14.5 图片加载原理与缓存
在本书前面章节已经介绍过Image 组件，并提到Flutter框架对加载过的图片是有缓存的（内存），默认最大缓存数量是1000，最大缓存空间为100M。本节便详细介绍Image的原理及图片缓存机制，下面我们先看看ImageProvider 类。
14.5.1 ImageProvider
我们已经知道Image 组件的image 参数是一个必选参数，它是ImageProvider类型。下面我们便详细介绍一下ImageProvider，ImageProvider是一个抽象类，定义了图片数据获取和加载的相关接口。它的主要职责有两个：
- 提供图片数据源
- 缓存图片
我们看看ImageProvider抽象类的详细定义：
abstract class ImageProvider<T> {
ImageStream resolve(ImageConfiguration configuration) {
// 实现代码省略
}
Future<bool> evict({ ImageCache cache,
ImageConfiguration configuration = ImageConfiguration.empty }) async {
// 实现代码省略
}
Future<T> obtainKey(ImageConfiguration configuration);
@protected
ImageStreamCompleter load(T key); // 需子类实现
}
load(T key)方法
加载图片数据源的接口，不同的数据源的加载方法不同，每个ImageProvider的子类必须实现它。比如NetworkImage类和AssetImage类，它们都是ImageProvider的子类，但它们需要从不同的数据源来加载图片数据：NetworkImage是从网络来加载图片数据，而AssetImage则是从最终的应用包里来加载（加载打到应用安装包里的资源图片）。 我们以NetworkImage为例，看看其load方法的实现：
@override
ImageStreamCompleter load(image_provider.NetworkImage key) {
final StreamController<ImageChunkEvent> chunkEvents = StreamController<ImageChunkEvent>();
return MultiFrameImageStreamCompleter(
codec: _loadAsync(key, chunkEvents), //调用
chunkEvents: chunkEvents.stream,
scale: key.scale,
... //省略无关代码
);
}
我们看到，load方法的返回值类型是ImageStreamCompleter ，它是一个抽象类，定义了管理图片加载过程的一些接口，Image Widget中正是通过它来监听图片加载状态的（我们将在下面介绍Image 原理时详细介绍）。
MultiFrameImageStreamCompleter 是 ImageStreamCompleter的一个子类，是flutter sdk预置的类，通过该类，我们以方便、轻松地创建出一个ImageStreamCompleter实例来做为load方法的返回值。
我们可以看到，MultiFrameImageStreamCompleter 需要一个codec参数，该参数类型为Future<ui.Codec>。Codec 是处理图片编解码的类的一个handler，实际上，它只是一个flutter engine API 的包装类，也就是说图片的编解码逻辑不是在Dart 代码部分实现，而是在flutter engine中实现的。Codec类部分定义如下：
@pragma('vm:entry-point')
class Codec extends NativeFieldWrapperClass2 {
// 此类由flutter engine创建，不应该手动实例化此类或直接继承此类。
@pragma('vm:entry-point')
Codec._();
/// 图片中的帧数(动态图会有多帧)
int get frameCount native 'Codec_frameCount';
/// 动画重复的次数
/// * 0 表示只执行一次
/// * -1 表示循环执行
int get repetitionCount native 'Codec_repetitionCount';
/// 获取下一个动画帧
Future<FrameInfo> getNextFrame() {
return _futurize(_getNextFrame);
}
String _getNextFrame(_Callback<FrameInfo> callback) native 'Codec_getNextFrame';
我们可以看到Codec最终的结果是一个或多个（动图）帧，而这些帧最终会绘制到屏幕上。
MultiFrameImageStreamCompleter 的 codec参数值为_loadAsync方法的返回值，我们继续看_loadAsync方法的实现：
Future<ui.Codec> _loadAsync(
NetworkImage key,
StreamController<ImageChunkEvent> chunkEvents,
) async {
try {
//下载图片
final Uri resolved = Uri.base.resolve(key.url);
final HttpClientRequest request = await _httpClient.getUrl(resolved);
headers?.forEach((String name, String value) {
request.headers.add(name, value);
});
final HttpClientResponse response = await request.close();
if (response.statusCode != HttpStatus.ok)
throw Exception(...);
// 接收图片数据
final Uint8List bytes = await consolidateHttpClientResponseBytes(
response,
onBytesReceived: (int cumulative, int total) {
chunkEvents.add(ImageChunkEvent(
cumulativeBytesLoaded: cumulative,
expectedTotalBytes: total,
));
},
);
if (bytes.lengthInBytes == 0)
throw Exception('NetworkImage is an empty file: $resolved');
// 对图片数据进行解码
return PaintingBinding.instance.instantiateImageCodec(bytes);
} finally {
chunkEvents.close();
}
}
可以看到_loadAsync方法主要做了两件事：
- 下载图片。
- 对下载的图片数据进行解码。
下载逻辑比较简单：通过HttpClient从网上下载图片，另外下载请求会设置一些自定义的header，开发者可以通过NetworkImage的headers命名参数来传递。
在图片下载完成后调用了PaintingBinding.instance.instantiateImageCodec(bytes)对图片进行解码，值得注意的是instantiateImageCodec(...)也是一个Native API的包装，实际上会调用Flutter engine的instantiateImageCodec方法，源码如下：
String _instantiateImageCodec(Uint8List list, _Callback<Codec> callback, _ImageInfo imageInfo, int targetWidth, int targetHeight)
native 'instantiateImageCodec';
obtainKey(ImageConfiguration)方法
该接口主要是为了配合实现图片缓存，ImageProvider从数据源加载完数据后，会在全局的ImageCache中缓存图片数据，而图片数据缓存是一个Map，而Map的key便是调用此方法的返回值，不同的key代表不同的图片数据缓存。
resolve(ImageConfiguration) 方法
resolve方法是ImageProvider的暴露的给Image的主入口方法，它接受一个ImageConfiguration参数，返回ImageStream，即图片数据流。我们重点看一下resolve执行流程：
ImageStream resolve(ImageConfiguration configuration) {
... //省略无关代码
final ImageStream stream = ImageStream();
T obtainedKey; //
//定义错误处理函数
Future<void> handleError(dynamic exception, StackTrace stack) async {
... //省略无关代码
stream.setCompleter(imageCompleter);
imageCompleter.setError(...);
}
// 创建一个新Zone，主要是为了当发生错误时不会干扰MainZone
final Zone dangerZone = Zone.current.fork(...);
dangerZone.runGuarded(() {
Future<T> key;
// 先验证是否已经有缓存
try {
// 生成缓存key，后面会根据此key来检测是否有缓存
key = obtainKey(configuration);
} catch (error, stackTrace) {
handleError(error, stackTrace);
return;
}
key.then<void>((T key) {
obtainedKey = key;
// 缓存的处理逻辑在这里，记为A，下面详细介绍
final ImageStreamCompleter completer = PaintingBinding.instance
.imageCache.putIfAbsent(key, () => load(key), onError: handleError);
if (completer != null) {
stream.setCompleter(completer);
}
}).catchError(handleError);
});
return stream;
}
ImageConfiguration 包含图片和设备的相关信息，如图片的大小、所在的AssetBundle(只有打到安装包的图片存在)以及当前的设备平台、devicePixelRatio（设备像素比等）。Flutter SDK提供了一个便捷函数createLocalImageConfiguration来创建ImageConfiguration 对象：
ImageConfiguration createLocalImageConfiguration(BuildContext context, { Size size }) {
return ImageConfiguration(
bundle: DefaultAssetBundle.of(context),
devicePixelRatio: MediaQuery.of(context, nullOk: true)?.devicePixelRatio ?? 1.0,
locale: Localizations.localeOf(context, nullOk: true),
textDirection: Directionality.of(context),
size: size,
platform: defaultTargetPlatform,
);
}
我们可以发现这些信息基本都是通过Context来获取。
上面代码A处就是处理缓存的主要代码，这里的PaintingBinding.instance.imageCache 是 ImageCache的一个实例，它是PaintingBinding的一个属性，而Flutter框架中的PaintingBinding.instance是一个单例，imageCache事实上也是一个单例，也就是说图片缓存是全局的，统一由PaintingBinding.instance.imageCache 来管理。
下面我们看看ImageCache类定义：
const int _kDefaultSize = 1000;
const int _kDefaultSizeBytes = 100 << 20; // 100 MiB
class ImageCache {
// 正在加载中的图片队列
final Map<Object, _PendingImage> _pendingImages = <Object, _PendingImage>{};
// 缓存队列
final Map<Object, _CachedImage> _cache = <Object, _CachedImage>{};
// 缓存数量上限(1000)
int _maximumSize = _kDefaultSize;
// 缓存容量上限 (100 MB)
int _maximumSizeBytes = _kDefaultSizeBytes;
// 缓存上限设置的setter
set maximumSize(int value) {...}
set maximumSizeBytes(int value) {...}
... // 省略部分定义
// 清除所有缓存
void clear() {
// ...省略具体实现代码
}
// 清除指定key对应的图片缓存
bool evict(Object key) {
// ...省略具体实现代码
}
ImageStreamCompleter putIfAbsent(Object key, ImageStreamCompleter loader(), { ImageErrorListener onError }) {
assert(key != null);
assert(loader != null);
ImageStreamCompleter result = _pendingImages[key]?.completer;
// 图片还未加载成功，直接返回
if (result != null)
return result;
// 有缓存，继续往下走
// 先移除缓存，后再添加，可以让最新使用过的缓存在_map中的位置更近一些，清理时会LRU来清除
final _CachedImage image = _cache.remove(key);
if (image != null) {
_cache[key] = image;
return image.completer;
}
try {
result = loader();
} catch (error, stackTrace) {
if (onError != null) {
onError(error, stackTrace);
return null;
} else {
rethrow;
}
}
void listener(ImageInfo info, bool syncCall) {
final int imageSize = info?.image == null ? 0 : info.image.height * info.image.width * 4;
final _CachedImage image = _CachedImage(result, imageSize);
// 下面是缓存处理的逻辑
if (maximumSizeBytes > 0 && imageSize > maximumSizeBytes) {
_maximumSizeBytes = imageSize + 1000;
}
_currentSizeBytes += imageSize;
final _PendingImage pendingImage = _pendingImages.remove(key);
if (pendingImage != null) {
pendingImage.removeListener();
}
_cache[key] = image;
_checkCacheSize();
}
if (maximumSize > 0 && maximumSizeBytes > 0) {
final ImageStreamListener streamListener = ImageStreamListener(listener);
_pendingImages[key] = _PendingImage(result, streamListener);
// Listener is removed in [_PendingImage.removeListener].
result.addListener(streamListener);
}
return result;
}
// 当缓存数量超过最大值或缓存的大小超过最大缓存容量，会调用此方法清理到缓存上限以内
void _checkCacheSize() {
while (_currentSizeBytes > _maximumSizeBytes || _cache.length > _maximumSize) {
final Object key = _cache.keys.first;
final _CachedImage image = _cache[key];
_currentSizeBytes -= image.sizeBytes;
_cache.remove(key);
}
... //省略无关代码
}
}
有缓存则使用缓存，没有缓存则调用load方法加载图片，加载成功后:
- 先判断图片数据有没有缓存，如果有，则直接返回
ImageStream。 - 如果没有缓存，则调用
load(T key)方法从数据源加载图片数据，加载成功后先缓存，然后返回ImageStream。
另外，我们可以看到ImageCache类中有设置缓存上限的setter，所以，如果我们可以自定义缓存上限：
PaintingBinding.instance.imageCache.maximumSize=2000; //最多2000张
PaintingBinding.instance.imageCache.maximumSizeBytes = 200 << 20; //最大200M
现在我们看一下缓存的key，因为Map中相同key的值会被覆盖，也就是说key是图片缓存的一个唯一标识，只要是不同key，那么图片数据就会分别缓存（即使事实上是同一张图片）。那么图片的唯一标识是什么呢？跟踪源码，很容易发现key正是ImageProvider.obtainKey()方法的返回值，而此方法需要ImageProvider子类去重写，这也就意味着不同的ImageProvider对key的定义逻辑会不同。其实也很好理解，比如对于NetworkImage，将图片的url作为key会很合适，而对于AssetImage，则应该将“包名+路径”作为唯一的key。下面我们以NetworkImage为例，看一下它的obtainKey()实现：
@override
Future<NetworkImage> obtainKey(image_provider.ImageConfiguration configuration) {
return SynchronousFuture<NetworkImage>(this);
}
代码很简单，创建了一个同步的future，然后直接将自身做为key返回。因为Map中在判断key（此时是NetworkImage对象）是否相等时会使用“==”运算符，那么定义key的逻辑就是NetworkImage的“==”运算符：
@override
bool operator ==(dynamic other) {
... //省略无关代码
final NetworkImage typedOther = other;
return url == typedOther.url
&& scale == typedOther.scale;
}
很清晰，对于网络图片来说，会将其“url+缩放比例”作为缓存的key。也就是说如果两张图片的url或scale只要有一个不同，便会重新下载并分别缓存。
另外，我们需要注意的是，图片缓存是在内存中，并没有进行本地文件持久化存储，这也是为什么网络图片在应用重启后需要重新联网下载的原因。
同时也意味着在应用生命周期内，如果缓存没有超过上限，相同的图片只会被下载一次。
总结
上面主要结合源码，探索了ImageProvider的主要功能和原理，如果要用一句话来总结ImageProvider功能，那么应该是：加载图片数据并进行缓存、解码。在此再次提醒读者，Flutter的源码是非常好的第一手资料，建议读者多多探索，另外，在阅读源码学习的同时一定要有总结，这样才不至于在源码中迷失。
14.5.2 Image组件原理
前面章节中我们介绍过Image的基础用法，现在我们更深入一些，研究一下Image是如何和ImageProvider配合来获取最终解码后的数据，然后又如何将图片绘制到屏幕上的。
本节换一个思路，我们先不去直接看Image的源码，而根据已经掌握的知识来实现一个简版的“Image组件” MyImage，代码大致如下：
class MyImage extends StatefulWidget {
const MyImage({
Key key,
@required this.imageProvider,
})
: assert(imageProvider != null),
super(key: key);
final ImageProvider imageProvider;
@override
_MyImageState createState() => _MyImageState();
}
class _MyImageState extends State<MyImage> {
ImageStream _imageStream;
ImageInfo _imageInfo;
@override
void didChangeDependencies() {
super.didChangeDependencies();
// 依赖改变时，图片的配置信息可能会发生改变
_getImage();
}
@override
void didUpdateWidget(MyImage oldWidget) {
super.didUpdateWidget(oldWidget);
if (widget.imageProvider != oldWidget.imageProvider)
_getImage();
}
void _getImage() {
final ImageStream oldImageStream = _imageStream;
// 调用imageProvider.resolve方法，获得ImageStream。
_imageStream =
widget.imageProvider.resolve(createLocalImageConfiguration(context));
//判断新旧ImageStream是否相同，如果不同，则需要调整流的监听器
if (_imageStream.key != oldImageStream?.key) {
final ImageStreamListener listener = ImageStreamListener(_updateImage);
oldImageStream?.removeListener(listener);
_imageStream.addListener(listener);
}
}
void _updateImage(ImageInfo imageInfo, bool synchronousCall) {
setState(() {
// Trigger a build whenever the image changes.
_imageInfo = imageInfo;
});
}
@override
void dispose() {
_imageStream.removeListener(ImageStreamListener(_updateImage));
super.dispose();
}
@override
Widget build(BuildContext context) {
return RawImage(
image: _imageInfo?.image, // this is a dart:ui Image object
scale: _imageInfo?.scale ?? 1.0,
);
}
}
上面代码流程如下：
- 通过
imageProvider.resolve方法可以得到一个ImageStream（图片数据流），然后监听ImageStream的变化。当图片数据源发生变化时，ImageStream会触发相应的事件，而本例中我们只设置了图片成功的监听器_updateImage，而_updateImage中只更新了_imageInfo。值得注意的是，如果是静态图，ImageStream只会触发一次时间，如果是动态图，则会触发多次事件，每一次都会有一个解码后的图片帧。 _imageInfo更新后会rebuild，此时会创建一个RawImageWidget。RawImage最终会通过RenderImage来将图片绘制在屏幕上。如果继续跟进RenderImage类，我们会发现RenderImage的paint方法中调用了paintImage方法，而paintImage方法中通过Canvas的drawImageRect(…)、drawImageNine(...)等方法来完成最终的绘制。- 最终的绘制由
RawImage来完成。
下面测试一下MyImage：
class ImageInternalTestRoute extends StatelessWidget {
@override
Widget build(BuildContext context) {
return Column(
children: <Widget>[
MyImage(
imageProvider: NetworkImage(
"https://avatars2.githubusercontent.com/u/20411648?s=460&v=4",
),
)
],
);
}
}
运行效果如图14-4所示：
成功了！ 现在，想必Image Widget的源码已经没必要在花费篇章去介绍了，读者有兴趣可以自行去阅读。
总结
本节主要介绍了Flutter 图片的加载、缓存和绘制流程。其中ImageProvider主要负责图片数据的加载和缓存，而绘制部分逻辑主要是由RawImage来完成。 而Image正是连接起ImageProvider和RawImage 的桥梁。
看完两件小事
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