Flutter 的 runApp 与三棵树诞生流程源码分析

3. 绘制热身帧（scheduleWarmUpFrame()）

WidgetsFlutterBinding 实例及初始化

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直接看源码，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 连接的核心桥梁，也是整个 Flutter 的应用层核心。通过 ensureInitialized() 方法我们可以得到一个全局单例的 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()方法，而各种 mixin 的 XxxBinding 实例化重点也都在各自的initInstances()方法中，每个 XxxBinding 的职责不同，如下：

• WidgetsFlutterBinding：核心桥梁主体，Flutter app 全局唯一。

• BindingBase：绑定服务抽象类。

• GestureBinding：Flutter 手势事件绑定，处理屏幕事件分发及事件回调处理，其初始化方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 层处理屏幕事件的桥梁。

• SchedulerBinding：Flutter 绘制调度器相关绑定类，debug 编译模式时统计绘制流程时长等操作。

• ServicesBinding：Flutter 系统平台消息监听绑定类。即 Platform 与 Flutter 层通信相关服务，同时注册监听了应用的生命周期回调。

• 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，内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 架构宏观抽象看，这些 XxxBinding 承担的角色大致是一个桥梁关联绑定，如下：

本文由于是启动主流程相关机制分析，所以初始化中我们需要关注的主要是 RendererBinding 和 WidgetsBinding 类的initInstances()方法，如下：

mixin WidgetsBinding on BindingBase, ServicesBinding, SchedulerBinding, GestureBinding, RendererBinding, SemanticsBinding {

@override

void initInstances() {

…

/**

*1、创建一个管理Widgets的类对象

*BuildOwner类用来跟踪哪些Widget需要重建，并处理用于Widget树的其他任务，例如管理不活跃的Widget等，调试模式触发重建等。

*/

_buildOwner = BuildOwner();

//2、回调方法赋值，当第一个可构建元素被标记为脏时调用。

buildOwner!.onBuildScheduled = _handleBuildScheduled;

//3、回调方法赋值，当本地配置变化或者AccessibilityFeatures变化时调用。

window.onLocaleChanged = handleLocaleChanged;

window.onAccessibilityFeaturesChanged = handleAccessibilityFeaturesChanged;

…

}

}

mixin RendererBinding on BindingBase, ServicesBinding, SchedulerBinding, GestureBinding, SemanticsBinding, HitTestable {

@override

void initInstances() {

…

/**

• 4、创建管理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变化相关的回调监听

window

…onMetricsChanged = handleMetricsChanged

…onTextScaleFactorChanged = handleTextScaleFactorChanged

…onPlatformBrightnessChanged = handlePlatformBrightnessChanged

…onSemanticsEnabledChanged = _handleSemanticsEnabledChanged

…onSemanticsAction = _handleSemanticsAction;

//6、创建RenderView对象，也就是RenderObject渲染树的根节点

initRenderView();

…

}

void initRenderView() {

…

//RenderView extends RenderObject with RenderObjectWithChildMixin

//7、渲染树的根节点对象

renderView = RenderView(configuration: createViewConfiguration(), window: window);

renderView.prepareInitialFrame();

}

//定义renderView的get方法，获取自_pipelineOwner.rootNode

RenderView get renderView => _pipelineOwner.rootNode! as RenderView;

//定义renderView的set方法，上面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我们已经得到了一些重要信息，请记住 RendererBinding 中的 RenderView 就是 RenderObject 渲染树的根节点。上面这部分代码的时序图大致如下：

通过 scheduleAttachRootWidget 创建关联三棵核心树

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WidgetsFlutterBinding 实例化单例初始化之后先调用了scheduleAttachRootWidget(app)方法，这个方法位于 mixin 的 WidgetsBinding 类中，本质是异步执行了attachRootWidget(rootWidget)方法，这个方法完成了 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) {

//简单的异步快速执行，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，赋值时机为步骤2

final bool isBootstrapFrame = renderViewElement == null;

_readyToProduceFrames = true;

//2、桥梁创建RenderObject、Element、Widget关系树，_renderViewElement值为attachToRenderTree方法返回值

_renderViewElement = RenderObjectToWidgetAdapter(

//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方法实例化的PipelineOwner对象。

//一个Flutter App全局只有一个PipelineOwner实例。

container: renderView,

debugShortDescription: ‘[root]’,

//4、我们平时写的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自己，此时由于调用完appach才赋值，所以首次进来也是null。

).attachToRenderTree(buildOwner!, renderViewElement as RenderObjectToWidgetElement?);

if (isBootstrapFrame) {

//6、首帧主动更新一下，匹配条件的情况下内部本质是调用SchedulerBinding的scheduleFrame()方法。

//进而本质调用了window.scheduleFrame()方法。

SchedulerBinding.instance!.ensureVisualUpdate();

}

}

}

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

//1、RenderObjectToWidgetAdapter继承自RenderObjectWidget，RenderObjectWidget继承自Widget

class RenderObjectToWidgetAdapter extends RenderObjectWidget {

…

//3、我们编写dart的runApp函数参数中传递的Flutter应用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 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 createElement() => RenderObjectToWidgetElement(this);

//6、重写Widget的createRenderObject实现，container本质是一个RenderView。

//RenderObject树的根结点是RenderView。

@override

RenderObjectWithChildMixin createRenderObject(BuildContext context) => container;

@override

void updateRenderObject(BuildContext context, RenderObject renderObject) { }

/**

*7、上面代码片段中RenderObjectToWidgetAdapter实例创建后调用

*owner来自WidgetsBinding初始化时实例化的BuildOwner实例，element 值就是自己。

*该方法创建根Element(RenderObjectToWidgetElement)，并将Element与Widget进行关联，即创建WidgetTree对应的ElementTree。

*如果Element已经创建过则将根Element中关联的Widget设为新的(即_newWidget)。

*可以看见Element只会创建一次，后面都是直接复用的。

*/

RenderObjectToWidgetElement attachToRenderTree(BuildOwner owner, [ RenderObjectToWidgetElement? element ]) {

//8、由于首次实例化RenderObjectToWidgetAdapter调用attachToRenderTree后才不为null，所以当前流程为null

if (element == null) {

//9、在lockState里面代码执行过程中禁止调用setState方法

owner.lockState(() {

//10、创建一个Element实例，即调用本段代码片段中步骤5的方法。

//调用RenderObjectToWidgetAdapter的createElement方法构建了一个RenderObjectToWidgetElement实例，继承RootRenderObjectElement，又继续继承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里面RenderObject

owner.buildScope(element!, () {

element!.mount(null, null);

});

} else {

//13、更新widget树时_newWidget赋值为新的，然后element数根标记为markNeedsBuild

element._newWidget = this;

element.markNeedsBuild();

}

return element!;

}

…

}

对于上面步骤 12 我们先进去简单看下 Element （RenderObjectToWidgetElement extends RootRenderObjectElement extends RenderObjectElement extends Element）的 mount 方法，重点关注的是父类 RenderObjectElement 中的 mount 方法，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方法传入Element实例自己获取RenderObject渲染树。

//RenderObjectToWidgetAdapter.createRenderObject(this)返回的是RenderObjectToWidgetAdapter的container成员，也就是上面分析的RenderView渲染树根节点。

_renderObject = widget.createRenderObject(this);

…

}

}

到这里对于 Flutter 的灵魂“三棵树”来说也能得出如下结论：

• Widget 树的根结点是 RenderObjectToWidgetAdapter（继承自 RenderObjectWidget extends Widget），我们 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 方法创建，创建 RenderObjectToWidgetElement 的时候把 RenderObjectToWidgetAdapter 通过构造参数传递进去，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方法获取 RenderObjectToWidgetAdapter 构造实例化时传入的 RenderView 渲染树根节点。

上面代码流程对应的时序图大致如下：

结合上一小结可以很容易看出来三棵树的创建时机（时序图中紫红色节点），也可以很容易看出来 Element 是 Widget 和 RenderObject 之前的一个“桥梁”，其内部持有了两者树根，抽象表示如下：

由于篇幅和本文主题原因，我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展开，后面会专门一篇分析。

热身帧绘制

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到此让我们先将目光再回到一开始runApp方法的实现中，我们还差整个方法实现中的最后一个scheduleWarmUpFrame()调用，如下：

mixin SchedulerBinding on BindingBase {

void scheduleWarmUpFrame() {

…

Timer.run(() {

assert(_warmUpFrame);

handleBeginFrame(null);

});

Timer.run(() {

assert(_warmUpFrame);

handleDrawFrame();