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flutter-窗口初始与绘制流程

jiezi

环境: flutter sdk v1.7.8+hotfix.3@stable

对应 flutter engine: 54ad777f

这里关注的是 C ++ 层面的绘制流程，平台怎样驱动和响应绘制与渲染的过程，并不是 Dart 部分的渲染。

结合之前的分析，在虚拟机实例的构造函数中调用了一个重要方法DartUI::InitForGlobal(), 调用流程再罗列一下：

DartVMRef::Create
  DartVMRef::DartVMRef
     DartVM::Create
       DartVMData::Create
       DartVM::DartVM
         DartUI::InitForGlobal()

实现体很明了，注册了各种类对象的方法，也就是说，这些在 dart 语言继承 NativeFieldWrapperClass2 的类都有一份在 C ++ 层的实现，也说明了 DartSDK 是如何提供接口绑定与 C ++ 层的实现，相当于 java 语言中的 jni。
另外还有针对 Isolate 的初始化，不过只是设置了一个可以 import 的路径，并不重要：

DartIsolate::CreateRootIsolate
  DartIsolate::CreateDartVMAndEmbedderObjectPair
    DartIsolate::LoadLibraries
      DartUI::InitForIsolate
        Dart_SetNativeResolver

视口设置

我们知道 RuntimeController 持有一个 Window 实例，看 Window 实例被创建之后做了哪些制作：

RuntimeController::RuntimeController
  Window::Window
  DartIsolate::CreateRootIsolate
    DartIsolate::DartIsolate
    DartIsolate::SetWindow => UIDartState::SetWindow
      WindowClient::UpdateIsolateDescription => RuntimeController::UpdateIsolateDescription
        RuntimeDelegate::UpdateIsolateDescription => Shell::UpdateIsolateDescription
          ServiceProtocol::SetHandlerDescription
  Window::DidCreateIsolate
    library_.Set("dart:ui")
  RuntimeController::FlushRuntimeStateToIsolate
    RuntimeController::SetViewportMetrics
      Window::UpdateWindowMetrics
        library_, _updateWindowMetrics

操作从最里层的 Window 一直传递到了Shell, 最重要的一个作用是初始化了 ViewPort(视口：用作画布的大小，分辨率等尺寸信息)，再跟一下 ViewPort 被初始化后又如何被设置的：

FlutterView.onSizeChanged
  FlutterView.updateViewportMetrics
    FlutterJNI.setViewportMetrics
      FlutterJNI.nativeSetViewportMetrics
      ::SetViewportMetrics
        AndroidShellHolder::SetViewportMetrics
          [async:ui]Engine::SetViewportMetrics
            RuntimeController::SetViewportMetrics
              Window::UpdateWindowMetrics
            Engine::ScheduleFrame

这里从 Java 调用到 C ++，FlutterView.onSizeChanged这个操作是在 FlutterView 实例创建之后被系统调用的（而 FlutterView 的创建发生在 Activity.onCreate 时机），显然是响应平台层的通知，这符合我们的认知预期，因为画布的大小可能因为用户操作发生变化，dart 层需要被动响应。

需要注意的是响应 onSizeChanged 在 Platform 线程，调用 Engine::SetViewportMetrics 切到了 UI 线程，铭记 Engine 的所有的操作都是在 UI 线程。

启动画帧

Engine在通过 RuntimeController 设置了窗口的尺寸之后，调用了另一个重要方法ScheduleFrame, 于是看它的实现：

Engine::ScheduleFrame
  Animator::RequestFrame
    [async:ui]Animator::AwaitVSync
      VsyncWaiter::AsyncWaitForVsync
        callback_= {Animator::BeginFrame}
        VsyncWaiter::AwaitVSync => VsyncWaiterAndroid::AwaitVSync
          [async:platform]FlutterJNI.asyncWaitForVsync
            AsyncWaitForVsyncDelegate.asyncWaitForVsync => VsyncWaiter.asyncWaitForVsyncDelegate
              Choreographer.getInstance().postFrameCallback
      Delegate::OnAnimatorNotifyIdle => Shell::OnAnimatorNotifyIdle
        Engine::NotifyIdle

通知 VSync

这里操作有些凌乱，首先切到 UI 线程，又切到 Platform 线程，其实就是为了调用平台接口，搞清这个最终目的。
终于涉及到了绘制图像所需要的关键类 Animator 和VSyncWaiter :

  1. 在 UI 线程等待 VSync 信号，表示信号到达后执行 Animator::BeginFrame 方法；
  2. 如何设置 VSync 信号？通过调用平台接口，平台操作必须都在 Platform 线程，于是从 UI 线程切到 Platform 线程，目的是去调用 android 的Choreographer.postFrameCallback，这样又执行了一串从 C ++ 调到 java 的过程。

响应 VSync

因为是在 java 层调用的 VSync 回调，只能先在 Java 层响应于是有:

FrameCallback.doFrame <= VsyncWaiter.asyncWaitForVsyncDelegate
  FlutterJNI.nativeOnVsync
    VsyncWaiterAndroid::OnNativeVsync
      VsyncWaiterAndroid::ConsumePendingCallback
    VsyncWaiter::FireCallback
      [async:ui]callback() => Animator::BeginFrame

在 VSync 信号到达之后，最终在 UI 线程响应了Animator::BeginFrame，且看其实现：

Animator::BeginFrame
  Animator::Delegate::OnAnimatorBeginFrame => Shell::
    Engine::BeginFrame
      Window::BeginFrame
        library_."_beginFrame" => hooks.dart:_beginFrame
          UIDartState::FlushMicrotasksNow
            tonic::DartMicrotaskQueue::RunMicrotasks
        library_."_drawFrame" => hooks.dart:_drawFrame

最终的最终回到了 dart 层，并调用了其两个重要方法：_beginFrame和_drawFrame，完成了帧的绘制。

VSync 创建

另外罗列一下 VSyncWaiter 创建时机:

Shell::CreateShellOnPlatformThread
  PlatformView::CreateVSyncWaiter => PlatformViewAndroid::CreateVSyncWaiter
    VsyncWaiterAndroid()
  Animator::Animator
  Engine::Engine

它是与创建 Shell 同样的时机，也就是说在 Platform 线程由 PlatformView::CreateVSyncWaiter 创建的，并被 Animator 持有，而 Animator 又是被 Engine 持有。VSyncWaiter与 Engine 一样，所有的操作都必须在 UI 线程中执行

窗口渲染

窗口的渲染是由 Dart 层的 Window 完成的，其实调用了 C ++ 层的实现：

("Window_render", Render)
  Render() (window.cc:30)
    Scene=
    WindowClient::Render
      Scene::takeLayerTree
      RuntimeDelegate::Render => Engine::Render
        ProducerContinuation::Complete(layer_tree)
        Animator::Delegate::OnAnimatorDraw => Shell::OnAnimatorDraw(layer_tree_pipeline_)
        [async:gpu]Rasterizer::Draw => android_shell_holder.cc:76
          Rasterizer::DoDraw
            Rasterizer::DrawToSurface
              Surface::AcquireFrame
              ExternalViewEmbedder::BeginFrame
              CompositorContext::AcquireFrame
              ScopedFrame::Raster
              SurfaceFrame::Submit
              ExternalViewEmbedder::SubmitFrame
              FireNextFrameCallbackIfPresent
            Rasterizer::Delegate::OnFrameRasterized

"Window_scheduleFrame", ScheduleFrame

这里涉及的对象更多了，而且紧密的与 Dart 层的绘制与渲染机制关联。值得注意的是具体的绘制操作（光栅化）是在 GPU 线程进行。

另外 Dart 层的 Window 也需要主动的调度帧，因此也绑定了 ScheduleFrame 方法。

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