Flutter系统启动过程分析

启动过程分析

原图地址是:https://ftp.bmp.ovh/imgs/2020/04/f92a2d6c47bcf3f6.jpg

https://ftp.bmp.ovh/imgs/2020/04/f92a2d6c47bcf3f6.jpg

1、 初始化

一般的,都有一个入口Activity,这个Activity继承自FlutterActivity。

从入口Activity的oncreate方法开始分析,首先调用FlutterMain.startInitialization(this),如果我们自定义了Application(FlutterApplication),可以在Application的onCreate方法中调用。

startInitialization最终会调用到FlutterLoader的startInitialization方法,在这个方法中主要干了一下几件事:

  • 初始化系统配置
  • 在debug或JIT模式下复制assert文件夹下的文件到data目录下。从apk包的assets目录下,将vm_snapshot_data,isolate_snapshot_data,kernel_blob.bin文件复制到/data/data/package name/app_flutter/flutter_assets/目录下。
  • 加载libflutter.so库
  • 计算初始化时间,并传递到native层

初始化操作为之后运行准备了flutter环境,也准备好了运行所需要的资源

2、创建FlutterView

创建过程中比较重要的几行代码如下:

io\flutter\view\FlutterView.java

public FlutterView(Context context, AttributeSet attrs, FlutterNativeView nativeView) {
    mNativeView = new FlutterNativeView(activity.getApplicationContext());
    mNativeView.attachViewAndActivity(this, activity);
    mSurfaceCallback = new SurfaceHolder.Callback() {
            @Override
            public void surfaceCreated(SurfaceHolder holder) {
                mNativeView.getFlutterJNI().onSurfaceCreated(holder.getSurface());
            }

            @Override
            public void surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width, int height) {
                mNativeView.getFlutterJNI().onSurfaceChanged(width, height);
            }

            @Override
            public void surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder) {
                mNativeView.getFlutterJNI().onSurfaceDestroyed();
            }
        };
}

其中涉及FlutterActivityFlutterViewFlutterNativeViewFlutterActivityDelegateFlutterJNI这几个主要的类。

  • FlutterActivity主要处理各个生命周期以及各种系统回调。
  • FlutterView其实是一个SurfaceView,在SurfaceHolder.Callback中处理View的各个状态,这关系到整个界面的展现。
  • FlutterNativeView其实不是个View,只是一个中间人。因为他持有FlutterJNI和DartExecutor对象,将View的状态和消息传递到native层
  • FlutterActivityDelegate,代理。创建了FlutterView和FlutterNativeView,然后将Activity的声明周期和各种回调给到FlutterView处理
  • FlutterJNI,被FlutterView调用,然后调用native代码,并接收native的回调

2.1 创建FlutterNativeView

主要的几行代码如下:

io\flutter\view\FlutterNativeView.java

public FlutterNativeView(@NonNull Context context, boolean isBackgroundView) {
    mContext = context;
    mPluginRegistry = new FlutterPluginRegistry(this, context);
    mFlutterJNI = new FlutterJNI();
    mFlutterJNI.addIsDisplayingFlutterUiListener(flutterUiDisplayListener);
    this.dartExecutor = new DartExecutor(mFlutterJNI, context.getAssets());
    mFlutterJNI.addEngineLifecycleListener(new EngineLifecycleListenerImpl());
    attach(this, isBackgroundView);
}

2.1.1 先持有FlutterJNI对象,后续用于与native交互

2.1.2 attach

最终调用到了FlutterJNI的attachToNative方法,并调用native的nativeAttach方法。看看这个nativeAttach方法注册的地方:

shell\platform\android\platform_view_android_jni.cc

{
  .name = "nativeAttach",
  .signature = "(Lio/flutter/embedding/engine/FlutterJNI;Z)J",
  .fnPtr = reinterpret_cast<void*>(&AttachJNI),
}

被注册到了AttachJNI方法,看看这个方法:

shell\platform\android\platform_view_android_jni.cc

static jlong AttachJNI(JNIEnv* env,
                       jclass clazz,
                       jobject flutterJNI,
                       jboolean is_background_view) {
  fml::jni::JavaObjectWeakGlobalRef java_object(env, flutterJNI);
  auto shell_holder = std::make_unique<AndroidShellHolder>(
      FlutterMain::Get().GetSettings(), java_object, is_background_view);
  if (shell_holder->IsValid()) {
    return reinterpret_cast<jlong>(shell_holder.release());
  } else {
    return 0;
  }
}

这里初始化构造函数AndroidShellHolder

2.1.3 AndroidShellHolder

初始化过程中比较重要的代码如下:

shell\platform\android\android_shell_holder.cc

AndroidShellHolder::AndroidShellHolder(){
    thread_host_ = {thread_label, ThreadHost::Type::UI | ThreadHost::Type::GPU | ThreadHost::Type::IO};
    Shell::CreateCallback<PlatformView> on_create_platform_view = std::make_unique<PlatformViewAndroid>(
              shell,                   // delegate
              shell.GetTaskRunners(),  // task runners
              java_object,             // java object handle for JNI interop
              shell.GetSettings().enable_software_rendering  // use software rendering
    ); 
    Shell::CreateCallback<Rasterizer> on_create_rasterizer = [](Shell& shell) {
        return std::make_unique<Rasterizer>(shell, shell.GetTaskRunners());
    };
    fml::RefPtr<fml::TaskRunner> platform_runner = fml::MessageLoop::GetCurrent().GetTaskRunner();
    fml::RefPtr<fml::TaskRunner> gpu_runner = thread_host_.gpu_thread->GetTaskRunner();
    fml::RefPtr<fml::TaskRunner> ui_runner = thread_host_.ui_thread->GetTaskRunner();
    fml::RefPtr<fml::TaskRunner> io_runner = thread_host_.io_thread->GetTaskRunner();
    
    flutter::TaskRunners task_runners(thread_label,     // label
                                    platform_runner,  // platform
                                    gpu_runner,       // raster
                                    ui_runner,        // ui
                                    io_runner         // io
    );
    shell_ = Shell::Create(task_runners,        // task runners
                    GetDefaultWindowData(),   // window data
                    settings_,                // settings
                    on_create_platform_view,  // platform view create callback
                    on_create_rasterizer      // rasterizer create callback
    );
    task_runners.GetGPUTaskRunner()->PostTask([]() {});
    task_runners.GetUITaskRunner()->PostTask([]() {)};
}

这个类比较重要,可以分几个部分解析:

  • 1、thread_host_是一个ThreadHost结构体的对象,是platform_thread,ui_thread,gpu_thread,io_thread这个四个线程的集合。

进一步查看可以发现Thread类持有一个TaskRunner对象。

  • 2、PlatformViewAndroid,第二步调用初始化构造函数,创建一个on_create_platform_view 对象,这个类继承自PlatformView,做平台View的初始化工作
  • 3、四个TaskRunner,看看他的初始化:

Thread初始化

shell\platform\fuchsia\flutter\thread.cc

Thread::Thread(const std::string& name) : joined_(false) {
    fml::RefPtr<fml::TaskRunner> runner;
    thread_ = std::make_unique<std::thread>([&latch, &runner, name]() -> void {
        SetCurrentThreadName(name);
        fml::MessageLoop::EnsureInitializedForCurrentThread();
        auto& loop = MessageLoop::GetCurrent();
        runner = loop.GetTaskRunner();
        latch.Signal();
        loop.Run();
    });
}

在EnsureInitializedForCurrentThread方法中会初始化MessageLoop构造函数,然后获取一个loop对象,从这个loop对象里获取TaskRunner。

MessageLoop构造函数

如下:

fml\message_loop.cc

MessageLoop::MessageLoop()
    : loop_(MessageLoopImpl::Create()),
      task_runner_(fml::MakeRefCounted<fml::TaskRunner>(loop_)) {
}

可见此时初始化了一个MessageLoopImpl构造函数。

MessageLoopImpl构造函数

fml\message_loop_impl.cc

fml::RefPtr<MessageLoopImpl> MessageLoopImpl::Create() {
#if OS_MACOSX
  return fml::MakeRefCounted<MessageLoopDarwin>();
#elif OS_ANDROID
  return fml::MakeRefCounted<MessageLoopAndroid>();
#elif OS_FUCHSIA
  return fml::MakeRefCounted<MessageLoopFuchsia>();
#elif OS_LINUX
  return fml::MakeRefCounted<MessageLoopLinux>();
#elif OS_WIN
  return fml::MakeRefCounted<MessageLoopWin>();
#else
  return nullptr;
#endif
}

以MessageLoopAndroid为例,MessageLoopAndroid的父类是MessageLoopImpl。

MessageLoopImpl构造函数

如下:

fml\message_loop_impl.cc

MessageLoopImpl::MessageLoopImpl()
    : task_queue_(MessageLoopTaskQueues::GetInstance()),
      queue_id_(task_queue_->CreateTaskQueue()),
      terminated_(false) {
  task_queue_->SetWakeable(queue_id_, this);
}

这里可以看到MessageLoopImpl创建了消息队列。

fml\platform\android\message_loop_android.cc

MessageLoopAndroid::MessageLoopAndroid(){
    int add_result = ::ALooper_addFd(looper_.get(),          // looper
                               timer_fd_.get(),        // fd
                               ALOOPER_POLL_CALLBACK,  // ident
                               kWakeEvents,            // events
                               read_event_fd,          // callback
                               this                    // baton
  );
}

初始化完成之后,有一个loop.run方法,实际上调用的是对应平台的Run方法:

fml\platform\android\message_loop_android.cc

void MessageLoopAndroid::Run() {
  running_ = true;
  while (running_) {
    int result = ::ALooper_pollOnce(-1,  //infinite timeout
        nullptr,  // out fd,
        nullptr,  // out events,
        nullptr   // out data
    );
  }
}

这里运用了linux的poll机制。

可以看到这里循环等待消息处理。

接下来看看runner = loop.GetTaskRunner()方法,要探究一下这个TaskRunner是怎么初始化的。

再回到MessageLoop构造函数,还是之前贴的代码,可以看到有一行代码,构造函数的初始化成员变量,如下:

fml\message_loop.cc

task_runner_(fml::MakeRefCounted<fml::TaskRunner>(loop_))

这个loop_实际是MessageLoopImpl类型,而GetTaskRunner()方法定义在MessageLoop类中,返回的就是task_runner_。

可见TaskRunner无非就是持有一个loop对象,并将task提交给MessageLoopImpl执行。而从消息队列中取对象执行的时候是在每一个对应的线程中。

2.1.4 Shell::Create

这个方法也很重要,因为在这里我们可以看到他初始化了Engine。

直接看比较重要的两个初始化构造函数:

第一个:

std::unique_ptr<Shell> Shell::Create(){
    auto vm = DartVMRef::Create(settings);
    auto vm_data = vm->GetVMData();
}

在这里启动Dart虚拟机:

DartVMRef DartVMRef::Create(Settings settings,
        fml::RefPtr<DartSnapshot> vm_snapshot,
        fml::RefPtr<DartSnapshot> isolate_snapshot) {
    if (auto vm = gVM.lock()) {
        return DartVMRef{std::move(vm)};
    }
    auto vm = DartVM::Create(std::move(settings),  //
        std::move(vm_snapshot),       //
        std::move(isolate_snapshot),  //
        isolate_name_server           //
    );
    return DartVMRef{std::move(vm)};
}

如果已经存在一个vm的对象就直接返回,否则创建一个:

std::shared_ptr<DartVM> DartVM::Create(){
    auto vm_data = DartVMData::Create(settings, //
        std::move(vm_snapshot),      //
        std::move(isolate_snapshot)  //
  );
    return std::shared_ptr<DartVM>(
        new DartVM(std::move(vm_data), std::move(isolate_name_server)));
}

先创建DartVMData类型对象,看看是怎么创建的:

std::shared_ptr<const DartVMData> DartVMData::Create(
    Settings settings,
    fml::RefPtr<DartSnapshot> vm_snapshot,
    fml::RefPtr<DartSnapshot> isolate_snapshot) {
    if (!vm_snapshot || !vm_snapshot->IsValid()) {
        vm_snapshot = DartSnapshot::VMSnapshotFromSettings(settings);
    }
    if (!isolate_snapshot || !isolate_snapshot->IsValid()) {
        isolate_snapshot = DartSnapshot::IsolateSnapshotFromSettings(settings);
    }
    return std::shared_ptr<const DartVMData>(new DartVMData(
        std::move(settings),         //
        std::move(vm_snapshot),      //
        std::move(isolate_snapshot)  //
    ));
}

这里的代码比较核心,因为我们在应用层写的dart代码能够运行起来,主要依靠这两个对象。一个是跟VM有关的叫core snapshot,一个是与isolate有关的,叫isolate snapshot。 初始化DartVMData工作完成之后,返回他的对象给DartVM。

自此,DartVM对象算是建立起来了,并启动了VM虚拟机。

第二个:

std::unique_ptr<Shell> Shell::Create(){
    fml::AutoResetWaitableEvent latch;
    std::unique_ptr<Shell> shell;
    fml::TaskRunner::RunNowOrPostTask(
    task_runners.GetPlatformTaskRunner(),
    fml::MakeCopyable([&latch,                            //
        vm = std::move(vm),                              //
        &shell,                                          //
        task_runners = std::move(task_runners),          //
        window_data,                                     //
        settings,                                        //
        isolate_snapshot = std::move(isolate_snapshot),  //
        on_create_platform_view,                         //
        on_create_rasterizer                             //
    ]() mutable {
        shell = CreateShellOnPlatformThread(
            std::move(vm),
            std::move(task_runners),      //
            window_data,                  //
            settings,                     //
            std::move(isolate_snapshot),  //
            on_create_platform_view,      //
            on_create_rasterizer          //
        );
        latch.Signal();
      }));
  latch.Wait();
  return shell;
}

AutoResetWaitableEvent其实是一个线程安全的消息同步处理类。当调用Signal方法时表示解除阻塞,返回数据;当调用Wait方法的时候表示阻塞当前消息,等待返回。

这里主要看看CreateShellOnPlatformThread方法:

std::unique_ptr<Shell> Shell::CreateShellOnPlatformThread(){
    auto shell = std::unique_ptr<Shell>(new Shell(std::move(vm), task_runners, settings));
    auto engine_future = engine_promise.get_future();
    fml::TaskRunner::RunNowOrPostTask(
        shell->GetTaskRunners().GetUITaskRunner(),
        fml::MakeCopyable([&engine_promise, //
        shell = shell.get(),                //
        &dispatcher_maker,                  //
        &window_data,                       //
        isolate_snapshot = std::move(isolate_snapshot),  //
        vsync_waiter = std::move(vsync_waiter),          //
        &weak_io_manager_future,                         //
        &snapshot_delegate_future,                       //
        &unref_queue_future                              //
  ]() mutable {
        engine_promise.set_value(std::make_unique<Engine>(
            *shell,                         //
            dispatcher_maker,               //
            *shell->GetDartVM(),            //
            std::move(isolate_snapshot),    //
            task_runners,                   //
            window_data,                    //
            shell->GetSettings(),           //
            std::move(animator),            //
            weak_io_manager_future.get(),   //
            unref_queue_future.get(),       //
            snapshot_delegate_future.get()  //
            ));
      }));
      return shell;
}

到这里可以看到开始对Engine初始化了。看看Engine类的代码注释:

Engine是Shell的一个组件,并通过UI TaskRunner创建。他负责管理根isolate的需求任务以及这些isolate的运行时。Engine只能在UI TaskRunner里面被创建,调用,回收。

flutter应用的根isolate获取窗口的绑定对象,通过这些对象,根isolate可以调度帧,提交视图层级渲染,请求图片解压缩,并将这些图片提交给GPU等。非根isolate不具备以上的那些能力,而是活在VM虚拟机管理的线程池中。

Engine负责根isolate的整个生命周期,当engine被回收的时候,他的所有者(Shell)假设根isolate已经关闭了并且将适合的资源回收,然而一个Engine只能持有一个根isolate单实例,一旦有请求,engine可以将这个根isolate重启。这也是为什么冷启动开发场景被支持的原因。

Engine被初始化创建的时候,根isolate就被创建了,但是并不直接运行起来,只有等到Engine::Run被调用的时候,才会运行起来。

看看Engine的初始化:

shell\common\engine.cc

Engine::Engine(Delegate& delegate,
               const PointerDataDispatcherMaker& dispatcher_maker,
               DartVM& vm,
               fml::RefPtr<const DartSnapshot> isolate_snapshot,
               TaskRunners task_runners,
               const WindowData window_data,
               Settings settings,
               std::unique_ptr<Animator> animator,
               fml::WeakPtr<IOManager> io_manager,
               fml::RefPtr<SkiaUnrefQueue> unref_queue,
               fml::WeakPtr<SnapshotDelegate> snapshot_delegate){
      runtime_controller_ = std::make_unique<RuntimeController>(
      *this,                        // runtime delegate
      &vm,                          // VM
      std::move(isolate_snapshot),  // isolate snapshot
      task_runners_,                // task runners
      std::move(snapshot_delegate),
      std::move(io_manager),                 // io manager
      std::move(unref_queue),                // Skia unref queue
      image_decoder_.GetWeakPtr(),           // image decoder
      settings_.advisory_script_uri,         // advisory script uri
      settings_.advisory_script_entrypoint,  // advisory script entrypoint
      settings_.idle_notification_callback,  // idle notification callback
      window_data,                           // window data
      settings_.isolate_create_callback,     // isolate create callback
      settings_.isolate_shutdown_callback,   // isolate shutdown callback
      settings_.persistent_isolate_data      // persistent isolate data
  );
}

这里RuntimeController被初始化,看看他的构造函数:

runtime\runtime_controller.cc

RuntimeController::RuntimeController(){
auto strong_root_isolate = DartIsolate::CreateRootIsolate(
        vm_->GetVMData()->GetSettings(),  //
        isolate_snapshot_,                //
        task_runners_,                    //
        std::make_unique<Window>(this),   //
        snapshot_delegate_,               //
        io_manager_,                      //
        unref_queue_,                     //
        image_decoder_,                   //
        p_advisory_script_uri,            //
        p_advisory_script_entrypoint,     //
        nullptr,                          //
        isolate_create_callback_,         //
        isolate_shutdown_callback_        //
    ).lock();
}

创建引擎的同时创建根isolate。

runtime\dart_isolate.cc

std::weak_ptr<DartIsolate> DartIsolate::CreateRootIsolate(){
    auto isolate_group_data = std::make_unique<std::shared_ptr<DartIsolateGroupData>>(
        std::shared_ptr<DartIsolateGroupData>(new DartIsolateGroupData(
            settings,                     // settings
            std::move(isolate_snapshot),  // isolate snapshot
            advisory_script_uri,          // advisory URI
            advisory_script_entrypoint,   // advisory entrypoint
            nullptr,                      // child isolate preparer
            isolate_create_callback,      // isolate create callback
            isolate_shutdown_callback     // isolate shutdown callback
    )));

    auto isolate_data = std::make_unique<std::shared_ptr<DartIsolate>>(
        std::shared_ptr<DartIsolate>(new DartIsolate(
            settings,                      // settings
            task_runners,                  // task runners
            std::move(snapshot_delegate),  // snapshot delegate
            std::move(io_manager),         // IO manager
            std::move(unref_queue),        // Skia unref queue
            std::move(image_decoder),      // Image Decoder
            advisory_script_uri,           // advisory URI
            advisory_script_entrypoint,    // advisory entrypoint
            true                           // is_root_isolate
    )));
    DartErrorString error;
    Dart_Isolate vm_isolate = CreateDartIsolateGroup(
        std::move(isolate_group_data),
        std::move(isolate_data), 
        flags, 
        error.error());
    std::shared_ptr<DartIsolate>* root_isolate_data = static_cast<std::shared_ptr<DartIsolate>*>(Dart_IsolateData(vm_isolate));

    (*root_isolate_data)->SetWindow(std::move(window));

    return (*root_isolate_data)->GetWeakIsolatePtr();
}

这里先为DartIsolateGroup创建组数据,然后为DartIsolateGroup创建子DartIsolate。

到这里我们可以看到DartVM,Engine,Shell创建先后关系是:DartVM -> Engine -> RuntimeController -> DartIsolate -> Shell -> AndroidShellHolder。

总结

追溯上述源码总结AndroidShellHolder的构造函数,可以发现最主要的是创建了DartVM,Engine,DartIsolate,Shell四个对象,启动DartVM虚拟机,为上层应用程序被Launch做准备。

2.2 处理SurfaceHolder.Callback回调

先看onSurfaceCreated回调,这个函数最终会调用到FlutterJNI的nativeSurfaceCreated方法,它被注册到了shell\platform\android\platform_view_android_jni.cc文件中的SurfaceCreated的方法:

static void SurfaceCreated(JNIEnv* env,
                           jobject jcaller,
                           jlong shell_holder,
                           jobject jsurface) {
    auto window = fml::MakeRefCounted<AndroidNativeWindow>(ANativeWindow_fromSurface(env, jsurface));
    ANDROID_SHELL_HOLDER->GetPlatformView()->NotifyCreated(std::move(window));
}

这里的ANDROID_SHELL_HOLDER就是2.1.3中初始化的AndroidShellHolder对象,而GetPlatformView()方法获取的是PlatformViewAndroid类型的对象.

2.2.1 PlatformViewAndroid

看看PlatformViewAndroid的NotifyCreated方法:

void PlatformViewAndroid::NotifyCreated(
    fml::RefPtr<AndroidNativeWindow> native_window) {
  if (android_surface_) {
    InstallFirstFrameCallback();

    fml::AutoResetWaitableEvent latch;
    fml::TaskRunner::RunNowOrPostTask(
        task_runners_.GetGPUTaskRunner(),
        [&latch, surface = android_surface_.get(),
         native_window = std::move(native_window)]() {
          surface->SetNativeWindow(native_window);
          latch.Signal();
        });
    latch.Wait();
  }

  PlatformView::NotifyCreated();
}
  • InstallFirstFrameCallback

该方法启动了platform TaskRunner,同时通知java层,第一帧已经渲染好了。最终调用到了shell\platform\android\platform_view_android_jni.cc中的FlutterViewOnFirstFrame方法:

void FlutterViewOnFirstFrame(JNIEnv* env, jobject obj) {
  env->CallVoidMethod(obj, g_on_first_frame_method);
  FML_CHECK(CheckException(env));
}

g_on_first_frame_method对应的其实是java层的onFirstFrame方法,其实是在FlutterJNI方法中:

g_on_first_frame_method = env->GetMethodID(g_flutter_jni_class->obj(), "onFirstFrame", "()V");

看看FlutterJNI中的这个方法:

void onFirstFrame() {
    for (FlutterUiDisplayListener listener : flutterUiDisplayListeners) {
      listener.onFlutterUiDisplayed();
    }
}

这个onFlutterUiDisplayed最终回调给了FlutterNativeView中的flutterUiDisplayListener对象,而他收到消息之后,调用FlutterView的onFirstFrame方法,这个方法中主要做消息分发,谁监听了FirstFrameListener,就分发消息给谁。

其实还是FlutterView自己监听了,只不过是在FlutterActivityDelegate类中完成的,这个实际到第一屏启动页的处理,后面再说。

接下来启动了gpu TaskRunner。

  • PlatformView::NotifyCreated() 看看这个方法:
void PlatformView::NotifyCreated() {
  auto* platform_view = this;
  fml::ManualResetWaitableEvent latch;
  fml::TaskRunner::RunNowOrPostTask(
      task_runners_.GetGPUTaskRunner(), [platform_view, &surface, &latch]() {
        surface = platform_view->CreateRenderingSurface();
        latch.Signal();
      });
  latch.Wait();
  delegate_.OnPlatformViewCreated(std::move(surface));
}

这个delegate_其实是Shell,在AndroidShellHolder的构造函数里面可以得知,看看这个OnPlatformViewCreated方法:

void Shell::OnPlatformViewCreated(std::unique_ptr<Surface> surface) {
    auto ui_task = [engine = engine_->GetWeakPtr(), //
        gpu_task_runner = task_runners_.GetGPUTaskRunner(),  //
        gpu_task, 
        should_post_gpu_task,
        &latch  //
    ] {
        if (engine) {
            engine->OnOutputSurfaceCreated();
        }
    }
    auto io_task = [io_manager = io_manager_->GetWeakPtr(), 
        platform_view,
        ui_task_runner = task_runners_.GetUITaskRunner(),
        ui_task
    ] {
        if (io_manager && !io_manager->GetResourceContext()) {
            io_manager->NotifyResourceContextAvailabl (platform_view->CreateResourceContext());
        }
        // Step 1: Next, post a task on the UI thread to tell the engine that it has
        // an output surface.
        fml::TaskRunner::RunNowOrPostTask(ui_task_runner, ui_task);
    };

    fml::TaskRunner::RunNowOrPostTask(task_runners_.GetIOTaskRunner(), io_task);
}

这里主要是检查资源,以及通知engine可以渲染并输出surface了。

3、启动

3.1 启动flash页面

FlutterView创建成功之后,就开始对lauch页做处理了,就是所说的应用启动开屏第一页。先看看有没有定义launchView,在方法createLaunchView中:

private View createLaunchView() {
    if (!showSplashScreenUntilFirstFrame()) {
        return null;
    }
    final Drawable launchScreenDrawable = getLaunchScreenDrawableFromActivityTheme();
    if (launchScreenDrawable == null) {
        return null;
    }
    final View view = new View(activity);
    view.setLayoutParams(matchParent);
    view.setBackground(launchScreenDrawable);
    return view;
}

showSplashScreenUntilFirstFrame函数先判断第一页的标志位是否打开:

private Boolean showSplashScreenUntilFirstFrame() {
    try {
        ActivityInfo activityInfo = activity.getPackageManager().getActivityInfo(
            activity.getComponentName(),
            PackageManager.GET_META_DATA|PackageManager.GET_ACTIVITIES);
        Bundle metadata = activityInfo.metaData;
        return metadata != null && metadata.getBoolean("io.flutter.app.android.SplashScreenUntilFirstFrame");
    } catch (NameNotFoundException e) {
        return false;
    }
}

也就是说看看当前的Activity在AndroidManifest.xml里面定义的时候,是否定义了这个key = io.flutter.app.android.SplashScreenUntilFirstFrame的metadata,并返回他配置的值,默认返回false。基于这个判断,如果返回true,就进行下一步,否则返回空。

看看下一步怎么获取第一帧的资源:

private Drawable getLaunchScreenDrawableFromActivityTheme() {
    TypedValue typedValue = new TypedValue();
    if (!activity.getTheme().resolveAttribute(
        android.R.attr.windowBackground,
        typedValue,
        true)) {
        return null;
    }
    if (typedValue.resourceId == 0) {
        return null;
    }
    try {
        return activity.getResources().getDrawable(typedValue.resourceId);
    } catch (NotFoundException e) {
        Log.e(TAG, "Referenced launch screen windowBackground resource does not exist");
        return null;
    }
}

从这里看到,先判断我们的Activity在AndroidManifest.xml里面定义的Theme,从这个theme里面获取windowBackground标签的值给到typedValue。如果资源id有效,就给到Drawable,返回Drawable对象。

最后把这个Drawable对象设置成View的背景返回就行了。

lauchView不为空,接下来addLaunchView:

private void addLaunchView() {
    if (launchView == null) {
        return;
    }

    activity.addContentView(launchView, matchParent);
    flutterView.addFirstFrameListener(new FlutterView.FirstFrameListener() {
        @Override
        public void onFirstFrame() {
            FlutterActivityDelegate.this.launchView.animate()
                .alpha(0f)
                .setListener(new AnimatorListenerAdapter() {
                    @Override
                    public void onAnimationEnd(Animator animation) {
                        ((ViewGroup) FlutterActivityDelegate.this.launchView.getParent())
                            .removeView(FlutterActivityDelegate.this.launchView);
                        FlutterActivityDelegate.this.launchView = null;
                    }
                });

            FlutterActivityDelegate.this.flutterView.removeFirstFrameListener(this);
        }
    });
    activity.setTheme(android.R.style.Theme_Black_NoTitleBar);
}

先将launchView添加到最顶层,然后设置第一帧的监听,当第一帧渲染完毕之后,就对launchView做一个透明度的动画,动画执行完毕之后,将launchView移除,并移除第一帧的监听。

3.2 启动dart代码

加下来就会运行runBundle函数:

/io/flutter/app/FlutterActivityDelegate.java

public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    String appBundlePath = FlutterMain.findAppBundlePath();
    if (appBundlePath != null) {
        runBundle(appBundlePath);
    }
}
private void runBundle(String appBundlePath) {
    if (!flutterView.getFlutterNativeView().isApplicationRunning()) {
        FlutterRunArguments args = new FlutterRunArguments();
        args.bundlePath = appBundlePath;
        args.entrypoint = "main";
        flutterView.runFromBundle(args);
    }
}

appBundlePath对应的flutter_assets,entrypoint对应的入口名称,就是main.dart。

看看runFromBundle函数最终调用到了哪里:

io\flutter\view\FlutterNativeView.java

    public void runFromBundle(FlutterRunArguments args) {
    mFlutterJNI.runBundleAndSnapshotFromLibrary(
        args.bundlePath,
        args.entrypoint,
        args.libraryPath,
        mContext.getResources().getAssets()
    );

    applicationIsRunning = true;
}

到这里就通过FlutterJNI调用到了runBundleAndSnapshotFromLibrary:

io\flutter\embedding\engine\FlutterJNI.java

public void runBundleAndSnapshotFromLibrary(
      @NonNull String bundlePath,
      @Nullable String entrypointFunctionName,
      @Nullable String pathToEntrypointFunction,
      @NonNull AssetManager assetManager
  ) {
    nativeRunBundleAndSnapshotFromLibrary(
        nativePlatformViewId,
        bundlePath,
        entrypointFunctionName,
        pathToEntrypointFunction,
        assetManager
    );
}

最终到了native层:

shell\platform\android\platform_view_android_jni.cc

static void RunBundleAndSnapshotFromLibrary(){
    RunConfiguration config(std::move(isolate_configuration), std::move(asset_manager));
    {
        auto entrypoint = fml::jni::JavaStringToString(env, jEntrypoint);
        auto libraryUrl = fml::jni::JavaStringToString(env, jLibraryUrl);
        if ((entrypoint.size() > 0) && (libraryUrl.size() > 0)) {
            config.SetEntrypointAndLibrary(std::move(entrypoint), std::move(libraryUrl));
        } else if (entrypoint.size() > 0) {
            config.SetEntrypoint(std::move(entrypoint));
        }
    }

    ANDROID_SHELL_HOLDER->Launch(std::move(config));
}

看看Launch函数:

shell\platform\android\android_shell_holder.cc

void AndroidShellHolder::Launch(RunConfiguration config) {
  shell_->RunEngine(std::move(config));
}

最终调用的地方在Shell.cc里面:

shell\common\shell.cc

void Shell::RunEngine(){
    fml::TaskRunner::RunNowOrPostTask(
    task_runners_.GetUITaskRunner(),
    fml::MakeCopyable(
      [run_configuration = std::move(run_configuration),
       weak_engine = weak_engine_, result]() mutable {
        auto run_result = weak_engine->Run(std::move(run_configuration));
        result(run_result);
    }));
}

到这里,可以看到要启动引擎了:

shell\common\engine.cc

Engine::RunStatus Engine::Run(RunConfiguration configuration) {
    auto isolate_launch_status = PrepareAndLaunchIsolate(std::move(configuration));
    std::shared_ptr<DartIsolate> isolate = runtime_controller_->GetRootIsolate().lock();
    bool isolate_running = isolate && isolate->GetPhase() == DartIsolate::Phase::Running;
    return isolate_running ? Engine::RunStatus::Success : Engine::RunStatus::Failure;
}

之前有说过根isolate的启动,是在engine启动的时候才开始启动,现在看看怎么启动isolate的:

shell\common\engine.cc

Engine::RunStatus Engine::PrepareAndLaunchIsolate(){
    std::shared_ptr<DartIsolate> isolate = runtime_controller_->GetRootIsolate().lock();
    if (!isolate_configuration->PrepareIsolate(*isolate)) {
        return RunStatus::Failure;
    }
    if (!isolate->RunFromLibrary(configuration.GetEntrypointLibrary(), configuration.GetEntrypoint(), settings_.dart_entrypoint_args)) {
        FML_LOG(ERROR) << "Could not run the isolate.";
        return RunStatus::Failure;
    }
    return RunStatus::Success;
}

先获取isolate对象,然后运行RunFromLibrary方法:

runtime\dart_isolate.cc

[[nodiscard]] bool DartIsolate::RunFromLibrary(){
    auto user_entrypoint_function = Dart_GetField(Dart_LookupLibrary(tonic::ToDart(library_name.c_str())), tonic::ToDart(entrypoint_name.c_str()));
    auto entrypoint_args = tonic::ToDart(args);
    if (!InvokeMainEntrypoint(user_entrypoint_function, entrypoint_args)) {
        return false;
    }
    phase_ = Phase::Running;
    if (on_run) {
        on_run();
    }
    return true;
}

Dart_GetField的目的是在我们的dart代码中目录lib中查找main.dart文件,然后调用InvokeMainEntrypoint函数执行里面的main方法:

runtime\dart_isolate.cc

[[nodiscard]] static bool InvokeMainEntrypoint(){
    Dart_Handle start_main_isolate_function = tonic::DartInvokeField(Dart_LookupLibrary(tonic::ToDart("dart:isolate")),
        "_getStartMainIsolateFunction", {});
    if (tonic::LogIfError(tonic::DartInvokeField(
        Dart_LookupLibrary(tonic::ToDart("dart:ui")),
            "_runMainZoned",{start_main_isolate_function,
        user_entrypoint_function, 
        args}))) {
        return false;
    }
    return true;
}

看看_runMainZoned方法:

lib\ui\hooks.dart

void _runMainZoned(Function startMainIsolateFunction,
                   Function userMainFunction,
                   List<String> args) {
    startMainIsolateFunction((){
        runZonedGuarded<void>(() {
            userMainFunction();
        }, (Object error, StackTrace stackTrace) {
        });
  }, null);    
}

最终调用的还是用户的main函数,就是我们一开始传递过去entrypoint值。

4、Isolate

看看DartIsolate这个类的注释:

他代表了一个活着的isolate示例。一个isolate是一个独立的Dart可执行上下文。不同的isolate不共享内存,并能够被Dart VM虚拟机管理的工作线程池中的某一个Dart VM虚拟机同时调度。

Dart VM虚拟机控制着Dart isolate的整个生命周期,正因为如此,引擎从来不会在一段很长的时间段内持有Dart VM虚拟机的强指针,这样就允许Dart VM虚拟机或isolate本身去中断Dart的执行但并不影响引擎运行。

那些引擎创建的isolate看起来像是代表了UI绑定的Flutter应用程序代码被称作底层(root)isolate。

根isolate有以下特性:

  • 根isolate创建了一个新的isolate组,子isolate被添加到这个组里面,当根isolate死了,那么组里面所有的子isolate将会被中断。
  • 只有根isolate能够获取UI绑定
  • 根isolate在引擎管理的线程上执行他们的代码,而其他的isolate则在引擎无法控制的被Dart VM虚拟机管理的工作线程池上运行他们的Dart代码
  • 正因为引擎不知道非根isolate运行在哪个线程,所以引擎也没有机会去获取一个非根部isolate的引用,而这些非根isolate只能被他们自己中断或当他们的isolate组被销毁的时候而中断。

下面看看native层的调用流程图:

图片原地址:https://ftp.bmp.ovh/imgs/2020/04/baef9752ad881735.jpg

再看看Engine,Dart VM,Isolate之间的关系:

原图片地址https://ftp.bmp.ovh/imgs/2020/04/9c7add234ca0464b.jpg

Shell从四个Thread中获取到了四个Thread对应的TaskRunner,而TaskRunner中实际上是MessageLoopImpl在干活,从消息队列中取出消息处理。

https://github.com/flutter/flutter/wiki/The-Engine-architecture

比较特殊的是,Engine是在UI TaskRunner里面新建并运行,在创建的过程中一并创建了Dart VM和Root Isolate,我们上层写的dart代码也是运行在这个TaskRunner里面。不同的是,当传递图片到GPU,画面帧渲染的时候使用的是GPU TaskRunner,而一些IO操作比如从assets里面读取文件等则是在IO TaskRunner里面去执行。IO与GPU交互频繁,为了性能,IO TaskRunner 设置了一个特殊的上下文在一个相同的共享组里面,并将他作为GPU TaskRunner的主要上下文。

上述这些操作都是通过DartVM调度Isolate去实现的,目前Google在Android平台上TaskRunner的策略是,一个Engine实例创建一个UI TaskRunner,一个IO TaskRunner,一个GPU TaskRunner,所有的Engine实例共享一个Platform TaskRunner和他的Thread。