深入浅出 Flutter Framework 之 PipelineOwner

发表于
| 字数统计 1,617 | 阅读时长 7

本文是『 深入浅出 Flutter Framework 』系列文章的第六篇，详细介绍了 PipelineOwner 在整个 Rendering Pipeline 中是如何协助『 RenderObject Tree 』、『 RendererBinding』以及『 Window』完成 UI 刷新。

©原创文章，转载请注明出处！

本系列文章将深入 Flutter Framework 内部逐步去分析其核心概念和流程，主要包括：
『 深入浅出 Flutter Framework 之 Widget 』
『 深入浅出 Flutter Framework 之 BuildOwner 』
『 深入浅出 Flutter Framework 之 Element 』
『 深入浅出 Flutter Framework 之 PaintingContext 』
『 深入浅出 Flutter Framework 之 Layer 』
『 深入浅出 Flutter Framework 之 PipelineOwner 』
『 深入浅出 Flutter Framework 之 RenderObejct 』
『 深入浅出 Flutter Framework 之自定义渲染型 Widget 』

Overview

PipelineOwner在 Rendering Pipeline 中起到重要作用：

  • 随着 UI 的变化而不断收集『 Dirty Render Objects 』
  • 随之驱动 Rendering Pipeline 刷新 UI

简单讲，PipelineOwner是『RenderObject Tree』与『RendererBinding』间的桥梁，在两者间起到沟通协调的作用。

关系


如上图：

  • RendererBinding创建并持有PipelineOwner实例，Code1-第8~12行
  • 同时，RendererBinding会创建『RenderObject Tree』的根节点，即：RenderView，并将其赋值给PipelineOwner#rootNode，Code1-第13~24行
  • 在『RenderObject Tree』构建过程中，每插入一个新节点，就会将PipelineOwner实例 attach 到该节点上，即『RenderObject Tree』上所有结点共享同一个PipelineOwner实例，Code2-第4行
Code1-RendererBinding#init
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
// 代码有删减，下同
//
mixin RendererBinding {
  @override
  void initInstances() {
    super.initInstances();
    _instance = this;
    _pipelineOwner = PipelineOwner(
      onNeedVisualUpdate: ensureVisualUpdate,
      onSemanticsOwnerCreated: _handleSemanticsOwnerCreated,
      onSemanticsOwnerDisposed: _handleSemanticsOwnerDisposed,
    );
    initRenderView();
    addPersistentFrameCallback(_handlePersistentFrameCallback);
  }

  void initRenderView() {
    renderView = RenderView(configuration: createViewConfiguration(), window: window);
    renderView.prepareInitialFrame();
  }

  set renderView(RenderView value) {
    _pipelineOwner.rootNode = value;
  }
Code2-RenderObject#adoptChild
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
void adoptChild(covariant AbstractNode child) {
  child._parent = this;
  if (attached)
    child.attach(_owner);
  redepthChild(child);
}

void attach(covariant Object owner) {
  _owner = owner;
}

RendererBinding是 mixin，其背后真实的类是WidgetsFlutterBinding

如上所述，正常情况下在 Flutter 运行过程中只有一个PipelineOwner实例，并由RendererBinding持有，用于管理所有『 on-screen RenderObjects 』。
然而，如果有『 off-screen RenderObjects 』，则可以创建新的PipelineOwner实例来管理它们。
『on-screen PipelineOwner』与 『 off-screen PipelineOwner 』完全独立，后者需要创建者自己维护、驱动。

mixin RendererBinding on BindingBase, ServicesBinding, SchedulerBinding, GestureBinding, SemanticsBinding, HitTestable
如上，RendererBinding要求其附属类 mixin BindingBase、ServicesBinding、SchedulerBinding、GestureBinding、SemanticsBinding以及HitTestable，为了描述方便，文本提到的RendererBinding上的方法也可能来自于其他几个 Binding。

驱动

Dirty RenderObjects

Render Object 有4种『 Dirty State』 需要 PipelineOwner 去维护：

  • Needing Layout：Render Obejct 需要重新 layout
  • Needing Compositing Bits Update：Render Obejct 合成标志位(Compositing)有变化
  • Needing Paint：Render Obejct 需要重新绘制
  • Needing Semantics：Render Object 辅助信息有变化

如上图：

  • 当 RenderObject 需要重新 layout 时，调用markNeedsLayout方法，该方法会将当前 RenderObject 加入 PipelineOwner#_nodesNeedingLayout或传给父节点去处理；
  • 当 RenderObject 的 Compositing Bits 有变化时，调用markNeedsCompositingBitsUpdate方法，该方法会将当前 RenderObject 加入 PipelineOwner#_nodesNeedingCompositingBitsUpdate或传给父节点去处理；
  • 当 RenderObject 需要重新 paint 时，调用markNeedsPaint方法，该方法会将当前 RenderObject 加入PipelineOwner#_nodesNeedingPaint或传给父节点处理；
  • 当 RenderObject 的辅助信息(Semantics)有变化时，调用markNeedsSemanticsUpdate方法，该方法会将当前 RenderObject 加入 PipelineOwner#_nodesNeedingSemantics或传给父节点去处理

上述就是 PipelineOwner 不断收集『 Dirty RenderObjects 』的过程。

RenderObject 内部的逻辑会在后续文章中详细分析。

Request Visual Update

上述4个markNeeds*方法，除了markNeedsCompositingBitsUpdate，其他方法最后都会调用PipelineOwner#requestVisualUpdate。
之所以markNeedsCompositingBitsUpdate不会调用PipelineOwner#requestVisualUpdate，是因为其不会单独出现，一定是伴随其他3个之一一起出现的。

如上图，随着PipelineOwner#requestVisualUpdate->RendererBinding#scheduleFrame->Window#scheduleFrame调用链，UI 需要刷新的信息最终传递到了 Engine 层。
具体讲，Window#scheduleFrame主要是向 Engine 请求在下一帧刷新时调用Window#onBeginFrame以及Window#onDrawFrame方法。

Window#onBeginFrame、Window#onDrawFrame本质上是 RendererBinding 向其注入的两个回调(_handleBeginFrame、_handleDrawFrame)：

Code3-SchedulerBinding
1
2
3
4
 void ensureFrameCallbacksRegistered() {
  window.onBeginFrame ??= _handleBeginFrame;
  window.onDrawFrame ??= _handleDrawFrame;
}

Handle Draw Frame


如上图，Engine 在接收到 UI 需要更新后，在下一帧刷新时会调用Window#onDrawFrame，通过提前注册好的PersistentFrameCallback，最终调用到RendererBinding#drawFrame方法：

Code4-RendererBinding#drawFrame
1
2
3
4
5
6
7
void drawFrame() {
  pipelineOwner.flushLayout();
  pipelineOwner.flushCompositingBits();
  pipelineOwner.flushPaint();
  renderView.compositeFrame(); // this sends the bits to the GPU
  pipelineOwner.flushSemantics(); // this also sends the semantics to the OS.
}

如上，RendererBinding#drawFrame依次调用PipelineOwner的flushLayout、flushCompositingBits、flushPaint以及flushSemantics方法，来处理对应状态下的 RenderObject。

Flush Layout

Code5-PipelineOwner#flushLayout
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
void flushLayout() {
  while (_nodesNeedingLayout.isNotEmpty) {
    final List<RenderObject> dirtyNodes = _nodesNeedingLayout;
    _nodesNeedingLayout = <RenderObject>[];
    for (RenderObject node in dirtyNodes..sort((RenderObject a, RenderObject b) => a.depth - b.depth)) {
      if (node._needsLayout && node.owner == this)
        node._layoutWithoutResize();
    }
  } 
}

首先，PipelineOwner对于收集到的『 Needing Layout RenderObjects 』按其在『 RenderObject Tree 』上的深度升序排序，主要是为了避免子节点重复 Layout (因为父节点 layout 时，也会递归地对子树进行 layout)；
其次，对排好序的且满足条件的 RenderObjects 依次调用_layoutWithoutResize来执行 layout 操作。

在父节点 layout 完成时，其所有子节点也 layout 完成，它们的_needsLayout标志会被置为flase，因此在 Code5 中需要第6行的判断，避免重复 layout。

Flush Compositing Bits

Code6-PipelineOwner#flushCompositingBits
1
2
3
4
5
6
7
8
void flushCompositingBits() {
  _nodesNeedingCompositingBitsUpdate.sort((RenderObject a, RenderObject b) => a.depth - b.depth);
  for (RenderObject node in _nodesNeedingCompositingBitsUpdate) {
    if (node._needsCompositingBitsUpdate && node.owner == this)
      node._updateCompositingBits();
  }
  _nodesNeedingCompositingBitsUpdate.clear();
}

同理，先对『 Needing Compositing Bits RenderObjects 』排序，再调用RenderObjects#_updateCompositingBits

Flush Paint

Code7-PipelineOwner#flushPaint
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
void flushPaint() {
  final List<RenderObject> dirtyNodes = _nodesNeedingPaint;
  _nodesNeedingPaint = <RenderObject>[];
  // Sort the dirty nodes in reverse order (deepest first).
  for (RenderObject node in dirtyNodes..sort((RenderObject a, RenderObject b) => b.depth - a.depth)) {
    if (node._needsPaint && node.owner == this) {
      if (node._layer.attached) {
          PaintingContext.repaintCompositedChild(node);
      } 
    }
  }
}

对于 Paint 操作来说，父节点需要用到子节点绘制的结果，故子节点需要先于父节点被绘制。
因此，不同于前两个 flush 操作，此时需要对『 Needing Paint RenderObjects 』按深度降序排序。
如下图，在深入浅出 Flutter Framework 之 PaintingContext一文中详细分析了从PipelineOwner#flushPaint到PaintingContext内部操作的过程，在此不再赘述。

Flush Semantics

Code8-PipelineOwner#flushSemantics
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
void flushSemantics() {
  final List<RenderObject> nodesToProcess = _nodesNeedingSemantics.toList()
    ..sort((RenderObject a, RenderObject b) => a.depth - b.depth);
  _nodesNeedingSemantics.clear();
  for (RenderObject node in nodesToProcess) {
    if (node._needsSemanticsUpdate && node.owner == this)
      node._updateSemantics();
  }
  _semanticsOwner.sendSemanticsUpdate();
}

Flush Semantics 所做操作与 Flush Layout 完全相似，不再赘述。

至此，PipelineOwner 相关的内容就介绍完了。

小结

PipelineOwner 作为『 RenderObject Tree』与『 RendererBinding/Window』间的沟通协调桥梁，在整个 Rendering Pipeline 中起到重要作用。
在 Flutter 应用生命周期内，不断收集『 Dirty RenderObjects 』并及时通知 Engine。
在帧刷新时，通过来自 RendererBinding 的回调依次处理收集到的：

  • 『 Needing Layout RenderObjects 』
  • 『 Needing Compositing Bits Update RenderObjects 』
  • 『 Needing Paint RenderObjects 』
  • 『 Needing Semantics RenderObjects 』

最终完成 UI 的刷新。