Flutter圖片加載與緩存機制的深入探究

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前言

今天來學習一下 Flutter 自身是如何加載圖片和管理圖片的。

Flutter 提供瞭一個圖片控件 Image，Image 定義瞭若幹中加載圖片的方式，包括 Image.asset、Image.file、Image.network、Image.memory。

Image內部維護瞭一個 ImageProvider對象，ImageProvider則真正維護整個圖片加載的工作。Widget 本身內部是體現在 RawImage中：​

圖片控件

// Image
Widget result = RawImage(
      image: _imageInfo?.image,
      debugImageLabel: _imageInfo?.debugLabel,
      width: widget.width,
      height: widget.height,
      scale: _imageInfo?.scale ?? 1.0,
      color: widget.color,
      colorBlendMode: widget.colorBlendMode,
      fit: widget.fit,
      alignment: widget.alignment,
      repeat: widget.repeat,
      centerSlice: widget.centerSlice,
      matchTextDirection: widget.matchTextDirection,
      invertColors: _invertColors,
      isAntiAlias: widget.isAntiAlias,
      filterQuality: widget.filterQuality,
    );
return result;

這裡可以看到 _imageInfo 決定 RawImage如何展示圖片。

_imageInfo 則會在圖片的每一幀進行重新賦值：

// image.dart
void _handleImageFrame(ImageInfo imageInfo, bool synchronousCall) {
 	setState(() {
    _imageInfo = imageInfo;
  }
}

那麼圖片信息是從哪裡來的呢，它是由 _resolveImage 這個方法發起的。這個方法會在 _ImageState 的 didChangeDependencies、 didUpdateWidget和 reassemble方法進行調用。

也就是控件發生變化刷新狀態的時候，就會重新去解析圖片。

圖片解析

_resolveImage 邏輯如下：

void _resolveImage() {
	final ScrollAwareImageProvider provider = ScrollAwareImageProvider<dynamic>(
      context: _scrollAwareContext,
      imageProvider: widget.image,
    );
	final ImageStream newStream =
      provider.resolve(createLocalImageConfiguration(
        context,
        size: widget.width != null && widget.height != null ? Size(widget.width, widget.height) : null,
      ));
	_updateSourceStream(newStream);
}

這裡會用 ScrollAwareImageProvider 包裝一下，ScrollAwareImageProvider 的功能我們後面會介紹，這裡先跳過。

//ImageProvider# resolve
ImageStream resolve(ImageConfiguration configuration) {
	_createErrorHandlerAndKey(configuration,(T key, ImageErrorListener errorHandler) {
        resolveStreamForKey(configuration, stream, key, errorHandler);
      },
		(T? key, dynamic exception, StackTrace? stack) async {
        await null; // wait an event turn in case a listener has been added to the image stream.
        final _ErrorImageCompleter imageCompleter = _ErrorImageCompleter();
        stream.setCompleter(imageCompleter);
        InformationCollector? collector;
        assert(() {
          collector = () sync* {
            yield DiagnosticsProperty<ImageProvider>('Image provider', this);
            yield DiagnosticsProperty<ImageConfiguration>('Image configuration', configuration);
            yield DiagnosticsProperty<T>('Image key', key, defaultValue: null);
          };
          return true;
        }());
        imageCompleter.setError(
          exception: exception,
          stack: stack,
          context: ErrorDescription('while resolving an image'),
          silent: true, // could be a network error or whatnot
          informationCollector: collector,
        );
      }
	);
}

resolve 方法調用 _createErrorHandlerAndKey 來處理圖片加載的異常情況。當圖片正常加載的時候，會執行 resolveStreamForKey。

//resolveStreamForKey
void resolveStreamForKey(ImageConfiguration configuration, ImageStream stream, T key, ImageErrorListener handleError) {
	if (stream.completer != null) {
		final ImageStreamCompleter? completer = PaintingBinding.instance!.imageCache!.putIfAbsent(
        key,
        () => stream.completer!,
        onError: handleError,
      );
		return;
	}

	final ImageStreamCompleter? completer = PaintingBinding.instance!.imageCache!.putIfAbsent(
		key,
      () => load(key, PaintingBinding.instance!.instantiateImageCodec),
      onError: handleError,
		);

	if (completer != null) {
      stream.setCompleter(completer);
    }
}

Flutter 會把圖片緩存相關的邏輯維護在 ImageCache這個對象。

緩存管理

ImageCache裡面有 3 個 map:

分別表示

  • 正在加載的圖片
  • 緩存在內存的圖片
  • 表示正活躍的圖片，Widget 狀態變化後可能會清空

​新增緩存

新增緩存的時候會設置 map 的 key， key 由 ImageProvider 對象提供。例如：

  • AssetImage  當包名和bundle一樣的時候，key可以認為是一樣的。
  • NetworkImage 當圖片 url 和比例一樣的時候，key可以認為是一樣的。

ImageCache 實際上是一個單例對象。也就是 Flutter 的圖片緩存管理是全局的。ImageCache 最重要的方法就是 putIfAbsent：

// 整理過核心邏輯的代碼
ImageStreamCompleter? putIfAbsent(Object key, ImageStreamCompleter loader(), { ImageErrorListener? onError }) {
  // 根據key從正在加載的map裡獲取緩存，如果有直接返回
  	ImageStreamCompleter? result = _pendingImages[key]?.completer;
  	if (result != null) {
      return result;
    }
  
  // 檢查內存緩存，存在的話更新存活map
  final _CachedImage? image = _cache.remove(key);
  if (image != null) {
    _trackLiveImage(key, _LiveImage(image.completer, image.sizeBytes, () => _liveImages.remove(key)));
    _cache[key] = image;
    return image.completer;
  }
  
  // 沒有緩存，從 _live 裡面取
  final _CachedImage? liveImage = _liveImages[key];
  if (liveImage != null) {
    // 更新緩存
    _touch(key, liveImage, timelineTask);
    return liveImage.completer;
  }
  
  // 3 個 map 都沒有獲取到緩存的圖片
  result = loader(); // 加載
  _trackLiveImage(key, _LiveImage(result, null, () => _liveImages.remove(key)));
  
	_PendingImage? untrackedPendingImage;

  //定義一個listener
	void listener(ImageInfo? info, bool syncCall) {
		// 加載的監聽
	}
  
  // 包裝一個listener
	final ImageStreamListener streamListener = ImageStreamListener(listener);
	if (maximumSize > 0 && maximumSizeBytes > 0) {
		// 放入緩存
		_pendingImages[key] = _PendingImage(result, streamListener);
	} else {
		untrackedPendingImage = _PendingImage(result, streamListener);
	}
	// 添加監聽
	result.addListener(streamListener);
	return result;
}

listener 回調的邏輯：

在 Image 狀態改變的時候，會觸發對 liveImages 的修改：

// Image
_imageStream.removeListener(_getListener());

// ImageStream
void removeListener(ImageStreamListener listener) {
  for (final VoidCallback callback in _onLastListenerRemovedCallbacks) {
    callback();
  }
  _onLastListenerRemovedCallbacks.clear();
}

而在 _trackLiveImage 的時候，_LiveImage 都註冊瞭上面的這個 callback:

_trackLiveImage(key, _LiveImage(image.completer, image.sizeBytes, () => _liveImages.remove(key)));

這時候改圖片會從 _liveImages 裡面移除。

由此可見，緩存的優先級為 pending -> cache -> live -> load，圖片緩存和獲取的流程如下圖所示：

緩存清理

在更新緩存大小的時候，還會進行緩存大小的檢查：

void _checkCacheSize(TimelineTask? timelineTask) {
  while (_currentSizeBytes > _maximumSizeBytes || _cache.length > _maximumSize) {
    final Object key = _cache.keys.first;
    final _CachedImage image = _cache[key]!;
    _currentSizeBytes -= image.sizeBytes!;
    _cache.remove(key);
  }
}

當當前緩存總容量大於最大容量或者緩存數量大於最大數量的時候，就會進行緩存的清理。

所以上面使用緩存的過程中，多次訪問的緩存就會把key往後放，避免一上來就被清理掉。

所以 Flutter 自身的緩存清理算法也是遵循瞭 “最近最少使用” 的。

圖片緩存的邏輯如下圖所示：

圖片加載

圖片加載主要依賴上面的 load方法進行。不同的 ImageProvider 子類有自己的實現。例如

AssetImage

return MultiFrameImageStreamCompleter(
      codec: _loadAsync(key, decode),
      scale: key.scale,
      debugLabel: key.name,
      informationCollector: collector
    );

NetworkImage

final StreamController<ImageChunkEvent> chunkEvents =
        StreamController<ImageChunkEvent>();

    return MultiFrameImageStreamCompleter(
        chunkEvents: chunkEvents.stream,
        codec: _loadAsync(key as NetworkImage, decode, chunkEvents),
        scale: key.scale,
        debugLabel: key.url,
        informationCollector: _imageStreamInformationCollector(key));

邏輯基本一樣，具體特異的流程體現在 loadAsync裡面：

// AssetImage _loadAsync
try {
      data = await key.bundle.load(key.name);
    } on FlutterError {
      PaintingBinding.instance!.imageCache!.evict(key);
      rethrow;
    }

if (data == null) {
// 加載數據是null，清掉這個key的緩存
	PaintingBinding.instance!.imageCache!.evict(key);
	throw StateError('Unable to read data');
}

return await decode(data.buffer.asUint8List());


/// NetworkImage _loadAsync
Future<ui.Codec> _loadAsync(
      NetworkImage key,
      image_provider.DecoderCallback decode,
      StreamController<ImageChunkEvent> chunkEvents) {

	final Uri resolved = Uri.base.resolve(key.url);
	return ui.webOnlyInstantiateImageCodecFromUrl(resolved, // ignore: undefined_function
        chunkCallback: (int bytes, int total) {
      chunkEvents.add(ImageChunkEvent(
          cumulativeBytesLoaded: bytes, expectedTotalBytes: total));
    }) as Future<ui.Codec>;
}

這裡分別會從 bundle 裡加載圖片和從網絡拉取圖片。

滑動中處理

還記得上面提到的 ScrollAwareImageProvider嗎，這裡會有一個關於滑動中的判斷：

if (Scrollable.recommendDeferredLoadingForContext(context.context)) {
  SchedulerBinding.instance.scheduleFrameCallback((_) {
		scheduleMicrotask(() => resolveStreamForKey(configuration, stream, key, handleError));
	 });
	return;
}

當 if 裡的邏輯成立，就把解析圖片的工作放到下一幀。recommendDeferredLoadingForContext 的具體邏輯：

static bool recommendDeferredLoadingForContext(BuildContext context) {
	
	final _ScrollableScope widget =
		context.getElementForInheritedWidgetOfExactType<_ScrollableScope>()?.widget as _ScrollableScope;
	if (widget == null) {
      return false;
    }
	// 存在滑動的widget
	return widget.position.recommendDeferredLoading(context);
}

這個會找到 Widget 樹裡面最近的 _ScrollableScope。如果 ScrollableScope 處於快速滑動的時候，就返回true。所以 flutter 在快速滑動的列表中是不會加載圖片的。

總結

到這裡 Flutter 圖片的加載和緩存管理就介紹完瞭。我們可以認識到幾個問題

  • Flutter 本身是有圖片的內存緩存。也是按照 LRU 的算法去管理緩存的。並且緩存池有閾值，我們可以自己去設置我們想要的內存閾值。
  • Flutter 本身沒有提供圖片的磁盤緩存，APP 重啟之後圖片加載流程是會重新走的。

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