Flutter框架分析（二）-- 初始化

上篇文章 《Flutter框架分析（一）-- 总览和Window》 介绍了Flutter框架最核心的渲染流水线和最基础的 Window 。这篇文章里，我们从Flutter框架的初始化来进入，来一步步揭开Flutter的面纱。写过Flutter程序的同学都知道，Flutter app的入口就是函数 runApp() 。

void main() {
  runApp(MyApp());
}
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那么我们就从函数 runApp() 入手，看看这个函数被调用以后发生了什么。

初始化

runApp() 的函数体位于 widgets/binding.dart 。长这样：

void runApp(Widget app) {
  WidgetsFlutterBinding.ensureInitialized()
    ..attachRootWidget(app)
    ..scheduleWarmUpFrame();
}
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从调用的函数名称就可以看出来，它做了3件事，

WidgetsFlutterBinding

OK，那我们就来挨个看一下这3件事具体都做了什么。

ensureInitialized()

首先我们先看一下 WidgetsFlutterBinding 是什么，从这个类的名称来看，是把Widget和Flutter绑定在一起的意思。

class WidgetsFlutterBinding extends BindingBase with GestureBinding, ServicesBinding, SchedulerBinding, PaintingBinding, SemanticsBinding, RendererBinding, WidgetsBinding {
  static WidgetsBinding ensureInitialized() {
    if (WidgetsBinding.instance == null)
      WidgetsFlutterBinding();
    return WidgetsBinding.instance;
  }
}
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这个类继承自 BindingBase 并且混入（ Mixin ）了很多其他类，看名称都是不同功能的绑定。而静态函数 ensureInitialized() 所做的就是返回一个 WidgetsBinding.instance 单例。

混入的那些各种绑定类也都是继承自抽象类 BindingBase 的。

abstract class BindingBase {
    BindingBase() {
        ...
        initInstances();
        ...
    }
    ...
    ui.Window get window => ui.window;
}
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关于抽象类 BindingBase ，你需要了解两个地方，一个是在其构造的时候会调用函数 initInstances() 。这个函数会由其子类，也就是上面说那些各种混入（Mixin）的绑定类各自实现，具体的初始化都是在其内部实现的。另一个就是 BindingBase 有一个 getter ，返回的是 window 。还记得在 《Flutter框架分析（一）-- 总览和Window》 中提到过的窗口吗？没错，这里的 window 就是它。那我们是不是可以推论，这些个绑定其实就是对 window 的封装？来，让我们挨个看一下这几个绑定类在调用 initInstances() 的时候做了什么的吧。

第一个是 GestureBinding 。手势绑定。

mixin GestureBinding on BindingBase implements HitTestable, HitTestDispatcher, HitTestTarget {
  @override
  void initInstances() {
    super.initInstances();
    _instance = this;
    window.onPointerDataPacket = _handlePointerDataPacket;
  }
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在调用 initInstances() 的时候，主要做的事情就是给 window 设置了一个手势处理的回调函数。所以这个绑定主要是负责管理手势事件的。

第二个是 ServicesBinding 。服务绑定

mixin ServicesBinding on BindingBase {
 @override
 void initInstances() {
   super.initInstances();
   _instance = this;
   window
     ..onPlatformMessage = BinaryMessages.handlePlatformMessage;
   initLicenses();
 }
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这个绑定主要是给 window 设置了处理Platform Message的回调。

第三个是 SchedulerBinding 。调度绑定。

mixin SchedulerBinding on BindingBase, ServicesBinding {
@override
void initInstances() {
  super.initInstances();
  _instance = this;
  window.onBeginFrame = _handleBeginFrame;
  window.onDrawFrame = _handleDrawFrame;
  SystemChannels.lifecycle.setMessageHandler(_handleLifecycleMessage);
}
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这个绑定主要是给 window 设置了 onBeginFrame 和 onDrawFrame 的回调，回忆一下上一篇文章讲渲染流水线的时候，当Vsync信号到来的时候engine会回调Flutter的来启动渲染流程，这两个回调就是在 SchedulerBinding 管理的。

第四个是 PaintingBinding 。绘制绑定。

mixin PaintingBinding on BindingBase, ServicesBinding {
@override
void initInstances() {
  super.initInstances();
  _instance = this;
  _imageCache = createImageCache();
}
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这个绑定只是创建了个图片缓存，就不细说了。

第五个是 SemanticsBinding 。辅助功能绑定。

mixin SemanticsBinding on BindingBase {
@override
void initInstances() {
  super.initInstances();
  _instance = this;
  _accessibilityFeatures = window.accessibilityFeatures;
}
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这个绑定管理辅助功能，就不细说了。

第六个是 RendererBinding 。渲染绑定。这是比较重要的一个类。

mixin RendererBinding on BindingBase, ServicesBinding, SchedulerBinding, GestureBinding, SemanticsBinding, HitTestable {
 @override
 void initInstances() {
   super.initInstances();
   _instance = this;
   _pipelineOwner = PipelineOwner(
     onNeedVisualUpdate: ensureVisualUpdate,
     onSemanticsOwnerCreated: _handleSemanticsOwnerCreated,
     onSemanticsOwnerDisposed: _handleSemanticsOwnerDisposed,
   );
   window
     ..onMetricsChanged = handleMetricsChanged
     ..onTextScaleFactorChanged = handleTextScaleFactorChanged
     ..onPlatformBrightnessChanged = handlePlatformBrightnessChanged
     ..onSemanticsEnabledChanged = _handleSemanticsEnabledChanged
     ..onSemanticsAction = _handleSemanticsAction;
   initRenderView();
   _handleSemanticsEnabledChanged();
   assert(renderView != null);
   addPersistentFrameCallback(_handlePersistentFrameCallback);
   _mouseTracker = _createMouseTracker();
 }

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这个绑定是负责管理渲染流程的，初始化的时候做的事情也比较多。 首先是实例化了一个 PipelineOwner 类。这个类负责管理驱动我们之前说的渲染流水线。随后给 window 设置了一系列回调函数，处理屏幕尺寸变化，亮度变化等。接着调用 initRenderView() 。

void initRenderView() {
   assert(renderView == null);
   renderView = RenderView(configuration: createViewConfiguration(), window: window);
   renderView.scheduleInitialFrame();
 }
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这个函数实例化了一个 RenderView 类。 RenderView 继承自 RenderObject 。我们都知道Flutter框架中存在这一个渲染树（render tree）。这个 RenderView 就是渲染树（render tree）的根节点，这一点可以通过打开"Flutter Inspector"看到，在"Render Tree"这个Tab下，最根部的红框里就是这个 RenderView 。

最后调用 addPersistentFrameCallback 添加了一个回调函数。请大家记住这个回调，渲染流水线的主要阶段都会在这个回调里启动。

第七个是 WidgetsBinding ，组件绑定。

mixin WidgetsBinding on BindingBase, SchedulerBinding, GestureBinding, RendererBinding, SemanticsBinding {
  @override
  void initInstances() {
    super.initInstances();
    _instance = this;
    buildOwner.onBuildScheduled = _handleBuildScheduled;
    window.onLocaleChanged = handleLocaleChanged;
    window.onAccessibilityFeaturesChanged = handleAccessibilityFeaturesChanged;
    SystemChannels.navigation.setMethodCallHandler(_handleNavigationInvocation);
    SystemChannels.system.setMessageHandler(_handleSystemMessage);
  }
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这个绑定的初始化先给 buildOwner 设置了个 onBuildScheduled 回调，还记得渲染绑定里初始化的时候实例化了一个 PipelineOwner 吗？这个 BuildOwner 是在组件绑定里实例化的。它主要负责管理Widget的重建，记住这两个"owner"。他们将会Flutter框架里的核心类。接着给 window 设置了两个回调，因为和渲染关系不大，就不细说了。最后设置 SystemChannels.navigation 和 SystemChannels.system 的消息处理函数。这两个回调一个是专门处理路由的，另一个是处理一些系统事件，比如剪贴板，震动反馈，系统音效等等。

至此， WidgetsFlutterBinding.ensureInitialized() 就跑完了，总体上来讲是把 window 提供的API分别封装到不同的Binding里。我们需要重点关注的是 SchedulerBinding ， RendererBinding 和 WidgetsBinding 。这3个是渲染流水线的重要存在。

接下来就该看一下 runApp() 里的第二个调用了。

attachRootWidget(app)

这个函数的代码如下：

void attachRootWidget(Widget rootWidget) {
    _renderViewElement = RenderObjectToWidgetAdapter<RenderBox>(
      container: renderView,
      debugShortDescription: '[root]',
      child: rootWidget
    ).attachToRenderTree(buildOwner, renderViewElement);
  }
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在之前说的 RendererBinding 的初始化的时候，我们得到了一个 RenderView 的实例，render tree的根节点。 RenderView 是继承自 RenderObject 的，而 RenderObject 需要有对应的 Widget 和 Element 。上述代码中的 RenderObjectToWidgetAdapter 就是这个 Widget 。而对应的 Element 就是 RenderObjectToWidgetElement 了，既然是要关联到render tree的根节点，那它自然也就是element tree的根节点了。

从上述分析我们可以得出结论：

• 渲染绑定（ RendererBinding ）通过 pipelineOwner 间接持有render tree的根节点 RenderView 。
• 组件绑定（ WidgetsBinding ）持有element tree的根节点 RenderObjectToWidgetElement 。

那么 RenderObjectToWidgetElement 是怎么和 RenderView 关联起来的呢，那自然是通过一个Widget做到的了，看下 RenderObjectToWidgetAdapter 的代码：

class RenderObjectToWidgetAdapter<T extends RenderObject> extends RenderObjectWidget {
  /// Creates a bridge from a [RenderObject] to an [Element] tree.
  ///
  /// Used by [WidgetsBinding] to attach the root widget to the [RenderView].
  RenderObjectToWidgetAdapter({
    this.child,
    this.container,
    this.debugShortDescription
  }) : super(key: GlobalObjectKey(container));

  @override
  RenderObjectToWidgetElement<T> createElement() => RenderObjectToWidgetElement<T>(this);

  @override
  RenderObjectWithChildMixin<T> createRenderObject(BuildContext context) => container;
  ...
  }
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你看， createElement() 返回的就是 RenderObjectToWidgetElement ，而 createRenderObject 返回的 container 就是构造这个Widget传入的 RenderView 了。而我们自己的 MyApp 作为一个子widget存在于 RenderObjectToWidgetAdapter 之中。

最后调用的 attachToRenderTree 做的事情属于我们之前说的渲染流水线的构建（Build）阶段，这时会根据我们自己的widget生成element tree和render tree。构建（Build）阶段完成以后，那自然是要进入布局（Layout）阶段和绘制（Paint）阶段了。怎么进呢？那就是 runApp 里的最后一个函数调用了。

scheduleWarmUpFrame()

void scheduleWarmUpFrame() {
    ...
    Timer.run(() {
      ...
      handleBeginFrame(null);
      ...
    });
    Timer.run(() {
      ...
      handleDrawFrame();
      ...
    });
  }

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这个函数其实就调了两个函数，就是之前我们讲 window 的时候说的两个回调函数 onBeginFrame 和 onDrawFrame 吗？这里其实就是在具体执行这两个回调。最后渲染出来首帧场景送入engine显示到屏幕。这里使用 Timer.run() 来异步运行两个回调，是为了在它们被调用之前有机会处理完微任务队列（microtask queue）。关于Dart代码异步执行可以参考我的文章 《Flutter/Dart中的异步》

我们之前说渲染流水线是由Vsync信号驱动的，但是上述过程都是在 runApp() 里完成的。并没有看到什么地方告诉engine去调度一帧。这是因为我们是在做Flutter的初始化。为了节省等待Vsync信号的时间，所以就直接把渲染流程跑完做出来第一帧图像来了。

总结

Flutter框架的初始化就介绍完了。顺带还包括了Flutter app首帧渲染的一个大致流程。本文中所说的Flutter框架初始化过程其实主要的点都在几个绑定（binding）的初始化。理解的时候要记住上篇文章中介绍的渲染流水线和 window 。Flutter框架其实就是围绕这两个东西在做文章。总结起来本文的要点这么几个：

• 3个重要绑定： SchedulerBinding ， RendererBinding 和 WidgetsBinding 。
• 2个“owner”： PipelineOwner 和 BuildOwner 。
• 2颗树的根节点：render tree根节点 RenderView ；element tree根节点 RenderObjectToWidgetElement 。

有了这些基础以后，后续的文章我们会再去分析 Widget ， Element 和 RenderObject 之间的关系，以及具体的Flutter渲染流水线各阶段是如何工作的。