Flutter面試：渲染原理

頁面中的各界面元素（Widget）以樹的形式組織，即控件樹。Flutter通過控件樹中的每個(gè)控件創(chuàng)建不同類型的渲染對象，組成渲染對象樹。而渲染對象樹在Flutter的展示過程分為三個(gè)階段：布局、繪制、合成和渲染。

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（一）布局

Flutter采用深度優(yōu)先機(jī)制遍歷渲染對象樹，決定渲染對象樹中各渲染對象在屏幕上的位置和尺寸。在布局過程中，渲染對象樹中的每個(gè)渲染對象都會接收父對象的布局約束參數(shù)，決定自己的大小，然后父對象按照控件邏輯決定各個(gè)子對象的位置，完成布局過程。

為了防止因子節(jié)點(diǎn)發(fā)生變化而導(dǎo)致整個(gè)控件樹重新布局，F(xiàn)lutter加入了一個(gè)機(jī)制——布局邊界（Relayout Boundary），可以在某些節(jié)點(diǎn)自動(dòng)或手動(dòng)地設(shè)置布局邊界，當(dāng)邊界內(nèi)的任何對象發(fā)生重新布局時(shí)，不會影響邊界外的對象，反之亦然。

二）繪制

布局完成后，渲染對象樹中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有了明確的尺寸和位置。Flutter會把所有的渲染對象繪制到不同的圖層上。與布局過程一樣，繪制過程也是深度優(yōu)先遍歷，而且總是先繪制自身，再繪制子節(jié)點(diǎn)。

以下圖為例：節(jié)點(diǎn)1在繪制完自身后，會再繪制節(jié)點(diǎn)2，然后繪制它的子節(jié)點(diǎn)3、4和5，最后繪制節(jié)點(diǎn)6。

可以看到，由于一些其他原因（比如，視圖手動(dòng)合并）導(dǎo)致2的子節(jié)點(diǎn)5與它的兄弟節(jié)點(diǎn)6處于了同一層，這樣會導(dǎo)致當(dāng)節(jié)點(diǎn)2需要重繪的時(shí)候，與其無關(guān)的節(jié)點(diǎn)6也會被重繪，帶來性能損耗。

為了解決這一問題，F(xiàn)lutter提出了與布局邊界對應(yīng)的機(jī)制——重繪邊界（Repaint Boundary）。在重繪邊界內(nèi)，F(xiàn)lutter會強(qiáng)制切換新的圖層，這樣就可以避免邊界內(nèi)外的互相影響，避免無關(guān)內(nèi)容置于同一圖層引起不必要的重繪。

重繪邊界的一個(gè)典型場景是Scrollview。ScrollView滾動(dòng)的時(shí)候需要刷新視圖內(nèi)容，從而觸發(fā)內(nèi)容重繪。而當(dāng)滾動(dòng)內(nèi)容重繪時(shí)，一般情況下其他內(nèi)容是不需要重繪的，這時(shí)候重繪邊界就派上用場了。

（三）合成和渲染

終端設(shè)備的頁面越來越復(fù)雜，因此Flutter的渲染樹層級通常很多，直接交付給渲染引擎進(jìn)行多圖層渲染，可能會出現(xiàn)大量渲染內(nèi)容的重復(fù)繪制，所以還需要先進(jìn)行一次圖層合成，即將所有的圖層根據(jù)大小、層級、透明度等規(guī)則計(jì)算出最終的顯示效果，將相同的圖層歸類合并，簡化渲染樹，提高渲染效率。

合并完成后，F(xiàn)lutter會將幾何圖層數(shù)據(jù)交由Skia引擎加工成二維圖像數(shù)據(jù)，最終交由GPU進(jìn)行渲染，完成界面的展示。

四、總結(jié)

咱們從各種業(yè)界主流跨端方案與Flutter的對比開始，到Flutter的簡要介紹以及Flutter的運(yùn)行機(jī)制，并以界面渲染過程為例，從布局、繪制、合成和渲染三個(gè)階段講述了Flutter的實(shí)現(xiàn)原理。相信大家對Flutter已經(jīng)有一個(gè)整體認(rèn)知，趕快一起上手操作起來吧！

Flutter性能優(yōu)化

1.圓角對性能的影響

盡量避免用Clipxxx組件，建議用BoxDecoration的image屬性實(shí)現(xiàn)，如果用Clipxxx組件，圓角取整后性能會提升。

2.減少重繪

根據(jù)場景合理使用RePaintBoundary，使繪制獨(dú)立于父布局，避免重繪，提升性能，但過度使用增加的圖層會帶來Raster合成的耗時(shí)。例如scrollview是滑動(dòng)過程會導(dǎo)致所有的節(jié)點(diǎn)都重繪，可以在scrollview下一層使用RePaintBoundary。

3.滾動(dòng)步長插值器優(yōu)化（了解）

官方的滾動(dòng)差值器在出現(xiàn)小卡頓時(shí)，滾動(dòng)步長會出現(xiàn)大的跳躍，導(dǎo)致體感上出現(xiàn)很明顯的抖動(dòng)，優(yōu)化步長偏移量算法與原生效果對齊。

4.開啟SurfaceView

官方推薦Flutter用SurfaceView ，因?yàn)镾urfaceView與應(yīng)用窗口內(nèi)容分隔開，在專有硬件中合成，產(chǎn)生的中間副本少于TextureView，所以性能高，占用內(nèi)存少，但是在混合棧遇到的問題需要突破

5.使用RepaintBoundary 提升頻繁重繪控件的性能。使用RelayoutBoundary提升頻繁修改大小，增刪的布局中也可以提升性能。

6.build中不要去寫大量的耗時(shí)邏輯，因?yàn)閿?shù)據(jù)更新會觸發(fā)build的多次調(diào)用，在里面做耗時(shí)邏輯會降低性能。

7.盡量使用statelessWidget代替statefulWidget，因?yàn)閟tatefulWidget的銷毀重建會引起子widget的銷毀與重建。

8.解析json可以放到子線程線程中，開Isolate去解析，這樣，當(dāng)返回?cái)?shù)據(jù)特別大的時(shí)候也不會阻塞界面。

9.使用不變的組件的時(shí)候可以添加const，const組件不會進(jìn)行build更新

10.由于flutter通過widget.runtimeType和key來判斷是否需要跟新組建，所以我們寫組件的時(shí)候盡量保持key不變，或者不寫key。對于一些需要頻繁改變，例如新增、刪除、排序的最好加上key。如果type一直，如果不寫key容易導(dǎo)致，element無法區(qū)分新舊widget，導(dǎo)致無法更新。

Android 圖形系統(tǒng)（Graphics）

本文將從三個(gè)方面介紹Android 圖形系統(tǒng)。

圖形系統(tǒng)提供繪圖和圖形處理支持。

Android 框架提供了各種用于 2D 和 3D 圖形渲染的 API、圖片解碼庫，以及各種Driver支持。

? 繪圖API：2D引擎 Skia，3D引擎 OpenGL ES，RenderScript，OpenCV和Vulkan。

? 圖片解碼庫：jpg，png，gif等。

應(yīng)用開發(fā)者可通過三種方式將圖像繪制到屏幕:

? Canvas : 2D圖形API，Android View樹實(shí)際的繪制者。

? OpenGL ES : 嵌入式設(shè)備的OpenGL 三維圖形API子集。

? Vulkan :跨平臺的2D和3D繪圖引擎,Android 7.0后支持，NDK。

整個(gè)圖形系統(tǒng)架構(gòu)是一個(gè)生產(chǎn)者和消費(fèi)者模式，五層依次介紹：

2D繪制：Canvas api / view 的子類 (button ,list)/自定義view

3D繪制：應(yīng)用直接使用OpenGL 接口繪制圖形(PixelFlinger對應(yīng)的是openGl 1.0 ，GUP driver 對應(yīng)的是2.0和3.0)

所有情況下的繪圖都渲染到一個(gè)包含 GraphicBuffer的Surface上，當(dāng)一塊 Surface 顯示在屏幕上時(shí)，就是用戶所看到的窗口。

? Canvas：畫布，2D圖形API，Android View樹實(shí)際的渲染者。

? Skia繪制：Android4.0之前默認(rèn)使用，主線程通過CPU完成繪圖指令操作，在復(fù)雜場景下單幀容易超過16ms導(dǎo)致卡頓。

WindowManagerService（WMS）窗口管理服務(wù)，管理系統(tǒng)中所有的窗口。

? 管理window （view的容器）

? Window與surface對應(yīng)，一塊顯示區(qū)域。添加一個(gè)window，就是 WMS 為其分配一塊 Surface 的過程。

Google 在Android source官網(wǎng)提示：

這里就對這些控件進(jìn)行簡單介紹：

Surface : Handle onto a raw buffer that is being managed by the screen compositor.

Surface 對應(yīng)一塊屏幕緩沖區(qū)。生產(chǎn)者是： SurfaceTexture、MediaRecorder 等，消費(fèi)者是： OpenGL、MediaPlayer 或 CameraDevice等。每個(gè)window對應(yīng)一個(gè)Surface。Canvas或OpenGL ES等最終都渲染到Surface上。

? Flutter在Android平臺上也是直接渲染到Surface。例如：一個(gè)Activity/Dialog都是一個(gè)Surface，它承載了上層的圖形數(shù)據(jù)，與SurfaceFlinger側(cè)的Layer相對應(yīng)。

Canvas（畫布）實(shí)現(xiàn)由 Skia 圖形庫提供。為了確保兩個(gè)客戶端不會同時(shí)更新某個(gè)緩沖區(qū)，使用以下命令處理畫布鎖：

使用雙緩沖機(jī)制，有自己的 surface，View只是一個(gè)透明的占位符，Surface可以在后臺線程中繪制。雙緩沖機(jī)制提高渲染效率，獨(dú)立線程

繪制，提升流暢性。適合一些場景：需要界面迅速更新、UI繪制時(shí)間長、對幀率要求較高的情況。

提供訪問和控制Surface 相關(guān)的方法 。通過SurfaceView的getHolder()函數(shù)可以獲取SurfaceHolder對象，Surface 就在SurfaceHolder對象內(nèi)。

addCallback(SurfaceHolder.Callbackcallback) /Canvas lockCanvas() /unlockCanvasAndPost(Canvascanvas)

SurfaceTexture： Surface 和 OpenGL ES (GLES) 紋理（Texture）的組合。將圖像流轉(zhuǎn)為 OpenGL 外部紋理。

TextureView：持有 SurfaceTexture，將圖像處理為 OpenGL 紋理更新到 HardwareLayer。

GLSurfaceView：加入 EGL 管理，自帶 GL 上下文和 GL 渲染線程

這些View通常涉及到Android音視頻相關(guān)，需要高效的渲染能力。如下面的SurfaceTexture在camera中的應(yīng)用。

簡稱Buffer, 一個(gè)Buffer包含一幀圖像，Buffer由gralloc分配和回收。Buffer 屬性包含：width, height, format, usage等

BufferQueue 的引入是為了解決顯示和性能問題。

? Surface屬于APP進(jìn)程，Layer屬于系統(tǒng)進(jìn)程，如果它們之間只用一個(gè)Buffer，會存在顯示和性能問題。

? 一些Buffer用于繪制，一些Buffer用于顯示，雙方處理完之后，交換一下Buffer，提高效率。

? BufferQueue中包含多個(gè)Buffer對象。

Android圖形系統(tǒng)包含了兩對生產(chǎn)者和消費(fèi)者模型，它們都通過BufferQueue進(jìn)行連接：

1.Canvas和OpenGL ES生產(chǎn)圖形數(shù)據(jù)，SurfaceFlinger消費(fèi)圖形數(shù)據(jù)。

2.SurfaceFlinger合成所有圖層的圖形數(shù)據(jù)，Display顯示合成結(jié)果。

code：frameworks/native/services/surfaceflinger

? Surface表示APP進(jìn)程的一個(gè)窗口，承載了窗口的圖形數(shù)據(jù)。

? SurfaceFlinger是系統(tǒng)進(jìn)程合成所有窗口的系統(tǒng)服務(wù)，負(fù)責(zé)合成所有Surface提供的圖形數(shù)據(jù)，然后送顯到屏幕。

? SurfaceFlinger既是上層應(yīng)用的消費(fèi)者，又是Display的生產(chǎn)者，起到了承上啟下的作用。

數(shù)據(jù)流：

合成示意圖：

在介紹Vsync機(jī)制之前先介紹兩個(gè)重要概念：

屏幕刷新率：屏幕每秒鐘可以刷新多少次。60HZ刷新率，16.7ms刷新一次。（120HZ/8.3ms），硬件指標(biāo)。

GPU 繪制幀率：GPU 每秒能夠合成繪制多少幀。

軟件層觸發(fā) View 繪制的時(shí)機(jī)是隨機(jī)的，當(dāng)下一次屏幕刷新時(shí)，屏幕從 Frame Buffer 中拿到的數(shù)據(jù)還是“幀1”的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致“丟幀”。

每隔 16ms 硬件層發(fā)出 vsync 信號，應(yīng)用層接收到此信號后會觸發(fā)UI 的渲染流程，同時(shí) vsync 信號也會觸發(fā) SurfaceFlinger 讀取Buffer 中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行合成顯示到屏幕上。

總結(jié)：Vsync機(jī)制將 CPU 和 GPU 的開始時(shí)間與屏幕刷新強(qiáng)行拖拽到同一起跑線

Android提供的Graphics流程相對比較復(fù)雜對其進(jìn)行具象后的流程如下兩張圖所示：

網(wǎng)站名稱：flutter圖層,flutter 圖片列表
標(biāo)題鏈接：http://m.rwnh.cn/article22/dscodcc.html

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