pthread异步_探索 Flutter 异步消息的实现
本文作者:赵旭阳
字节跳动资深工程师
一、简介
我们在进行 Android 开发的时候,会通过创建一个 Handler 并调用其 sendMessage 或 Post 方法来进行异步消息调用,其背后涉及到了三个面试经常被问的类:Handler,Looper,MessageQueue,内部原理我想做过 Android 开发的基本都了解。
Flutter 使用 dart 开发,其也有类似的异步消息机制,具体参见这篇文章:https://dart.dev/articles/archive/event-loop,按这个文章的说法,在 Dart 应用中有一个事件循环(message loop)和两个队列(Event queue 和 Microtask queue)。
Event queue : 包含了所有的外部事件:I/O,鼠标点击,绘制,定时器,Dart isolate 的消息等,其实这块又根据消息的优先级细分成了两个队列,后面会有介绍。
Microtask queue :事件处理代码有时需要在当前 event 之后,且在下一个 event 之前做一些任务。
两种队列的消息处理流程大致如图所示:
dart 提供了 dart:async 库来对这两个队列进行操作,主要是如下两个API:
Future 类,创建一个定时器事件到 Event queue 尾部。
scheduleMicrotask() 方法,添加一个事件到 Microtask queue 尾部
下面将会分析这两个 API 背后的实现,涉及的是 flutter engine 的源码,可以参考官方的 wiki 来下载:
https://github.com/flutter/flutter/wiki/Setting-up-the-Engine-development-environment。
二、初始化
1. 创建 MessageLoop
在启动 Flutter 的时候,引擎会额外创建三个线程:UI Thread,IO Thread, GPU Thread,并为每个线程都创建一个 MessageLoop,之后各个线程就进入的消息循环的状态,等待新的消息来处理,具体流程如下:
/src/flutter/shell/platform/android/android_shell_holder.cc
ThreadHost thread_host_; AndroidShellHolder::AndroidShellHolder( flutter::Settings settings, fml::jni::JavaObjectWeakGlobalRef java_object, bool is_background_view) : settings_(std::move(settings)), java_object_(java_object) {...... if (is_background_view) { thread_host_ = {thread_label, ThreadHost::Type::UI}; } else { // 创建三个线程 thread_host_ = {thread_label, ThreadHost::Type::UI | ThreadHost::Type::GPU | ThreadHost::Type::IO}; }......}
进一步分析 ThreadHost 的创建,最后来到了创建 Thread,每个 Thread 都会创建一个 MessageLoop 并获取其 TaskRunner,TaskRunner 是用来外部向 MessageLoop 中 Post Task 的。顺带说一下,在 Android 上 MessageLoop 的实现还是使用的系统自身的 Looper 机制,这里是通过 NDK 的 ALooper 相关接口来实现的。具体代码如下:
/src/flutter/fml/thread.cc
Thread::Thread(const std::string& name) : joined_(false) { fml::AutoResetWaitableEvent latch; fml::RefPtr<:taskrunner> runner; thread_ = std::make_unique<:thread>([&latch, &runner, name]() -> void { SetCurrentThreadName(name);// 创建 MessageLoop fml::MessageLoop::EnsureInitializedForCurrentThread(); auto& loop = MessageLoop::GetCurrent();// 获取 TaskRunner runner = loop.GetTaskRunner(); latch.Signal(); loop.Run(); }); latch.Wait(); task_runner_ = runner;}
MessageLoop 创建好后,我们就可以通过 TaskRunner 向其发送 Task 了,这里需要注意 MessageLoop 执行的 Task 仅是一个 无参的闭包 。类似这样:
auto jni_exit_task([key = thread_destruct_key_]() { FML_CHECK(pthread_setspecific(key, reinterpret_cast<void*>(1)) == 0);});thread_host_.ui_thread->GetTaskRunner()->PostTask(jni_exit_task);
2. 创建 Root Isolate
在 dart 语言中是没有线程的,而是使用类似于线程但相互之间不共享堆内存的 isolate,代表一个独立的 dart 程序执行环境。同样 Flutter 的 dart 代码是运行在一个叫 root isolate 的 isolate 中,下面简要列下 root isolate 的创建过程。
a.启动 dart vm
这个步骤的具体流程,大家可以顺着 /engine-v1.5.4/src/flutter/runtime/dart_vm.cc 中的 DartVM 构造方法去跟进分析。在 dart vm 启动过程中会创建 vm isolate 和 PortMap,这两个的具体作用下面有介绍。
b.创建 root isolate
root isolate 是在 UI 线程中创建的,具体流程见 /src/flutter/runtime/dart_isolate.cc 的 CreateRootIsolate 方法。由于 isolate 是对当前线程执行环境的一个抽象表示,所以其内部存储了很多信息,对于异步消息这块有四个关键的信息是需要注意的。
下面三个字段是定义在 dart vm 层的 Isolate 类中,具体见 /src/third_party/dart/runtime/vm/isolate.h。
main_port :可以看做该 isolate 的标识,是一个整数;
message_handler :顾名思义,用来管理每个 isolate 的 Event queue,其内部根据 message 的优先级将消息分为了两个队列:普通优先级的 queue 和 OOB 优先级的 oob_queue。了解 TCP 协议的应该了解 TCP 中有带外数据(即优先数据),isolate 的 OOB 优先级也是类似的意思,OOB 优先级的消息会被优先处理,目前看到有这么几种 OOB 消息:
// 这些主要和 isolate 的生命周期相关kPauseMsg = 1,kResumeMsg = 2,kPingMsg = 3,kKillMsg = 4,kAddExitMsg = 5,kDelExitMsg = 6,kAddErrorMsg = 7,kDelErrorMsg = 8,kErrorFatalMsg = 9,// 可以注意下 kLowMemoryMsg ,如果有大量 OOB 怀疑是内存不够了kInterruptMsg = 10, // Break in the debugger.kInternalKillMsg = 11, // Like kill, but does not run exit listeners, etc.kLowMemoryMsg = 12, // Run compactor, etc.kDrainServiceExtensionsMsg = 13, // Invoke pending service extensions
message_notify_callback :message_handler 收到消息后会调用该变量指向的函数去处理;
Flutter 引擎层会对 dart vm 的 isolate 实例做一层包装( DartIsolate 类),其内部定义了:
microtask_queue: 用来存储 microtask 消息,可见在 Flutter 引擎中,Microtask queue 并不是由 dart vm 层来管理的
前面已经说过 isolate 之间是不能直接互相访问,如图:
可以看出 isolate 之间是共享 vm isolate 的堆内存区域的,有点类似于操作系统的内核空间,vm isolate 的堆内存存储了 dart vm 内部的核心数据(内置类,内置对象)。除了 vm isolate,不同 isolate 之间的堆内存是不能直接访问的,为此 dart vm 提供了 isolate 之间的通信机制,负责通信路由的大管家就是 PortMap,其内部实现就是一张 Hash 表,Key 为 isolate 的 main_port,Value 为 isolate 的 message_handler。
三、创建 Future
使用 dart 开发一定会用到 Future,当我们通过 Future 构造方法创建一个实例的时候,就会创建一个定时器消息到 Event queue,下面我们将分析这个流程。整体架构图:
1. dart 层创建 Future
创建 Future 的时候,内部会通过 Timer 构造一个定时器,具体代码如下:
/src/out/host_release/dart-sdk/lib/async/future.dart
factory Future(FutureOr computation()) { _Future result = new _Future(); Timer.run(() {try { result._complete(computation()); } catch (e, s) { _completeWithErrorCallback(result, e, s); } });return result;}
跟进 Timer 的实现,具体代码如下:
/src/out/host_release/dart-sdk/lib/async/timer.dart
static void run(void callback()) { new Timer(Duration.zero, callback);}
factory Timer(Duration duration, void callback()) { if (Zone.current == Zone.root) { return Zone.current.createTimer(duration, callback); }......}
这里假定 duration == Duration.zero,Zone.current == Zone.root ,进而到 rootZone 的 createTimer 方法,里面又调用了 Timer 的 _createTimer 方法:
/src/out/host_release/dart-sdk/lib/async/zone.dart
class _RootZone extends _Zone {...... Timer createTimer(Duration duration, void f()) { return Timer._createTimer(duration, f); }......}
/src/out/host_release/dart-sdk/lib/async/timer.dart
external static Timer _createTimer(Duration duration, void callback());
可以看到 _createTimer 方法是个 external 的,按照 dart 语言的规范,external 方法的实现都在对应的 patch 文件中( timer_patch.dart),内部通过 _TimerFactory._factory 来创建 Timer,具体代码如下:
/src/third_party/dart/runtime/lib/timer_patch.dart
@patchclass Timer {...... @patch static Timer _createTimer(Duration duration, void callback()) { if (_TimerFactory._factory == null) { _TimerFactory._factory = VMLibraryHooks.timerFactory; }...... int milliseconds = duration.inMilliseconds; if (milliseconds 0) milliseconds = 0; // 注意此处将外部的 callback 又包了一层 return _TimerFactory._factory(milliseconds, (_) { callback(); }, false); }......}
通过上面的代码,我们知道 _TimerFactory._factory = VMLibraryHooks.timerFactory, VMLibraryHooks.timerFactory 又是在 root isolate 初始化时通过调用 _setupHooks 方法设置的,具体代码如下:
/src/third_party/dart/runtime/lib/timer_impl.dart
@pragma("vm:entry-point", "call")_setupHooks() { VMLibraryHooks.timerFactory = _Timer._factory;}// VMLibraryHooks.timerFactory 指向的该方法// 我们假设创建的是非 repeating 消息,并且 milliSeconds 为 0static Timer _factory( int milliSeconds, void callback(Timer timer), bool repeating) {...... return new _Timer(milliSeconds, callback); }}
factory _Timer(int milliSeconds, void callback(Timer timer)) { return _createTimer(callback, milliSeconds, false);}// 创建一个 Timer 实例并调用 _enqueue 将其加入到队列static Timer _createTimer( void callback(Timer timer), int milliSeconds, bool repeating) {...... _Timer timer = new _Timer._internal(callback, wakeupTime, milliSeconds, repeating); timer._enqueue(); return timer;}
_Timer._internal( this._callback, this._wakeupTime, this._milliSeconds, this._repeating) : _id = _nextId();
// 这里 _milliSeconds == 0,会向 ZeroTimer 队列插入消息,然后调用 _notifyZeroHandlervoid _enqueue() { if (_milliSeconds == 0) { if (_firstZeroTimer == null) { _lastZeroTimer = this; _firstZeroTimer = this; } else { _lastZeroTimer._indexOrNext = this; _lastZeroTimer = this; } // Every zero timer gets its own event. _notifyZeroHandler(); } else { ...... // 延迟消息这里先不分析 }}
折腾了一大圈,最后只是构造了一个 _Timer 实例并把其加入到 ZeroTimer 队列中,如果是延迟消息则会加入到 TimeoutTimerHeap 中,最后调用 _notifyZeroHandler 方法, 其主要做如下操作:
创建 RawReceivePort 并设置一个叫 _handleMessage 方法做为引擎层的回调方法
向引擎层 Event queue 发送一个普通优先级的 _ZERO_EVENT ,引擎层处理该消息的时候会最终回调到上面设置的 _handleMessage 方法。
具体代码如下:
/src/third_party/dart/runtime/lib/timer_impl.dart
static void _notifyZeroHandler() { if (_sendPort == null) { _createTimerHandler(); }// 底层会调到 PortMap 的 PostMessage 方法,进而唤醒消息处理,后面会分析这个流程 _sendPort.send(_ZERO_EVENT);}// 创建和引擎层通信的 RawReceivePort,并设置引擎层的回调方法 _handleMessagestatic void _createTimerHandler() { assert(_receivePort == null); assert(_sendPort == null); _receivePort = new RawReceivePort(_handleMessage); _sendPort = _receivePort.sendPort; _scheduledWakeupTime = null;}
/src/third_party/dart/runtime/lib/isolate_patch.dart
@patchclass RawReceivePort { @patch factory RawReceivePort([Function handler]) { _RawReceivePortImpl result = new _RawReceivePortImpl(); result.handler = handler; return result; }}
// 最终将回调设置到 _RawReceivePortImpl 的 _handlerMap 中,引擎层会从这个 map 寻找消息的 handler@pragma("vm:entry-point")class _RawReceivePortImpl implements RawReceivePort { void set handler(Function value) { _handlerMap[this._get_id()] = value; }}
_handleMessage 回调方法会收集 Timer 并执行,具体代码实现如下:
/src/third_party/dart/runtime/lib/timer_impl.dart
static void _handleMessage(msg) { var pendingTimers; if (msg == _ZERO_EVENT) { // 找到所有的待处理 Timers pendingTimers = _queueFromZeroEvent(); assert(pendingTimers.length > 0); } else { ...... // 延时消息这里不分析 }// 处理Timer,即调用设置的 callback _runTimers(pendingTimers);......}
2. 向 Event Queue 发送消息
前面说到 RawReceiverPort 会向引擎层 Event queue 发送一个 _ZERO_EVENT ,其内部是通过调用 PortMap 的 PostMessage 方法将消息发送到 Event queue,该方法首先会根据接收方的 port id 找到对应的 message_handler,然后将消息根据优先级保存到相应的 queue 中,最后唤醒 message_notify_callback 回调函数 ,具体代码如下:
/src/third_party/dart/runtime/vm/port.cc
bool PortMap::PostMessage(Message* message, bool before_events) { ...... intptr_t index = FindPort(message->dest_port()); ...... MessageHandler* handler = map_[index].handler; ...... handler->PostMessage(message, before_events); return true;}
/src/third_party/dart/runtime/vm/message_handler.cc
void MessageHandler::PostMessage(Message* message, bool before_events) { Message::Priority saved_priority; bool task_running = true; ...... // 根据消息优先级进入不同的队列 if (message->IsOOB()) { oob_queue_->Enqueue(message, before_events); } else { queue_->Enqueue(message, before_events); } ......//唤醒并处理消息 MessageNotify(saved_priority);}
/src/third_party/dart/runtime/vm/isolate.cc
void IsolateMessageHandler::MessageNotify(Message::Priority priority) { if (priority >= Message::kOOBPriority) { I->ScheduleInterrupts(Thread::kMessageInterrupt); }// 最后调用的 message_notify_callback 所指向的函数 Dart_MessageNotifyCallback callback = I->message_notify_callback(); if (callback) { (*callback)(Api::CastIsolate(I)); }}
3. Event Queue 消息处理
前面消息已经发送成功并调用了消息处理唤醒的操作,下面我们需要知道 message_notify_callback 所指向的函数的实现, root isolate 在初始化时会设置该变量,具体代码如下:
/src/flutter/runtime/dart_isolate.cc
bool DartIsolate::Initialize(Dart_Isolate dart_isolate, bool is_root_isolate) { ...... // 设置 message handler 的 task runner 为 UI Task Runner SetMessageHandlingTaskRunner(GetTaskRunners().GetUITaskRunner(), is_root_isolate); ...... return true;}void DartIsolate::SetMessageHandlingTaskRunner( fml::RefPtr<:taskrunner> runner,bool is_root_isolate) { ...... message_handler().Initialize( [runner](std::function<void()> task) { runner->PostTask(task); });}
进一步跟进分析发现通过 Dart_SetMessageNotifyCallback 将 root isolate 的 message_notify_callback 设置为 MessageNotifyCallback 方法,具体代码如下:
/src/third_party/tonic/dart_message_handler.cc
void DartMessageHandler::Initialize(TaskDispatcher dispatcher) { TONIC_CHECK(!task_dispatcher_ && dispatcher); task_dispatcher_ = dispatcher; Dart_SetMessageNotifyCallback(MessageNotifyCallback);}
MessageNotifyCallback 会在 Event queue 收到消息后执行,但其执行过程中并没有拿到 Event queue 中的消息,而是往 UI Thread 的 MessageLoop Post 了一个 Task 闭包,这个 Task 闭包会通过调用 Dart_HandleMessage 来处理 Event queue 中的消息,具体代码流程如下:
/src/third_party/tonic/dart_message_handler.cc
void DartMessageHandler::MessageNotifyCallback(Dart_Isolate dest_isolate) { auto dart_state = DartState::From(dest_isolate); TONIC_CHECK(dart_state); dart_state->message_handler().OnMessage(dart_state);}
void DartMessageHandler::OnMessage(DartState* dart_state) { auto task_dispatcher_ = dart_state->message_handler().task_dispatcher_; // 往 ui 线程 MessageLoop Post 了一个 Task auto weak_dart_state = dart_state->GetWeakPtr(); task_dispatcher_([weak_dart_state]() { if (auto dart_state = weak_dart_state.lock()) { dart_state->message_handler().OnHandleMessage(dart_state.get()); } });}
void DartMessageHandler::OnHandleMessage(DartState* dart_state) { ...... if (Dart_IsPausedOnStart()) { ...... } else if (Dart_IsPausedOnExit()) { ...... } else { // 调用 Dart_HandleMessage 方法处理消息 result = Dart_HandleMessage(); ...... } ......}
Dart_HandleMessage 的实现很简单,只是调用 message_handler 的 HandleNextMessage 方法,具体代码实现如下:
/src/third_party/dart/runtime/vm/dart_api_impl.cc
DART_EXPORT Dart_Handle Dart_HandleMessage() {...... if (I->message_handler()->HandleNextMessage() != MessageHandler::kOK) { return Api::NewHandle(T, T->StealStickyError()); } return Api::Success();}
我们进一步跟进 HandleNextMessage 方法的实现,最终来到如下代码:
/src/third_party/dart/runtime/vm/message_handler.cc
// 依次遍历 message_handler 的消息队列,对每个消息进程处理MessageHandler::MessageStatus MessageHandler::HandleMessages( MonitorLocker* ml, bool allow_normal_messages, bool allow_multiple_normal_messages) {...... Message* message = DequeueMessage(min_priority); while (message != NULL) { ...... MessageStatus status = HandleMessage(message); ...... message = DequeueMessage(min_priority); } return max_status;}
// 取消息的时候会优先处理 OOB MessageMessage* MessageHandler::DequeueMessage(Message::Priority min_priority) { Message* message = oob_queue_->Dequeue(); if ((message == NULL) && (min_priority message = queue_->Dequeue(); } return message;}
每个消息的处理都是在 HandleMessage 方法中,该方法会根据不同的消息优先级做相应的处理,具体代码如下:
/src/third_party/dart/runtime/vm/isolate.cc
MessageHandler::MessageStatus IsolateMessageHandler::HandleMessage( Message* message) {...... Object& msg_handler = Object::Handle(zone);// 非 OOB 消息,需要获取 dart 层的 handler 函数 if (!message->IsOOB() && (message->dest_port() != Message::kIllegalPort)) { msg_handler = DartLibraryCalls::LookupHandler(message->dest_port()); ...... }...... MessageStatus status = kOK; if (message->IsOOB()) { // 处理 OOB 消息,详细实现可自己看代码,这里不分析OOB消息 ...... } else if (message->dest_port() == Message::kIllegalPort) { ...... } else { ...... // 调用前面找到的 msg_handler 来处理普通消息 const Object& result = Object::Handle(zone, DartLibraryCalls::HandleMessage(msg_handler, msg)); ...... } delete message; return status;}
这里我们主要看普通消息的处理逻辑,首先会通过调用 DartLibraryCalls::LookupHandler 方法来从 dart 层寻找相应的 handler 函数,然后通过 DartLibraryCalls::HandleMessage 执行相应的处理函数,具体实现代码如下:
/src/third_party/dart/runtime/vm/dart_entry.cc
RawObject* DartLibraryCalls::LookupHandler(Dart_Port port_id) { Thread* thread = Thread::Current(); Zone* zone = thread->zone(); Function& function = Function::Handle( zone, thread->isolate()->object_store()->lookup_port_handler()); const int kTypeArgsLen = 0; const int kNumArguments = 1;// 如果没有消息处理方法,则进行查找,最终找到的是 RawReceivePortImpl 的 _lookupHandler 方法。 if (function.IsNull()) { Library& isolate_lib = Library::Handle(zone, Library::IsolateLibrary()); ASSERT(!isolate_lib.IsNull()); const String& class_name = String::Handle( zone, isolate_lib.PrivateName(Symbols::_RawReceivePortImpl())); const String& function_name = String::Handle( zone, isolate_lib.PrivateName(Symbols::_lookupHandler())); function = Resolver::ResolveStatic(isolate_lib, class_name, function_name, kTypeArgsLen, kNumArguments, Object::empty_array()); ASSERT(!function.IsNull()); thread->isolate()->object_store()->set_lookup_port_handler(function); }// 执行消息处理函数 const Array& args = Array::Handle(zone, Array::New(kNumArguments)); args.SetAt(0, Integer::Handle(zone, Integer::New(port_id))); const Object& result = Object::Handle(zone, DartEntry::InvokeFunction(function, args)); return result.raw();}
最终执行的是 RawReceivePortImpl 的 _lookupHandler 方法,在前面在创建 Future 的时候我们已经设置 _handleMessage 到 _handlerMap 中,_lookupHandler 方法会从 _handlerMap 中找到设置的回调方法,最后执行回调方法。具体代码如下:
/src/third_party/dart/runtime/lib/isolate_patch.dart
@pragma("vm:entry-point")class _RawReceivePortImpl implements RawReceivePort { ...... // Called from the VM to retrieve the handler for a message. @pragma("vm:entry-point", "call") static _lookupHandler(int id) { var result = _handlerMap[id]; return result; }......}
Future 的创建到这就分析完了,整个过程涉及到了 EventQueue 的消息收发。
上面主要分析了非延迟消息的处理,如果是延迟的 Timer 会怎么处理呢?这里简单提一下,在 dart vm 内部还有个 EventHandler 线程,如果是延迟消息则会通过管道向这个线程写入延迟数据,这个线程会负责延迟计数,到时间了就往引擎层 Post 唤醒消息,具体代码可参见/src/third_party/dart/runtime/bin/eventhandler.cc,这里就不再赘述,感兴趣的可以自行分析。
至此,通过分析 Future 我们已经把 Event Queue 的消息处理流程了解了。
四、Microtask
1. 向 Microtask queue 发送消息
假设 Zone. current 为 rootZone, 直接看 scheduleMicrotask 方法的实现:
/src/third_party/dart/sdk/lib/async/schedule_microtask.dart
void scheduleMicrotask(void callback()) { _Zone currentZone = Zone.current; if (identical(_rootZone, currentZone)) { _rootScheduleMicrotask(null, null, _rootZone, callback); return; }......}
跟进 _rootScheduleMicrotask 方法的实现,最终来到 _scheduleAsyncCallback 方法,该方法做了两件事情:
将传入的 callback 加入 callback 队列
将 _startMicrotaskLoop 作为闭包参数调用 _AsyncRun._scheduleImmediate 方法,_startMicrotaskLoop 中会依次执行 callback 队列保存的回调。
具体代码如下:
/src/third_party/dart/sdk/lib/async/schedule_microtask.dart
void _scheduleAsyncCallback(_AsyncCallback callback) { _AsyncCallbackEntry newEntry = new _AsyncCallbackEntry(callback); if (_nextCallback == null) { _nextCallback = _lastCallback = newEntry; if (!_isInCallbackLoop) { _AsyncRun._scheduleImmediate(_startMicrotaskLoop); } } else { _lastCallback.next = newEntry; _lastCallback = newEntry; }}// 该方法被作为回调设置到引擎,会在处理所有的 Microtask 的时候执行 void _startMicrotaskLoop() { _isInCallbackLoop = true; try { _microtaskLoop(); } finally { _lastPriorityCallback = null; _isInCallbackLoop = false; if (_nextCallback != null) { _AsyncRun._scheduleImmediate(_startMicrotaskLoop); } }}
class _AsyncRun { external static void _scheduleImmediate(void callback());}
根据前面的经验,会在对应的 patch 文件中找到 _AsyncRun._scheduleImmediate 的实现,其内部调用了 _ScheduleImmediate._closure 指向的方法。
具体代码如下:
/src/third_party/dart/runtime/lib/schedule_microtask_patch.dart
@patchclass _AsyncRun { @patch static void _scheduleImmediate(void callback()) { if (_ScheduleImmediate._closure == null) { throw new UnsupportedError("Microtasks are not supported"); } _ScheduleImmediate._closure(callback); }}// 通过该方法设置 _ScheduleImmediate._closure@pragma("vm:entry-point", "call")void _setScheduleImmediateClosure(_ScheduleImmediateClosure closure) { _ScheduleImmediate._closure = closure;}
那么 _ScheduleImmediate._closure 指向的是什么呢?我们需要找到 _setScheduleImmediateClosure 的调用方。root isolate 初始化时会执行一系列的 vm hook 调用,我们从中找到了 _setScheduleImmediateClosure 的调用,具体代码如下:
/src/flutter/lib/ui/dart_runtime_hooks.cc
static void InitDartAsync(Dart_Handle builtin_library, bool is_ui_isolate) { Dart_Handle schedule_microtask; if (is_ui_isolate) {// 这里的 builtin_library 是 Flutter 扩展的 ui library schedule_microtask = GetFunction(builtin_library, "_getScheduleMicrotaskClosure"); } else { ...... } Dart_Handle async_library = Dart_LookupLibrary(ToDart("dart:async")); Dart_Handle set_schedule_microtask = ToDart("_setScheduleImmediateClosure"); Dart_Handle result = Dart_Invoke(async_library, set_schedule_microtask, 1, &schedule_microtask); PropagateIfError(result);}
进一步跟进,最终找到了 _ScheduleImmediate._closure 指向的方法,是一个 native 实现的函数,具体代码如下:
/src/flutter/lib/ui/natives.dart
Function _getScheduleMicrotaskClosure() => _scheduleMicrotask;
void _scheduleMicrotask(void callback()) native 'ScheduleMicrotask';
跟进 _scheduleMicrotask 的 native 实现,发现其会把传入的 _startMicrotaskLoop 方法加入到底层的Microtask queue,具体代码如下:
/src/flutter/lib/ui/dart_runtime_hooks.cc
void ScheduleMicrotask(Dart_NativeArguments args) { Dart_Handle closure = Dart_GetNativeArgument(args, 0); UIDartState::Current()->ScheduleMicrotask(closure);}
/src/flutter/lib/ui/ui_dart_state.cc
void UIDartState::ScheduleMicrotask(Dart_Handle closure) { if (tonic::LogIfError(closure) || !Dart_IsClosure(closure)) { return; } microtask_queue_.ScheduleMicrotask(closure);}
2. Microtask queue 消息处理
前面已经将 _startMicrotaskLoop 方法加入到了 Microtask queue ,那么 Microtask queue 内的方法何时执行呢?我们通过跟进 Microtask queue 的 RunMicrotasks 方法的调用方,最终找到 Microtask queue 内方法的执行时机 FlushMicrotasksNow,具体代码如下:
/src/flutter/lib/ui/ui_dart_state.cc
void UIDartState::FlushMicrotasksNow() { microtask_queue_.RunMicrotasks();}
再跟进 FlushMicrotasksNow 方法的调用方,发现有两处调用:
这里是在每一帧开始的时候去执行 Microtask
/src/flutter/lib/ui/window/window.cc
void Window::BeginFrame(fml::TimePoint frameTime) {...... UIDartState::Current()->FlushMicrotasksNow();......}
另外一处调用是通过 TaskObserve 的形式,具体代码如下:
/src/flutter/lib/ui/ui_dart_state.cc
void UIDartState::AddOrRemoveTaskObserver(bool add) {...... if (add) {// 这个 add_callback_ 是啥呢? add_callback_(reinterpret_cast<intptr_t>(this), [this]() { this->FlushMicrotasksNow(); }); } else { remove_callback_(reinterpret_cast<intptr_t>(this)); }}
跟进 add_callback_ 的赋值,这里是android的实现
/src/flutter/shell/platform/android/flutter_main.cc
void FlutterMain::Init(JNIEnv* env, jclass clazz, jobject context, jobjectArray jargs, jstring bundlePath, jstring appStoragePath, jstring engineCachesPath) { ...... settings.task_observer_add = [](intptr_t key, fml::closure callback) { fml::MessageLoop::GetCurrent().AddTaskObserver(key, std::move(callback)); };......}
FlushMicrotasksNow() 是作为 MessageLoop 的 TaskObserver 来执行的, TaskObserver 会在处理完task之后把该 Task 创建的 MicroTask 全部执行,也就是说在下一个 Task 运行前执行。代码如下:
/src/flutter/fml/message_loop_impl.cc
void MessageLoopImpl::FlushTasks(FlushType type) {...... for (const auto& invocation : invocations) { invocation(); for (const auto& observer : task_observers_) { observer.second(); } }}
五、结束
通过前面的分析,Flutter 的异步消息处理流程还是挺复杂的,主要是代码写的比较乱,跳转层次太多,可以通过对整个流程的掌控来寻找UI 线程的优化及监控点,进而降低 UI 线程的处理时间,希望本篇文章让大家对 Flutter 的异步消息的整体处理流程有更深的理解。
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