前言
React Native App（后称RN App）的UI由JS端的View tree构成，在App运行时会创建相应的原生View tree。从结果看，这和安卓原生开发时用xml布局文件是一样的，最终结果都是由Java对象构成的View tree。View tree中每个节点必须拥有正确的位置和尺寸数据，才能渲染出正确的界面。安卓原生App渲染流程（测量，布局，绘制）中前两步刚好在做这个工作，那么RN App里渲染流程是怎么样的？RN采用的是Flexbox布局（实现体称为Yoga），这种布局方式如何应用到原生渲染流程中？本文先简单介绍安卓平台原生渲染流程，然后在此基础上着重分析RN在安卓平台的渲染流程。本文将从以下几个方面进行阐述：
- 安卓原生平台的渲染流程概述
- RN渲染流程介绍
2.1 根据js端view tree，创建平台原生view tree流程概述
2.2 使用Yoga的计算结果，来跑原生渲染流程 - Yoga布局和原生布局共存，安卓自定义View也可以正常工作
- 总结
本文的主要读者是有安卓基础同学，在有安卓知识的前提下阅读会更容易一些，比如其中的MessageQueue切换，FrameLayout等控件，原生渲染流程等内容将不会有理解负担，能直接过渡到RN部分的阅读。其他读者可能就需要先建立安卓中这些概念的理解。阅读完本文后，你将会理解RN在安卓平台的渲染流程实现原理，对RN App在渲染时都执行了哪些逻辑有一个具体的概念，理解我们开发时写的MRN代码究竟都做了什么，知其然也知其所以然。在遇到问题时也可从流程上进行分析定位，或者对这个流程的某一步进行修改来满足定制化需求。文中难免有纰漏之处，欢迎大家不吝指出，共同学习成长。
参考源码版本：RN：0.59.8，安卓：28。
1、安卓原生App UI渲染流程简介
GUI程序都用View tree来描述界面内容，不管界面多复杂，元素有多少，都可以收纳在这颗树里。View tree很好的提供了渲染所需的必要信息：位置（含尺寸）和颜色。简单来说，有了这俩信息，系统就可以生成图形库（OpenGL ES或者Skia）所需的绘制指令，绘制出由View tree所表达的一帧画面。虽然我们在写View时可以用{ flex: 1 }（react）或者android:layout_width="match_parent"等来指定组件的尺寸，但最终尺寸属性还是需要被计算成具体的数值。
在App启动过程的onResume阶段，系统会触发ViewRootImpl.performTraversals开始渲染流程，这个函数里会依次触发root view的测量、布局、绘制，最后通知系统渲染到物理屏幕上，这个过程如下图所示。测量遍历用于计算每个节点的尺寸，布局遍历时会参考尺寸进行位置摆放，算出位置数据。经过这两步以后，每个节点就拥有了位置和尺寸，接着就可以遍历绘制每个节点的内容了。view tree中父子节点的遍历衔接主要得益于measure/onMeasure，layout/onLayout，draw/onDraw的设计，如下图中measure过程所示，layout和draw同理。
以上就是安卓原生渲染的三个主要步骤，测量和布局其实是为绘制服务，前两步所计算出的位置和尺寸数据在绘制时需要用到，用于生成图形库的绘制指令。这样说来，如果view的位置和尺寸数据已经准备好，测量和布局这两步就可以省去了。这也正是RN在原生渲染流程中的切入点：把view中onMeasure和onLayout的计算逻辑都去掉，同时阻断这两步遍历，通过Yoga来计算位置和尺寸，并将这些数据亲自“交给”view tree中的每个节点，然后只需要一次绘制遍历，就完成了整个渲染流程。下面来看看RN是如何完成这个工作的。
2、RN渲染流程介绍
我们用js写成的view tree势必要翻译成安卓平台的原生view tree，才可以在安卓上正常工作。这个翻译过程并不只是简单的映射而已，RN并不是将映射后的原生view tree直接交给系统，它还接管了测量和布局工作。安卓有自己的布局方式，体现在渲染流程的measure和layout中，RN采用的Flexbox是一种完全不同的布局方式，它如何参与到原生渲染流程中呢？事实上不管哪种布局方式，他们都是为了一个目的：给出view节点的边界数据bounds（left，top，right，bottom），有了边界位置，view的尺寸也就有了，比如width = right - left，因此我们可以猜测两种布局方式的结合点就是View的边界数据bounds，在下面介绍的渲染流程中进行验证。RN在mqt_native线程中执行Flexbox布局计算，计算结果将直接用于渲染流程，省去了主线程中measure和layou的计算量。如果这两个线程是运行的不同的核心上，在执行复杂的布局动画时将会有明显的优势。下面分小节来具体看看这个过程是如何进展的。
2.1、根据js端view tree，创建平台原生view tree流程概述
RN提供的View系列组件，都有相应的原生端组件实现，js端的view tree相当于一个“剧本”，用来描述UI界面，RN会根据这个“剧本”来生成平台原生View tree。对于js端View tree中的每一个节点，都会在native端生成一个ReactShadowNode节点作为对应，同时还会创建一个原生View节点（先不考虑RN的布局优化，可认为他们是一一对应关系）。ReactShadowNode承担了Yoga布局的计算工作，其内部会创建一个YogaNode节点，YogaNode内部再创建c++端的YGNode。YogaNode本身是一个jni承载类，代表的是c++端的YGNode，两者都表示Yoga布局中的一个节点，当Yoga引擎计算完毕后，YGNode中就填充满了尺寸和位置数据，通过jni回设到java端的YogaNode中，留着给原生view使用。最终在native端会生成4颗tree：ReactShadowNode tree, YogaNode tree, YGNode tree, 原生View tree，如下图所示。
RN App会在Activity的onCreate阶段创建ReactRootView（其本质是一个FrameLayout），并由此进入RN的世界。下面我们来看看RN是如何创建native端的4颗tree结构的。在RN Bridge完成初始化后，native端通过runApplication()触发执行我们的js业务代码，根据js端view tree会执行一系列的UIManager.createView, UIManager.setChildren, UIManager.manageChildren等函数。通过RN Bridge，这些函数会在nativeQueue中添加一系列的操作，用于创建ReactShadowNode节点，并把js端view的各属性值保存在节点中，最后形成tree结构。根据之前的介绍，此时也会同步生成YoagNode tree和YGNode tree。这个过程如下图中左侧两个queue所示。
从上图还可以看出，每一次对ReactShadowNode的操作同时还会有相应的原生View操作，以runnable的形式添加到batchUIQueue中（注意它并不是安卓中和线程相关的queue，仅仅是个队列容器）。batchUIQueue的名字非常恰当的描述了它的作用：保存一系列的原生View操作，最后在App主线程中一次性批处理完。所以当ReactShadowNode tree形成时，所有对应的原生View操作（view创建，view属性赋值，addView形成tree等）都添加到了batchUIQueue中，不过此时还不到执行的时机。
js端view节点的属性可以大致分为两类，一类用于直接作用于原生view，比如背景颜色，透明度等等和布局不相关的；另一类主要是flexbox布局相关的属性，比如flex，margin，padding，alignItems等等，这些会通过ReactShadowNode保存在YogaNode和YGNode中，用于Yoga引擎计算。
到目前为止ReactShadowNode tree已经形成，原生view的操作也已经添加到batchUIQueue中等待被执行。那什么时候会执行呢？答案是尺寸和位置数据计算出来以后。在本次js代码执行完之后，jsQueue里会根据是否是endOfBatch来执行onBatchComplete，它会触发在nativeQueue中执行onBatchComplete，其中会调用dispatchViewUpdates，它的工作主要分为3步：
- 启动Yoga引擎对YGNode tree进行计算，履行Flexbox布局协议，并将计算后的结果递归回设到java端YogaNode节点
- 根据YogaNode tree中的数据，递归向batchUIQueue中添加runnable：给对应的原生View tree节点设置尺寸和位置（下文还会详细分析）
- 将batchUIQueue中所有的runnable，交给App主线程执行，所有的这些runnable都在主线程的一个事件循环中执行完
至此，batchUIQueue的所有view操作在App主线程执行完，UI界面也该显示出来了。其中关键代码如下：
// ----- file: UIImplementation.java
public void dispatchViewUpdates(int batchId) {
...
updateViewHierarchy();
...
mOperationsQueue.dispatchViewUpdates(batchId, commitStartTime, mLastCalculateLayoutTime); // 3、执行batchUIQueue中所有的view操作
}
protected void updateViewHierarchy() {
...
calculateRootLayout(cssRoot); // 1、调用YogaNode.calculateLayout启用yoga引擎，并将计算结果递归回设到java端的YogaNode tree的每个节点里
...
applyUpdatesRecursive(cssRoot, 0f, 0f); // 2、将YogaNode tree节点的数据，递归设置给原生view，将该操作添加到batchUIQueue中，最后统一执行
}
protected void applyUpdatesRecursive(...) {
...
for (int i = 0; i < cssNode.getChildCount(); i++) {
applyUpdatesRecursive(...); // 递归
}
...
cssNode.dispatchUpdates(...) --> uiViewOperationQueue.enqueueUpdateLayout(...) // updateLayout具体做什么？看下面小节的分析。
}
// ----- file: YogaNode.java
public void calculateLayout(float width, float height) {
jni_YGNodeCalculateLayout(mNativePointer, width, height);
}
// ----- file: YGJNI.cpp
void jni_YGNodeCalculateLayout(alias_ref<jclass>, jlong nativePointer, jfloat width, jfloat height) {
const YGNodeRef root = _jlong2YGNodeRef(nativePointer);
YGNodeCalculateLayout( // Yoga引擎执行计算，里面是漫长的c++代码，Flexbox布局协议的实现
root,
static_cast<float>(width),
static_cast<float>(height),
YGNodeStyleGetDirection(_jlong2YGNodeRef(nativePointer)));
YGTransferLayoutOutputsRecursive(root); // 将计算结果，以递归方式回设给java端每个YogaNode节点
}
// ----- UIViewOperationQueue.java
public void dispatchViewUpdates(final int batchId, final long commitStartTime, final long layoutTime) {
...
UiThreadUtil.runOnUiThread( // 切换到主线程处理原生View
new GuardedRunnable(mReactApplicationContext) {
@Override
public void runGuarded() {
flushPendingBatches();
}
}
);
}
private void flushPendingBatches() {
...
for (Runnable runnable : runnables) {
runnable.run();
}
}
2.2、使用Yoga的计算结果，来跑原生渲染流程
上文提到在Yoga计算完毕后，会递归将YogaNode tree中的数据设置给原生View tree，简单的“设置”二字实在是太过敷衍，本小节来详细看看这个过程。首先看下关键代码：
// ----- file: UIImplementation.java
protected void applyUpdatesRecursive(...) {
...
for (int i = 0; i < cssNode.getChildCount(); i++) {
applyUpdatesRecursive(...); // 递归调用
}
...
cssNode.dispatchUpdates(...); // 这种递归方式产生的效果是从叶子节点开始，到根节点的遍历
}
// ----- file: ReactShadowNodeImpl.java
public boolean dispatchUpdates(...) {
...
uiViewOperationQueue.enqueueUpdateLayout( // 添加到batchUIQueue中
getParent().getReactTag(),
getReactTag(),
getScreenX(), // 这些数据都是Yoga计算出来的
getScreenY(),
getScreenWidth(),
getScreenHeight());
}
// ----- file: NativeViewHierarchyManager.java
public synchronized void updateLayout(...) {
...
viewToUpdate.measure( // 看这里
View.MeasureSpec.makeMeasureSpec(width, View.MeasureSpec.EXACTLY),
View.MeasureSpec.makeMeasureSpec(height, View.MeasureSpec.EXACTLY));
...
updateLayout(...) --> viewToUpdate.layout(x, y, x + width, y + height); // 再看这里，Yoga输出给View的，就是简单的left, top, right, bottom
}
从上面的代码中可以看到，从YogaNode tree的根节点开始递归处理，但却是反向地将原生View tree对应节点的layout操作添加到batchUIQueue中，即先处理的是叶子结点，最后到根节点。个人分析这里的遍历顺序没有什么分别，top-down或者down-top结果是一样的，毕竟各节点的尺寸和位置已经算好，至于是先设置子节点还是父节点并无区别，最终都是在batchUIQueue中一次性执行完，再进行reqeustLayout，进而执行performTraversals完成渲染，此处若分析的不对还请大神指正。这里的重点是RN亲力亲为的调用了原生View tree里所有节点的measure和layout（仅限和YogaNode tree对应的节点，自定义view group里子节点不在此范围），来完成渲染流程的前两个阶段，将Yoga的计算结果应用进去。上文有提到过，容器节点onMeasure/onLayout会调用子节点的measure/layout，来衔接tree结构父子节点的遍历，这里是否和RN的遍历重复了呢？答案当然是没有重复。RN既然选择亲自遍历所有节点，当然就会有处理：onMeasure和onLayout中的计算逻辑都去掉，并且不调用子节点的measure和layout。代码节选如下：
// ----- file: ReactRootView.java RN原生端的根view，用于承载RN所有的界面
protected void onMeasure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec) {
...
setMeasuredDimension(width, height); // 没有调用子节点的measure，仅履行了安卓的约定调用setMeasuredDimension。
}
protected void onLayout(boolean changed, int left, int top, int right, int bottom) {
// No-op since UIManagerModule handles actually laying out children.
// 这里更简单，什么都不做，上面的注释说的很明白了。
}
// ----- file: ReactViewGroup.java 这个类表示的是js端的View.js，最基本的容器view。测量和布局均没有任何计算，没有触发子节点。
protected void onMeasure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec) {
...
setMeasuredDimension(MeasureSpec.getSize(widthMeasureSpec), MeasureSpec.getSize(heightMeasureSpec));
}
protected void onLayout(boolean changed, int left, int top, int right, int bottom) {
// No-op since UIManagerModule handles actually laying out children.
}
3、Yoga布局和原生布局共存，安卓自定义View也可以正常工作
RN虽然是自己负责衔接安卓渲染流程的前两步，但是接入自定view group并不需要额外做太多，只需跟安卓自定义view group一样重写onMeasure和onLayout，负责计算子节点的尺寸和位置。如下图所示，自定义节点和RN的节点能够完美合作，“各司其职”。
不过事情总是会有一些遗憾，当自定义view group进行requestLayout时会触发view tree的渲染流程遍历，但是RN的view容器并没有在onMeasure/onLayout里衔接遍历，导致自定义view group界面更新不生效。解决方式比较简单，在自定义view group里重写requestLayout，然后手动调用measure和layout，这样自定义view就可以正常工作了。
// ----- 某自定义view group.java
@Override
public void requestLayout() {
super.requestLayout();
post(measureAndLayout);
}
private final Runnable measureAndLayout = new Runnable() {
@Override
public void run() {
measure(MeasureSpec.makeMeasureSpec(getWidth(), MeasureSpec.EXACTLY),
MeasureSpec.makeMeasureSpec(getHeight(), MeasureSpec.EXACTLY));
layout(getLeft(), getTop(), getRight(), getBottom());
}
};
下面来看一个笔者之前在实际项目中遇到的例子，这个例子是电子答题，主要功能是展示一张题目图片，学生可以在下面手写作答，当答题区域不够时可以增加区域尺寸等等。该功能实现采用的是FrameLayout+自定义ImageView，如下示意图所示，自定义ImageView用于设置题目图片和实现画笔功能，FrameLayout用于移动和缩放ImageView等。初始化时ImageView和FrameLayout尺寸一样，当用户点击增加一屏画布时，在FrameLayout里增加ImageView的高度。这其中没有重写onMeasure和onLayout，FrameLayout和ImageView默认的就够用。
功能在安卓原生侧是正常的，接入到RN以后展示正常，写写画画正常，对画布进行放大缩小（scale）正常，但是点击增加一屏操作却无效。总结一下上述这些现象会发现：
- onDraw里的操作执行正常，比如画笔操作，setScale和setTranslationX等
- setLayoutParams操作无效，如设置ImageView高度
也就是说尺寸更新无效，绘制操作有效，原因就是当在View里进行invalidate和setLayoutParams时，都会执行requestLayout向上反馈到ViewRootImpl来触发一次渲染流程，其中RN阻断了measure和layout的遍历，没有阻断draw。解决方式就是在FrameLayout.requestLayout中主动触发measure和layout，完成子View的尺寸刷新。另外，由于FrameLayout是作为自定义View接入到RN的，他的尺寸将会受RN来控制，原生侧无需关心。
4、总结
以上就是RN在安卓端UI渲染流程的介绍，主要描述了我们在js端写的view tree，是如何一步一步转化到原生view的，这也体现了RN确实就是native的一面。笔者一直以来就有一个疑惑，安卓原生View本身有大量的属性，比如width，height，padding，margin等等，RN所采用的Flexbox也有很多的属性，flex，padding，alignItems等等，两者的差距还是很大的，这两套属性该如何对接？乍一想还是很头疼的，大量的属性剪不断理还乱，但从RN源码来看，其实两者的衔接点只是view的边界值而已（left, top, right, bottom）。分析一下可以发现，不管是Flexbox还是安卓原生布局，其他属性存在的价值就是为了计算出left，top，right，bottom。RN参与渲染流程的切入点也正是这里，刚好原生view就有一个layout(l, t, r, b)方法来接收这四个值，并且也刚好这个方法就是渲染流程中的一步，一切都恰到好处。另外，RN在一个子线程中来计算View的布局数据，省去了主线程刷新UI时的前两步遍历，减轻了负担，但从整体上来看UI的连贯性未必就有提升，线程之间的配合成本可能也不低。笔者也是在学习过程中，想法难免有欠缺或错误之处，欢迎各位大神提出宝贵建议。
