Jetpack Compose:Composeによるアプリ画面の描画

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Jetpack ComposeはAndroidシステムの新たなUIフレームワークです。従来のViewシステムと、アプリ画面の描画の仕組みが異なります。

このJetpack Composeによるアプリ画面の描画について、仕組みの大枠をまとめます。

※環境:Android Studio Giraffe | 2022.3.1 Patch 1
    Kotlin 1.8.10
    Compose Compiler 1.4.3

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フレーム処理

Androidは周期的(1/60秒が目標)にフレームメモリーへ1枚の画面データを描画(展開)しています。これにより、画面の更新やシームレスなアニメーションを表現しています。

ここでは、この処理を「フレーム処理」と呼ぶことにします。

フレーム処理の前半は描画処理を実行し、描画コマンドを作成します。これはUIスレッドが担当します。※描画処理については後述

( これ以降は推測ですが… )

フレーム処理の後半は描画コマンドに従い、フレームメモリーへ画面データを描画(展開)します。これはRenderスレッドが担当します。通常、この処理を行うのはOpen GL ESで操作されるGPUです。

フレーム処理

Jetpack ComposeのUIツリーはActivity#setContent( )関数によりActivityへ関連付けられます。この時、UIツリーの接続先はViewシステムのルートです。つまり、根底はViewシステムと同じ構成になっていると考えられます。

Jetpack ComposeViewシステム
Jetpack ComposetのsetContent接続先
※Layout Inspectorの一部を抜粋
ViewシステムのsetContent接続先
※Layout Inspectorの一部を抜粋
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描画処理

描画処理は3つのフェーズで構成され、上から下へ一方向に処理されます。

Composeのフェーズ処理

3フェーズ(Composition, Layout, Drawingの順番)の実行が基本です。

しかし、表示の状態(変更の有無)によって、フェーズ毎に実行したりスキップしたりします。※フェーズの実行については後述

サンプルアプリ:スライドショー
        val _photos = arrayOf(
            Pair("Azami", R.drawable.azami),
            Pair("Bike", R.drawable.bike),
            Pair("Leaf", R.drawable.leaf1),
            Pair("Leaf", R.drawable.leaf2)
        )

        setContent {
            MyApplicationTheme {
                Surface(
                    modifier = Modifier.fillMaxSize(),
                    color = MaterialTheme.colorScheme.background
                ) {
                    var _index by remember { mutableStateOf(1) }
                    val _prev = { if(_index > 0) _index-- }
                    val _next = { if(_index < 3) _index++ }
                    SlideShow {
                        val _photo = painterResource(_photos[_index].second)
                        val _title = _photos[_index].first
                        PhotoPanel(photo =_photo, title = _title)
                        Spacer(modifier = Modifier.size(10.dp))
                        Control(prev = _prev, next = _next)
                    }
                }
            }
        }
@Composable
fun SlideShow(content: @Composable () -> Unit) {
    Column( // inline関数なので展開->階層は残らない
        horizontalAlignment = Alignment.CenterHorizontally,
        verticalArrangement = Arrangement.Center,
        modifier = Modifier.padding(10.dp)
    ) {
        content()
    }
}

@Composable
fun PhotoPanel(photo: Painter, title: String) {
    Column( // inline関数なので展開->階層は残らない
        horizontalAlignment = Alignment.CenterHorizontally
    ) {
        Text(text = "【 ${title} 】", fontSize = 24.sp)
        Spacer(modifier = Modifier.size(10.dp))
        Image(painter = photo, contentDescription = title)
    }
}

@Composable
fun Control(prev: () -> Unit, next: () -> Unit, ) {
    Row { // inline関数なので展開->階層は残らない
        CombinedButton(onClick = prev, indication = null) {
            Text(text = "Prev")
        }
        CombinedButton(onClick = next, indication = null) {
            Text(text = "Next")
        }
    }
}

フェーズ:Composition

Composable関数を実行することで、関数(UI要素)のツリー構造をデータ化し、メモリーへ格納します。この処理をComposeといい、データをCompositionといいます。

フェーズComposition

※Composable関数:@Composableの付いた関数
※ComposeコンパイラがComposable関数をComposeするバイトコードへ変換

フェーズ:Layout

Compositionの結果に従って、UI要素のサイズ(w,h)と位置(x,y)を算出します。

フェースLayout

フェーズ:Drawing

Layoutの結果に従って、UI要素をCanvasへ描画します。

フェーズDrawing

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フェーズの実行

周期的に行われる描画処理において、表示が変更されないUI要素(Composable関数)の再描画は無駄な処理です。ですので、表示が変更されたUI要素のみを再描画する手法が取られます。

しかも、この再描画の判断はフェーズ毎に行われます。つまり、各フェーズは表示が変更された場合に実行され、変更されない場合はスキップします。

実行の条件

フェーズの実行の条件は図のようになります。

各フェーズの状態の読み取り対象が異なる点に注意してください。

フェーズのスキップの条件

フローチャートに示した通り、フェーズ:Compositionが実行されると、フェーズ:LayoutとDrawingの実行は必須となります。

Jetpack Composeのドキュメントに「再Compose」という言葉が登場します。これは、再描画でフェーズ:Compositionを実行する事と同意です。さらに、再描画で描画処理(3フェーズ全て)を実行する事と同意です。

実行の例

例はフェーズの実行を見える形に表現したサンプルです。

アプリの起動から10秒後に状態が更新されます。これにより表示が変更されて、条件に合ったフェーズが実行されます。

  • 上段の写真 –> フェーズ:Drawingを実行
  • 中段の写真 –> フェーズ:Layoutを実行
  • 下段の写真 –> フェーズ:Compositionを実行
        val _photos = arrayOf(
            Pair("Azami", R.drawable.azami),
            Pair("Bike", R.drawable.bike),
            Pair("Leaf", R.drawable.leaf1),
            Pair("Leaf", R.drawable.leaf2)
        )

        setContent {
            val _dummy = remember { mutableStateOf(0) }
            val _flag = mutableStateOf(false)

            val _photo0 = _photos[0].second
            val _modifier0 = Modifier.drawWithContent {
                drawContent()
                if(_flag.value)   // _flagの変更 -> Drawingをスケジューリング
                    drawRoundRect(color = Color.Red, style = Stroke(3.0f))
            }
            
            val _photo1 = _photos[1].second
            val _modifier1 = Modifier.offset {
                if(_flag.value)   // _flagの変更 -> Layoutをスケジューリング
                    IntOffset(10.dp.roundToPx(), 0)
                else
                    IntOffset.Zero
            }
            
            var _photo2 = _photos[2].second
            val _modifier2 = Modifier
            
            MyApplicationTheme {
                Surface(
                    modifier = Modifier.fillMaxSize(),
                    color = MaterialTheme.colorScheme.background
                ) {
                    Column(
                        horizontalAlignment = Alignment.CenterHorizontally,
                        verticalArrangement = Arrangement.Center
                    ) {
                        Photo(_photo0, modifier = _modifier0)
                        Spacer(modifier = Modifier.size(10.dp))

                        Photo(_photo1, modifier = _modifier1)
                        Spacer(modifier = Modifier.size(10.dp))

                        Photo(_photo2, modifier = _modifier2)
                        Spacer(modifier = Modifier.size(10.dp))

                        // ↓↓Surface階層に再Composeをスケジューリングためのダミー↓↓
                        val __dummy = _dummy.value
                        Button(onClick = {_dummy.value++}) {
                            Text(text = "Recompose ${__dummy}")
                        }
                    }
                }
            }
            // 別スレッドで状態を更新
            val _coroutineScope = rememberCoroutineScope()
            _coroutineScope.launch(Dispatchers.Default) {
                delay(10000)
                _flag.value = true
                _photo2 = _photos[3].second   // _photo2の変更 -> Compositionをスケジューリング
            }
        }
@Composable
fun Photo(@DrawableRes id: Int, modifier: Modifier = Modifier) {
    Image(
        painter = painterResource(id), contentDescription = null,
        modifier = modifier.size(140.dp, 105.dp)
    )
}

フェーズ:DrawingとLayoutは再Compose(再Composition)で無いため、Layout Inspectorで観測(カウント値)されません。

フェーズのスキップ

 
※Layout Inspectorの表示は「Jetpack Compose:Layout Inspectorで再Composeを確認」を参照

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