Flutter 系列文章连载～

《Flutter Android 工程构造及应用层编译源码深入分析》
《Flutter 命令实质之 Flutter tools 机制源码深入分析》
《Flutter 的 runApp 与三棵树诞生流程源码剖析》
《Flutter Android 端 Activity/Fragment 流程源码剖析》
《Flutter Android 端 FlutterInjector 及依赖流程源码剖析》
《Flutter Android 端 FlutterEngine Java 相干流程源码剖析》
《Flutter Android 端 FlutterView 相干流程源码剖析》
《Flutter 绘制动机 VSYNC 流程源码全方位剖析》
《Flutter 安卓 Platform 与 Dart 端音讯通信形式 Channel 源码解析》

背景

从写 Flutter 第一行程序开始咱们就晓得在 Dart 的 main 办法中通过调用 runApp 办法把本人编写的 Widget 传递进去，只有这样编译运行后能力失去预期成果。你有没有好奇这背地都经验了什么？runApp 为什么这么神秘？或者说，在你入门 Flutter 后应该常常听到或看到过 Flutter 三棵树外围机制的货色，你有真正的想过他们都是什么吗？如果都没有，那么本文就是一场解密之旅。

Flutter 程序入口

咱们编写的 Flutter App 个别入口都是在 main 办法，其外部通过调用 runApp 办法将咱们本人整个利用的 Widget 增加并运行，所以咱们间接去看下 runApp 办法实现，如下：

/**
 * 地位：FLUTTER_SDK\packages\flutter\lib\src\widgets\binding.dart
 * 留神：app参数的Widget布局盒子束缚constraints会被强制为填充屏幕，这是框架机制，本人想要调整能够用Align等包裹。
 * 多次重复调用runApp将会从屏幕上移除已增加的app Widget并增加新的下来，
 * 框架会对新的Widget树与之前的Widget树进行比拟，并将任何差别利用于底层渲染树，有点相似于StatefulWidget
调用State.setState后的重建机制。
 */
void runApp(Widget app) {
  WidgetsFlutterBinding.ensureInitialized()
    ..scheduleAttachRootWidget(app)
    ..scheduleWarmUpFrame();
}

能够看到下面三行代码代表了 Flutter 启动的外围三步（级联运算符调用）：

WidgetsFlutterBinding 初始化（ensureInitialized()）
绑定根节点创立外围三棵树（scheduleAttachRootWidget(app)）
绘制热身帧（scheduleWarmUpFrame()）

WidgetsFlutterBinding 实例及初始化

间接看源码，如下：

class WidgetsFlutterBinding extends BindingBase with GestureBinding, SchedulerBinding, ServicesBinding, PaintingBinding, SemanticsBinding, RendererBinding, WidgetsBinding {
  static WidgetsBinding ensureInitialized() {
    if (WidgetsBinding.instance == null)
      WidgetsFlutterBinding();
    return WidgetsBinding.instance!;
  }
}

WidgetsFlutterBinding 继承自 BindingBase，并且 with 了大量的 mixin 类。WidgetsFlutterBinding 就是将 Widget 架构和 Flutter Engine 连贯的外围桥梁，也是整个 Flutter 的应用层外围。通过 ensureInitialized() 办法咱们能够失去一个全局单例的 WidgetsFlutterBinding 实例，且 mixin 的一堆 XxxBinding 也被实例化。

BindingBase 抽象类的构造方法中会调用initInstances()办法，而各种 mixin 的 XxxBinding 实例化重点也都在各自的initInstances()办法中，每个 XxxBinding 的职责不同，如下：

WidgetsFlutterBinding：外围桥梁主体，Flutter app 全局惟一。
BindingBase：绑定服务抽象类。
GestureBinding：Flutter 手势事件绑定，解决屏幕事件散发及事件回调解决，其初始化办法中重点就是把事件处理回调_handlePointerDataPacket函数赋值给 window 的属性，以便 window 收到屏幕事件后调用，window 实例是 Framework 层与 Engine 层解决屏幕事件的桥梁。
SchedulerBinding：Flutter 绘制调度器相干绑定类，debug 编译模式时统计绘制流程时长等操作。
ServicesBinding：Flutter 零碎平台音讯监听绑定类。即 Platform 与 Flutter 层通信相干服务，同时注册监听了利用的生命周期回调。
PaintingBinding：Flutter 绘制预热缓存等绑定类。
SemanticsBinding：语义树和 Flutter 引擎之间的粘合剂绑定类。
RendererBinding：渲染树和 Flutter 引擎之间的粘合剂绑定类，外部重点是持有了渲染树的根节点。
WidgetsBinding：Widget 树和 Flutter 引擎之间的粘合剂绑定类。

从 Flutter 架构宏观形象看，这些 XxxBinding 承当的角色大抵是一个桥梁关联绑定，如下：

本文因为是启动主流程相干机制剖析，所以初始化中咱们须要关注的次要是 RendererBinding 和 WidgetsBinding 类的initInstances()办法，如下：

mixin WidgetsBinding on BindingBase, ServicesBinding, SchedulerBinding, GestureBinding, RendererBinding, SemanticsBinding {
  @override
  void initInstances() {
    ......
    /**
     *1、创立一个治理Widgets的类对象
     *BuildOwner类用来跟踪哪些Widget须要重建，并解决用于Widget树的其余工作，例如治理不沉闷的Widget等，调试模式触发重建等。
     */
    _buildOwner = BuildOwner();
    //2、回调办法赋值，当第一个可构建元素被标记为脏时调用。
    buildOwner!.onBuildScheduled = _handleBuildScheduled;
    //3、回调办法赋值，当本地配置变动或者AccessibilityFeatures变动时调用。
    window.onLocaleChanged = handleLocaleChanged;
    window.onAccessibilityFeaturesChanged = handleAccessibilityFeaturesChanged;
    ......
  }
}

mixin RendererBinding on BindingBase, ServicesBinding, SchedulerBinding, GestureBinding, SemanticsBinding, HitTestable {
  @override
  void initInstances() {
    ......
    /**
     * 4、创立治理rendering渲染管道的类
     * 提供接口调用用来触发渲染。
     */
    _pipelineOwner = PipelineOwner(
      onNeedVisualUpdate: ensureVisualUpdate,
      onSemanticsOwnerCreated: _handleSemanticsOwnerCreated,
      onSemanticsOwnerDisposed: _handleSemanticsOwnerDisposed,
    );
    //5、一堆window变动相干的回调监听
    window
      ..onMetricsChanged = handleMetricsChanged
      ..onTextScaleFactorChanged = handleTextScaleFactorChanged
      ..onPlatformBrightnessChanged = handlePlatformBrightnessChanged
      ..onSemanticsEnabledChanged = _handleSemanticsEnabledChanged
      ..onSemanticsAction = _handleSemanticsAction;
    //6、创立RenderView对象，也就是RenderObject渲染树的根节点
    initRenderView();
    ......
  }

  void initRenderView() {
    ......
    //RenderView extends RenderObject with RenderObjectWithChildMixin<RenderBox>
    //7、渲染树的根节点对象
    renderView = RenderView(configuration: createViewConfiguration(), window: window);
    renderView.prepareInitialFrame();
  }
  //定义renderView的get办法，获取自_pipelineOwner.rootNode
  RenderView get renderView => _pipelineOwner.rootNode! as RenderView;
  //定义renderView的set办法，下面initRenderView()中实例化赋值就等于给_pipelineOwner.rootNode也进行了赋值操作。
  set renderView(RenderView value) {
    assert(value != null);
    _pipelineOwner.rootNode = value;
  }
}

到此基于初始化过程咱们曾经失去了一些重要信息，请记住 RendererBinding 中的 RenderView 就是 RenderObject 渲染树的根节点。下面这部分代码的时序图大抵如下：

通过 scheduleAttachRootWidget 创立关联三棵外围树

WidgetsFlutterBinding 实例化单例初始化之后先调用了scheduleAttachRootWidget(app)办法，这个办法位于 mixin 的 WidgetsBinding 类中，实质是异步执行了attachRootWidget(rootWidget)办法，这个办法实现了 Flutter Widget 到 Element 到 RenderObject 的整个关联过程。源码如下：

mixin WidgetsBinding on BindingBase, ServicesBinding, SchedulerBinding, GestureBinding, RendererBinding, SemanticsBinding {
  @protected
  void scheduleAttachRootWidget(Widget rootWidget) {
      //简略的异步疾速执行，将attachRootWidget异步化
    Timer.run(() {
      attachRootWidget(rootWidget);
    });
  }

  void attachRootWidget(Widget rootWidget) {
      //1、是不是启动帧，即看renderViewElement是否有赋值，赋值机会为步骤2
    final bool isBootstrapFrame = renderViewElement == null;
    _readyToProduceFrames = true;
    //2、桥梁创立RenderObject、Element、Widget关系树，_renderViewElement值为attachToRenderTree办法返回值
    _renderViewElement = RenderObjectToWidgetAdapter<RenderBox>(
      //3、RenderObjectWithChildMixin类型，继承自RenderObject，RenderObject继承自AbstractNode。
      //来自RendererBinding的_pipelineOwner.rootNode，_pipelineOwner来自其初始化initInstances办法实例化的PipelineOwner对象。
      //一个Flutter App全局只有一个PipelineOwner实例。
      container: renderView, 
      debugShortDescription: '[root]',
      //4、咱们平时写的dart Widget app
      child: rootWidget,
    //5、attach过程，buildOwner来自WidgetsBinding初始化时实例化的BuildOwner实例，renderViewElement值就是_renderViewElement本人，此时因为调用完appach才赋值，所以首次进来也是null。
    ).attachToRenderTree(buildOwner!, renderViewElement as RenderObjectToWidgetElement<RenderBox>?);
    if (isBootstrapFrame) {
      //6、首帧被动更新一下，匹配条件的状况下外部实质是调用SchedulerBinding的scheduleFrame()办法。
      //进而实质调用了window.scheduleFrame()办法。
      SchedulerBinding.instance!.ensureVisualUpdate();
    }
  }
}

下面代码片段的步骤 2 和步骤 5 须要配合 RenderObjectToWidgetAdapter 类片段查看，如下：

//1、RenderObjectToWidgetAdapter继承自RenderObjectWidget，RenderObjectWidget继承自Widget
class RenderObjectToWidgetAdapter<T extends RenderObject> extends RenderObjectWidget {
  ......
  //3、咱们编写dart的runApp函数参数中传递的Flutter利用Widget树根
  final Widget? child;
  //4、继承自RenderObject，来自PipelineOwner对象的rootNode属性，一个Flutter App全局只有一个PipelineOwner实例。
  final RenderObjectWithChildMixin<T> container;
  ......
  //5、重写Widget的createElement实现，构建了一个RenderObjectToWidgetElement实例，它继承于Element。                 
  //Element树的根结点是RenderObjectToWidgetElement。
  @override
  RenderObjectToWidgetElement<T> createElement() => RenderObjectToWidgetElement<T>(this);
  //6、重写Widget的createRenderObject实现，container实质是一个RenderView。
  //RenderObject树的根结点是RenderView。
  @override
  RenderObjectWithChildMixin<T> createRenderObject(BuildContext context) => container;

  @override
  void updateRenderObject(BuildContext context, RenderObject renderObject) { }

  /**
   *7、下面代码片段中RenderObjectToWidgetAdapter实例创立后调用
   *owner来自WidgetsBinding初始化时实例化的BuildOwner实例，element 值就是本人。
   *该办法创立根Element(RenderObjectToWidgetElement)，并将Element与Widget进行关联，即创立WidgetTree对应的ElementTree。
   *如果Element曾经创立过则将根Element中关联的Widget设为新的(即_newWidget)。
   *能够看见Element只会创立一次，前面都是间接复用的。
   */
  RenderObjectToWidgetElement<T> attachToRenderTree(BuildOwner owner, [ RenderObjectToWidgetElement<T>? element ]) {
    //8、因为首次实例化RenderObjectToWidgetAdapter调用attachToRenderTree后才不为null，所以以后流程为null
    if (element == null) {
      //9、在lockState外面代码执行过程中禁止调用setState办法
      owner.lockState(() {
        //10、创立一个Element实例，即调用本段代码片段中步骤5的办法。
        //调用RenderObjectToWidgetAdapter的createElement办法构建了一个RenderObjectToWidgetElement实例，继承RootRenderObjectElement，又持续继承RenderObjectElement，接着继承Element。
        element = createElement();
        assert(element != null);
        //11、给根Element的owner属性赋值为WidgetsBinding初始化时实例化的BuildOwner实例。
        element!.assignOwner(owner);
      });
      //12、重点！mount外面RenderObject 
      owner.buildScope(element!, () {
        element!.mount(null, null);
      });
    } else {
      //13、更新widget树时_newWidget赋值为新的，而后element数根标记为markNeedsBuild
      element._newWidget = this;
      element.markNeedsBuild();
    }
    return element!;
  }
  ......
}

对于下面步骤 12 咱们先进去简略看下 Element （RenderObjectToWidgetElement extends RootRenderObjectElement extends RenderObjectElement extends Element）的 mount 办法，重点关注的是父类 RenderObjectElement 中的 mount 办法，如下：

abstract class RenderObjectElement extends Element {
  //1、Element树通过构造方法RenderObjectToWidgetElement持有了Widget树实例。（RenderObjectToWidgetAdapter）。
  @override
  RenderObjectWidget get widget => super.widget as RenderObjectWidget;

  //2、Element树通过mount后持有了RenderObject渲染树实例。
  @override
  RenderObject get renderObject => _renderObject!;
  RenderObject? _renderObject;

  @override
  void mount(Element? parent, Object? newSlot) {
    ......
    //3、通过widget树（即RenderObjectToWidgetAdapter）调用createRenderObject办法传入Element实例本人获取RenderObject渲染树。
    //RenderObjectToWidgetAdapter.createRenderObject(this)返回的是RenderObjectToWidgetAdapter的container成员，也就是下面剖析的RenderView渲染树根节点。
    _renderObject = widget.createRenderObject(this);
    ......
  }
}

到这里对于 Flutter 的灵魂“三棵树”来说也能得出如下论断：

Widget 树的根结点是 RenderObjectToWidgetAdapter（继承自 RenderObjectWidget extends Widget），咱们 runApp 中传递的 Widget 树就被追加到了这个树根的 child 属性上。
Element 树的根结点是 RenderObjectToWidgetElement（继承自 RootRenderObjectElement extends RenderObjectElement extends Element），通过调用 RenderObjectToWidgetAdapter 的 createElement 办法创立，创立 RenderObjectToWidgetElement 的时候把 RenderObjectToWidgetAdapter 通过结构参数传递进去，所以 Element 的 _widget 属性值为 RenderObjectToWidgetAdapter 实例，也就是说 Element 树中 _widget 属性持有了 Widget 树实例。RenderObjectToWidgetAdapter 。
RenderObject 树的根结点是 RenderView（RenderView extends RenderObject with RenderObjectWithChildMixin<RenderBox>），在 Element 进行 mount 时通过调用 Widget 树（RenderObjectToWidgetAdapter）的createRenderObject办法获取 RenderObjectToWidgetAdapter 结构实例化时传入的 RenderView 渲染树根节点。

下面代码流程对应的时序图大抵如下：

联合上一小结能够很容易看进去三棵树的创立机会（时序图中紫红色节点），也能够很容易看进去 Element 是 Widget 和 RenderObject 之前的一个“桥梁”，其外部持有了两者树根，形象示意如下：

因为篇幅和本文主题起因，咱们重心关注三棵树的诞生流程，对于三棵树之间如何配合进行绘制渲染这里先不开展，前面会专门一篇剖析。

热身帧绘制

到此让咱们先将眼光再回到一开始runApp办法的实现中，咱们还差整个办法实现中的最初一个scheduleWarmUpFrame()调用，如下：

mixin SchedulerBinding on BindingBase {
  void scheduleWarmUpFrame() {
    ......
    Timer.run(() {
      assert(_warmUpFrame);
      handleBeginFrame(null);
    });
    Timer.run(() {
      assert(_warmUpFrame);
      handleDrawFrame();
      //重置工夫戳，防止热重载状况从热身帧到热重载帧的时间差，导致隐式动画的跳帧状况。
      resetEpoch();
      ......
      if (hadScheduledFrame)
        scheduleFrame();
    });
    //在此次绘制完结前该办法会锁定事件散发，可保障绘制过程中不会再触发新重绘。
    //也就是说在本次绘制完结前不会响应各种事件。
    lockEvents(() async {
      await endOfFrame;
      Timeline.finishSync();
    });
  }
}

这段代码的实质这里先不具体开展，因为实质就是渲染帧的提交与触发相干，咱们后边文章会详细分析 framework 层绘制渲染相干逻辑，那时再开展。在这里只用晓得它被调用后会立刻执行一次绘制（不必期待 VSYNC 信号到来）。

这时候仔细的话，你可能会有疑难，后面剖析 attachRootWidget 办法调用时，它的最初一行发现是启动帧则会调用window.scheduleFrame()而后等零碎 VSYNC 信号到来触发绘制，既然 VSYNC 信号到来时会触发绘制，这个被动热身帧岂不是能够不要？

是的，不要也是没问题的，只是体验不是很好，会导致初始化卡帧的成果。因为后面window.scheduleFrame()发动的绘制申请是在收到零碎 VSYNC 信号后才真正执行，而 Flutter app 初始化时为了尽快出现 UI 而没有期待零碎 VSYNC 信号到来就被动发动一针绘制（也被形象的叫做热身帧），这样最长能够缩小一个 VSYNC 等待时间。

总结

下面就是 Flutter Dart 端三棵树的诞生流程，对于三棵树是如何相互工作的，咱们会在前面专门篇章做剖析，这里就先不开展了。

关于flutter:Flutter-的-runApp-与三棵树诞生流程源码分析

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热身帧绘制

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