translateTransform)
{
while (true)
{
translateTransform.X++;
await Task.Delay(TimeSpan.FromMilliseconds(10));
}
}
以上程式碼在 SetTranslateTransform 函式裡面，不斷修改 TranslateTransform 的屬性，是否還會影響到 DrawingVisual 的渲染效果？帶著這個問題，進入到本文的開始
眾所周知，只有在渲染收集觸發的時候，才會收集應用層的渲染資料。以 TranslateTransform 為例，在更改 TranslateTransform 的 X 或 Y 屬性的值的時候，如果沒有給此 TranslateTransform 物件建立直接渲染關係，也就是 Freezable 的 AddSingletonContext 方法沒有被傳入渲染的直接元素聯絡的時候，對屬性值的更改只是和更改 CLR 自動屬性一樣，不會有任何的通知和變更。也就是說在 TranslateTransform 物件想要影響到最終介面渲染，需要被動在渲染收集時，才會更新資料
class Freezable
{
private void AddSingletonContext(DependencyObject context, DependencyProperty property)
{
// 忽略建立聯絡程式碼，這裡面比較繞。核心邏輯就是取出 context 裡面的 SingletonHandler 委託
// 以上的 context 是 RenderData 型別。此 SingletonHandler 委託將會在繼承 Freezable 的型別的依賴屬性變更的時候，支援被呼叫
// 對於建立直接聯絡的物件，如存放在 UIElement 上的 TranslateTransform 屬性，此時的 SingletonHandler 物件就是由 UIElement 發起的訂閱
}
}
如在 WPF 更改 DrawingVisual 的 RenderOpen 用到的物件的內容將持續影響渲染效果 部落格所聊到的實現方式，通過在 DrawingVisual 裡面設定一個 TranslateTransform 物件，再將 DrawingVisual 放入到 UIElement 裡面。如此行為將讓 TranslateTransform 無法和 UIElement 建立直接的聯絡。以上進入 AddSingletonContext 函式將傳入的是屬於 DrawingVisual 的 RenderData 物件，這就意味著當 TranslateTransform 的屬性變更時，僅僅只能通知到 DrawingVisual 物件，而不能通知到更上層的 UIElement 物件
這完全取決於此應用程式碼的實現，為了讓大家不需要在兩篇部落格之間來回跳，以下給出用到 WPF 更改 DrawingVisual 的 RenderOpen 用到的物件的內容將持續影響渲染效果 部落格的核心程式碼
以下是一個繼承 UIElement 的 Foo 類
class Foo : UIElement
{
public Foo()
{
var drawingVisual = new DrawingVisual();
var translateTransform = new TranslateTransform();
using (var drawingContext = drawingVisual.RenderOpen())
{
var rectangleGeometry = new RectangleGeometry(new Rect(0, 0, 10, 10));
drawingContext.PushTransform(translateTransform);
drawingContext.DrawGeometry(Brushes.Red, null, rectangleGeometry);
drawingContext.Pop();
}
Visual = drawingVisual;
SetTranslateTransform(translateTransform);
}
private async void SetTranslateTransform(TranslateTransform translateTransform)
{
while (true)
{
translateTransform.X++;
if (translateTransform.X > 700)
{
translateTransform.X = 0;
}
await Task.Delay(TimeSpan.FromMilliseconds(10));
}
}
protected override Visual GetVisualChild(int index) => Visual;
protected override int VisualChildrenCount => 1;
private Visual Visual { get; }
}
以下是使用此 Foo 的 xaml 程式碼
<Grid>
<local:Foo x:Name="Foo"></local:Foo>
</Grid>
以上就是本文所有用到的測試輔助的程式碼
為了更好了解 WPF 框架的底層行為，以上程式碼被我放入到我私有的 WPF 倉庫中，作為 WPF 倉庫裡面的 demo 的程式碼。可以從 github 獲取本文以上測試程式碼，獲取程式碼之後，請將 WPFDemo 作為啟動專案
以上就是本文構建的測試邏輯。下面將回到主題部分
從 TranslateTransform 屬性影響介面邏輯渲染入手，在變更 TranslateTransform 屬性時，將因為沒有和 Foo 此 UIElement 建立直接的邏輯關係，同時所在的 DrawingVisual 也沒有在 Foo 裡面被呼叫 AddVisualChild 方法而加入到視覺化樹（視覺樹）上，因此 TranslateTransform 屬性的變更無法通知到 WPF 佈局層
更好利用此特性來測試 WPF 框架層的行為。在此先回答一個問題，為什麼不通過靜態程式碼閱讀了解框架的行為？原因是 WPF 框架太過龐大，我在靜態程式碼閱讀過程將受限於記憶而無法從全域性把握 WPF 框架邏輯。因此更多的是需要靠測試程式碼來了解 WPF 框架的邏輯
在 Dispatcher 物件裡面，從 VisualStudio 的除錯視窗可以看到有沒有開放的幾個 Reserved 屬性，其中一項就是專門給 MediaContext 所使用。如命名，此 MediaContext 型別就是 WPF 渲染上層的渲染上下文，依靠此渲染上下文可以用來控制 WPF 的多媒體（渲染）層的行為
在 WPF 框架裡面可以隨處見到從 Dispatcher 裡面獲取 MediaContext 物件的程式碼
MediaContext mctx = MediaContext.From(dispatcher);
從眾多的（不包括動畫）觸發渲染進入之後，都會彙總到 MediaContext 的 PostRender 方法。此方法是給 Dispatcher 傳遞一個渲染訊息，也就是優先順序為 Render 的 RenderMessage 任務。以下是有刪減的 PostRender 方法程式碼
internal void PostRender()
{
// 如果當前沒有在進入渲染狀態，那麼開始觸發渲染訊息
if (!_isRendering)
{
if (_currentRenderOp != null)
{
// 如果已有渲染訊息在訊息佇列裡，那麼更改優先順序確保是 Render 優先順序。此渲染訊息將會很快被排程
// If we already have a render operation in the queue, we should
// change its priority to render priority so it happens sooner.
_currentRenderOp.Priority = DispatcherPriority.Render;
}
else
{
// 如果還沒有渲染訊息，那麼給 Dispatcher 傳入優先順序為 Render 的渲染訊息
// If we don't have a render operation in the queue, add one at
// render priority.
_currentRenderOp = Dispatcher.BeginInvoke(DispatcherPriority.Render, _renderMessage, null);
}
}
}
以上程式碼的 _renderMessage 就是具體的執行渲染訊息，定義如下
internal MediaContext(Dispatcher dispatcher)
{
_renderMessage = new DispatcherOperationCallback(RenderMessageHandler);
}
private DispatcherOperationCallback _renderMessage;
歪樓一下，在 WPF 裡面，通用的排程使用的委託都是 DispatcherOperationCallback 型別，使用此型別是為了效能考慮。在 Dispatcher 的 WrappedInvoke 方法裡面，將會通過 as 判斷當前傳入的 Delegate 委託型別。使用框架內建的 Action 和 DispatcherOperationCallback 等型別，可以使用明確型別的委託呼叫，而不需要使用 DynamicInvoke 呼叫委託來提升效能。詳細請看 github 上大佬的更改 內容
通過以上程式碼可以瞭解到渲染訊息的在於 MediaContext 的 RenderMessageHandler 方法裡面。此方法將會被 Dispatcher 使用 Render 優先順序進行呼叫，也會被各個模組觸發渲染時加入 Dispatcher 佇列
private object RenderMessageHandler(
object resizedCompositionTarget /* can be null if we are not resizing*/
)
{
// 忽略除錯用的邏輯
RenderMessageHandlerCore(resizedCompositionTarget);
}
接著在 RenderMessageHandlerCore 裡面將會層層呼叫，呼叫到 Render 方法。此方法實現以下功能
- 渲染每個註冊的 ICompositionTarget 以完成批處理。 渲染都是一批批處理的
- 更新收集的渲染資料
- 將收集到的資料提交給下層渲染
核心的步驟就是在 更新收集的渲染資料 這一步。這裡也就能解答 WPF 的渲染收集是如何觸發的
在 更新收集的渲染資料 裡面的實現程式碼如下
private void RaiseResourcesUpdated()
{
if (_resourcesUpdatedHandlers != null)
{
DUCE.ChannelSet channelSet = GetChannels();
_resourcesUpdatedHandlers(channelSet.Channel, false /* do not skip the "on channel" check */);
_resourcesUpdatedHandlers = null;
}
}
這裡的 _resourcesUpdatedHandlers 是委託，在各個資源，如 TranslateTransform 都會註冊到 MediaContext 裡，也就是在這一層可以讓資源可以收到渲染更新的訊息
如在 TranslateTransform 的基類 Animatable 裡面，就在 RegisterForAsyncUpdateResource 方法註冊，程式碼如下
internal void RegisterForAsyncUpdateResource()
{
MediaContext mediaContext = MediaContext.From(Dispatcher);
if (!resource.GetHandle(mediaContext.Channel).IsNull)
{
mediaContext.ResourcesUpdated += new MediaContext.ResourcesUpdatedHandler(UpdateResource);
}
}
如上文，在 WPF 框架裡面，可以非常方便從 Dispatcher 拿到 MediaContext 物件，從而也很方便加上 ResourcesUpdated 委託
在此 ResourcesUpdated 事件觸發的時候，就需要各個資源向 DUCE.Channel 寫入資源的資料，讓下層渲染使用。如 TranslateTransform 的實現程式碼
internal override void UpdateResource(DUCE.Channel channel, bool skipOnChannelCheck)
{
if (skipOnChannelCheck || _duceResource.IsOnChannel(channel))
{
base.UpdateResource(channel, skipOnChannelCheck);
DUCE.MILCMD_TRANSLATETRANSFORM data;
unsafe
{
data.Type = MILCMD.MilCmdTranslateTransform;
data.Handle = _duceResource.GetHandle(channel);
data.X = X;
data.Y = Y;
channel.SendCommand(
(byte*)&data,
sizeof(DUCE.MILCMD_TRANSLATETRANSFORM));
}
}
}
回到本文開始的問題，在 WPF 呼叫 DrawingContext 的關閉時，此時不會立刻執行介面渲染邏輯。此時離實際的介面渲染還很遠，需要先通知到 MediaContext 將渲染訊息加入到 Dispatcher 佇列。等待 Dispatcher 的排程，接著進入 MediaContext 的層層 Render 方法，再由 Render 方法觸發資源收集更新的事件，依靠監聽事件讓各個資源向 Channel 寫入資源的當前狀態資訊。最後告訴下層渲染，批量收集渲染資料完成，可以開始執行下層渲染邏輯
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