理解Flutter引擎线程模式

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Flutter体系结构

flutter_system_overview

Framework

Framework是我们直接接触到的，它使用dart实现，包括Material Design风格的Widget，CuperTino风格的Widget，文本/图片/按钮等基础的Widgets，Rendering渲染、Animation动画、Painting图形绘制、Gestures手势等。

Engine

Engine引擎层使用C++实现，主要包括：Skia，Dart和shell。

  • Skia是开源的二维图形库，提供了适用于多种软硬件平台的通用API

  • shell：不同的平台有不同的shell

Embedder

Embedder是一个嵌入层，即把Flutter嵌入到各个平台上去，这里做的主要工作包括渲染Surface设置，线程设置，以及插件等，为Engine创建和管理线程，作用是把Engine的task runners运行在嵌入层管理的线程上。

从这里可以看出，Flutter的平台相关层很低，平台只是提供一个画布，剩余的所有渲染相关的逻辑都在Flutter内部，这就使得它具有了很好的跨端一致性。

Flutter 线程模型

Flutter Engine是不创建和管理线程的，是由Embedder为Engine创建和管理线程（包括线程里的消息循环），Flutter在Engine中定义了四种Task Runners，Task Runners是需要运行在平台提供的线程上，这四种Task Runners分别是

  • Platform Task Runner
  • UI Task Runner
  • GPU Task Runner
  • IO Task Runner

Platform Task Runner

  1. Flutter Engine的主Task Runner，运行Platform Task Runner的线程叫Platform Thread，Platform Thread必须要运行在平台的Main Thread上。
  2. 一个Flutter Engine实例对应一个Platform Thread：一个Flutter应用启动的时候会创建一个Engine实例，Engine创建的时候会创建一个线程供Platform Runner使用
  3. 跟Flutter Engine的所有交互（接口调用）以及处理来自平台的消息都必须发生在Platform Thread，试图在其他线程中调用Flutter Engine会导致异常
  4. 阻塞Platform Thread不会直接导致Flutter 应用的卡顿（跟iOS Android主线程不同），但是建议复杂计算逻辑操作不要放在Platform Thread，而是放在其他线程（不包括上述的四个线程）。长时间卡住Platform Thread应用可能会被系统Watchdot强行杀死

UI Task Runner

  1. UI Task Runner被Flutter Engine用于执行Dart root isolate代码，Root isolate比较特殊，它绑定了Flutter需要的函数方法，运行应用的main code，UI Task Runner运行所在的线程对应到平台的线程，其实是子线程

  2. 调度提交渲染帧：

    1. Root isolate通知Flutter Engine有帧需要渲染
    2. Flutter Engine通知平台，需要在下一个vsync的时候得到通知
    3. 平台等待下一个vsync
    4. 对创建的对象和Widgets进行Layout并生成一个Layer Tree，这个Tree马上被提交到Flutter Engine

  3. Root Isolate处理来自Navite Plugins的消息响应，Timers，Microtasks和异步IO操作

  4. 阻塞这个线程会直接导致Flutter应用卡顿掉帧，繁重计算建议其放到独立的Isolate执行

GPU Task Runner

  1. GPU Task Runner被用于执行设备GPU的相关调用：UI Task Runner创建的Layer Tree信息是平台不相关的，具体如何实现绘制取决于具体平台和方式，可以是OpenGL，Vulkan、软件绘制或者其他Skia配置的绘图实现。
  2. UI Task Runner和GPU Task Runner跑在不同的线程：基于Layer Tree的处理时长和GPU帧显示到屏幕的耗时，GPU Task Runner可能会延迟下一帧在UI Task Runner的调度。存在这种可能，UI Task Runner在已经准备好下一帧的情况下，GPU Task Runner却还在向GPU提交上一帧。这种延迟调度机制确保不让UI Task Runner分配过多的任务给GPU Task Runner。
  3. GPU Task Runner的过载会导致Flutter应用的卡顿：建议为每一个Engine实例都新建一个专用的GPU Runner线程

IO Task Runner

  1. IO Task Runner主要功能是从图片存储中读取压缩的图片格式，将图片数据进行处理，为GPU Task Runner的渲染做好准备。在Textture的准备过程中，IO Runner首先要读取压缩的图片二进制数据，将其解压转换成GPU能够处理的格式，然后将数据上传到GPU。
  2. IO Task Runner不会直接导致Flutter应用卡顿，但是可能会导致图片和其他一些资源加载的延迟，间接影响性能，所以还是建议为IO Task Runner创建一个专用的线程

各个平台默认的Runner线程实现

  1. Platform Task Runner
Android iOS
主线程 主线程
  1. UI Task Runner
Android iOS
子线程 子线程
  1. GPU Task Runner
Android iOS
子线程 子线程
  1. IO Task Runner
Android iOS
子线程 子线程