日期: 2025 年 4 月 11 日

通过共享内存优化Flutter外接纹理的渲染性能，实时渲染不是梦

前言

看了咸鱼这篇《万万没想到——flutter这样外接纹理》的文章，我们了解到 Flutter 提供一种机制，可以将 Native 的纹理共享给 Flutter 来进行渲染。但是，由于 Flutter 获取 Native 纹理的数据类型是 CVPixelBuffer，导致 Native 纹理需要经过 GPU->CPU->GPU 的转换过程消耗额外性能，这对于需要实时渲染的音视频类需求，是不可接受的。

闲鱼这边的解决方案是修改了 Flutter Engine 的代码，将 Flutter 的 GL 环境和 native 的 GL 环境通过 ShareGroup 来联通，避免2个环境的纹理传递还要去 CPU 内存绕一圈。此方案能够解决内存拷贝的性能问题，但暴露 Flutter 的 GL 环境，毕竟是一个存在风险的操作，给以后的 Flutter 渲染问题定位也增加了复杂度。所以，有没有一个完美、简便的方案呢？答案就是利用 CVPixelBuffer 的共享内存机制。

Flutter外接纹理的原理

先回顾下前置知识，看看官方提供的外接纹理机制究竟是怎样运行的。

图中红色块，是我们自己要编写的 Native 代码，黄色是 Flutter Engine 的内部代码逻辑。整体流程分为注册纹理，和整体的纹理渲染逻辑。

注册纹理
  1. 创建一个对象，实现FlutterTexture协议，该对象用来管理具体的纹理数据
  2. 通过FlutterTextureRegistry来注册第一步的FlutterTexture对象，获取一个flutter纹理id
  3. 将该id通过channel机制传递给dart侧，dart侧就能够通过Texture这个widget来使用纹理了，参数就是id
纹理渲染
  1. dart侧声明一个Texture widget，表明该widget实际渲染的是native提供的纹理
  2. engine侧拿到layerTree，layerTree的TextureLayer节点负责外接纹理的渲染
  3. 首先通过dart侧传递的id，找到先注册的FlutterTexture，该flutterTexture是我们自己用native代码实现的，其核心是实现了copyPixelBuffer方法
  4. flutter engine调用copyPixelBuffer拿到具体的纹理数据，然后交由底层进行gpu渲染

CVPixelBuffer格式分析

一切问题的根源就在这里了：CVPixelBuffer。从上面flutter外接纹理的渲染流程来看，native纹理到flutter纹理的数据交互，是通过 copyPixelBuffer 传递的，其参数就是 CVPixelBuffer。而前面咸鱼文章里面说的性能问题，就来自于纹理与 CVPixelBuffer 之间的转换。

那么，如果 CVPixelBuffer 能够和OpenGL的纹理同享同一份内存拷贝，GPU -> CPU -> GPU的性能瓶颈，是否就能够迎刃而解了呢？其实我们看一下flutter engine里面利用CVPixelBuffer来创建纹理的方法，就能够得到答案：

Flutter Engine是使用 CVOpenGLESTextureCacheCreateTextureFromImage 这个接口来从 CVPixelBuffer 对象创建OpenGL纹理的，那么这个接口实际上做了什么呢？我们来看一下官方文档

This function either creates a new or returns a cached CVOpenGLESTextureRef texture object mapped to the CVImageBufferRef and associated parameters. This operation creates a live binding between the image buffer and the underlying texture object. The EAGLContext associated with the cache may be modified to create, delete, or bind textures. When used as a source texture or GL_COLOR_ATTACHMENT, the image buffer must be unlocked before rendering. The source or render buffer texture should not be re-used until the rendering has completed. This can be guaranteed by calling glFlush().

从文档里面，我们了解到几个关键点：

  1. 返回的纹理对象，是直接映射到了CVPixelBufferRef对象的内存的
  2. 这块buffer内存，其实是可以同时被CPU和GPU访问的，我们只需要遵循如下的规则：
    • GPU访问的时候，该 CVPixelBuffer ，不能够处于lock状态。
      使用过pixelbuffer的同学应该都知道，通常CPU操作pixelbuffer对象的时候，要先进行lock操作，操作完毕再unlock。所以这里也容易理解，GPU使用纹理的时候，其必然不能够同时被CPU操作。
    • CPU访问的时候，要保证GPU已经渲染完成，通常是指在 glFlush() 调用之后。
      这里也容易理解，CPU要读写这个buffer的时候，要保证关联的纹理不能正在被OpenGL渲染。

我们用instrument的allocation来验证一下：

instrument的结果，也能够印证文档中的结论。 只有在创建pixelBuffer的时候，才分配了内存，而映射到纹理的时候，并没有新的内存分配。

这里也能印证我们的结论，创建pixelBuffer的时候，才分配了内存，映射到纹理的时候，并没有新的内存分配。

共享内存方案

既然了解到CVPixelBuffer对象，实际上是可以桥接一个OpenGL的纹理的，那我们的整体解决方案就水到渠成了，可以看看下面这个图

关键点在于，首先需要创建pixelBuffer对象，并分配内存。然后在native gl环境和flutter gl环境里面分别映射一个纹理对象。这样，在2个独立的gl环境里面，我们都有各自的纹理对象，但实际上其内存都被映射到同一个CVPixelBuffer上。在实际的每一帧渲染流程里面，native环境做渲染到纹理，而flutter环境里面则是从纹理读取数据。

Demo演示

这里我写了个小demo来验证下实际效果，demo的主要逻辑是以60FPS的帧率，渲染一个旋转的三角形到一个pixelBuffer映射的纹理上。然后每帧绘制完成之后，通知 Flutter 侧来读取这个pixelBuffer对象去做渲染。

核心代码展示如下：

关键代码都添加了注释，这里就不分析了

我们从上面的gif图上可以看到整个渲染过程是十分流畅的，最后看displayLink的帧率也能够达到60FPS。该demo是可以套用到其他的需要CPU与GPU共享内存的场景的。

完整的demo代码在这里flutter_texture

参考链接

通过共享内存优化flutter外接纹理的渲染性能，实时渲染不是梦