深入了解Flutter界面開發

作者：閑魚技術-朝空

概要

本文不是flutter界面開發入門文章，而是一篇深入介紹Flutter framework關於視圖樹的創建與管理機制、布局、渲染的原理、以及flutter布局與渲染相關性能優化的設計思路的文章。同時介紹在使用flutter開發過程中，遇到的一些坑和相應的解決方案。

Flutter框架簡介

1. 跨平台應用的框架，沒有使用WebView或者系統平台自帶的控制項，使用自身的高性能渲染引擎(Skia)自繪，
2. 界面開發語言使用dart，底層渲染引擎使用C, C++
3. 組合大於繼承，控制項本身通常由許多小型、單用途的控制項組成，結合起來產生強大的效果，類的層次結構是扁平的，以最大化可能的組合數量

Rendering Pipeline

本文主要介紹build、layout、paint的三個階段

視圖樹

Widget&Element&RenderObject

flutter視圖樹包含了三種樹，上圖只是介紹了三顆樹的基礎class的對應關係和功能介紹

創建樹

1. 創建widget樹
2. 調用runApp(rootWidget)，將rootWidget傳給rootElement,做為rootElement的子節點,生成Element樹，由Element樹生成Render樹

1. Widget:存放渲染內容、視圖布局信息,widget的屬性最好都是immutable(如何更新數據呢？查看後續內容)

1. Element:存放上下文，通過Element遍歷視圖樹，Element同時持有Widget和RenderObject
2. RenderObject:根據Widget的布局屬性進行layout，paint Widget傳人的內容

更新樹

為什麼widget都是immutable？

flutter界面開發是一種響應式編程，主張simple is fast，flutter設計的初衷希望數據變更時發送通知到對應的可變更節點（可能是一個StatefullWidget子節點,也可以是rootWidget）,由上到下重新create widget樹進行刷新，這種思路比較簡單，不用關心數據變更會影響到哪些節點。

widget重新創建，element樹和renderObject樹是否也重新創建？

widget只是一個配置數據結構，創建是非常輕量的，加上flutter團隊對widget的創建/銷毀做了優化，不用擔心整個widget樹重新創建所帶來的性能問題，但是renderobject就不一樣了，renderobject涉及到layout、paint等複雜操作，是一個真正渲染的view，整個view 樹重新創建開銷就比較大，所以答案是否定的。

樹的更新規則

1. 找到widget對應的element節點，設置element為dirty，觸發drawframe, drawframe會調用element的performRebuild()進行樹重建
2. widget.build() == null, deactive element.child,刪除子樹，流程結束
3. element.child.widget == NULL, mount 的新子樹，流程結束
4. element.child.widget == widget.build() 無需重建，否則進入流程5
5. Widget.canUpdate(element.child.widget, newWidget) == true，更新child的slot，element.child.update(newWidget)(如果child還有子節點，則遞歸上面的流程進行子樹更新),流程結束，否則轉6
6. Widget.canUpdate(element.child.widget, newWidget) ！= true（widget的classtype 或者 key 不相等），deactivew element.child，mount 新子樹

注意事項：

1. element.child.widget == widget.build(),不會觸發子樹的update，當觸發update的時候，如果沒有生效，要注意widget是否使用舊widget，沒有new widget，導致update流程走到該widget就停止了
2. 子樹的深度變化，會引起子樹重建，如果子樹是一個複雜度很高的樹，可以使用GlobalKey做為子樹widget的key。GlobalKey具有緩存功能

如何觸發樹更新

1. 全局更新：調用runApp(rootWidget)，一般flutter啟動時調用後不再會調用
2. 局部子樹更新, 將該子樹做StatefullWidget的一個子widget，並創建對應的State類實例，通過調用state.setState() 觸發該子樹的刷新

Widget

StatefullWidget vs StatelessWidget

1. StatelessWidget:無中間狀態變化的widget，需要更新展示內容就得通過重新new，flutter推薦盡量使用StatelessWidget
2. StatefullWidget:存在中間狀態變化，那麼問題來了，widget不是都immutable的，狀態變化存儲在哪裡？flutter 引入state的類用於存放中間態，通過調用state.setState()進行此節點及以下的整個子樹更新

State 生命周期

1. initState(): state create之後被insert到tree時調用的
2. didUpdateWidget(newWidget):祖先節點rebuild widget時調用
3. deactivate():widget被remove的時候調用，一個widget從tree中remove掉，可以在dispose介面被調用前，重新instert到一個新tree中
4. didChangeDependencies():

• 初始化時，在initState()之後立刻調用
• 當依賴的InheritedWidget rebuild,會觸發此介面被調用

1. build():

• After calling [initState].
• After calling [didUpdateWidget].
• After receiving a call to [setState].
• After a dependency of this [State] object changes (e.g., an[InheritedWidget] referenced by the previous [build] changes).
• After calling [deactivate] and then reinserting the [State] object into the tree at another location.

1. dispose():Widget徹底銷毀時調用
2. reassemble(): hot reload調用

注意事項：

1. A頁面push一個新的頁面B,A頁面的widget樹中的所有state會依次調用deactivate(), didUpdateWidget(newWidget)、build()（這裡懷疑是bug，A頁面push一個新頁面，理論上並沒有將A頁面進行remove操作），當然從功能上，沒有看出來有什麼異常
2. 當ListView中的item滾動出可顯示區域的時候，item會被從樹中remove掉，此item子樹中所有的state都會被dispose，state記錄的數據都會銷毀，item滾動回可顯示區域時，會重新創建全新的state、element、renderobject
3. 使用hot reload功能時，要特別注意state實例是沒有重新創建的，如果該state中存在一下複雜的資源更新需要重新載入才能生效，那麼需要在reassemble()添加處理，不然當你使用hot reload時候可能會出現一些意想不到的結果，例如，要將顯示本地文件的內容到屏幕上，當你開發過程中，替換了文件中的內容，但是hot reload沒有觸發重新讀取文件內容，頁面顯示還是原來的舊內容

數據流轉

從上往下

數據從根往下傳數據，常規做法是一層層往下，當深度變大，數據的傳輸變的困難，flutter提供InheritedWidget用於子節點向祖先節點獲取數據的機制，如下例子：

class FrogColor extends InheritedWidget { const FrogColor({ Key key, @required this.color, @required Widget child, }) : assert(color != null), assert(child != null), super(key: key, child: child); final Color color; static FrogColor of(BuildContext context) { return context.inheritFromWidgetOfExactType(FrogColor); } @override bool updateShouldNotify(FrogColor old) => color != old.color;}

child及其以下的節點可以通過調用下面的介面讀取color數據

FrogColor.of(context).color

說明：BuildContext 就是Element的一個介面類

context.inheritFromWidgetOfExactType(FrogColor)其實是通過context/element往上遍歷樹，查找到第一個FrogColor的祖先節點，取該節點的widget對象

從下往上

子節點狀態變更，向上上報通過發送通知的方式

• 定義通知類，繼承至Notification
• 父節點使用NotificationListener 進行監聽捕獲通知
• 子節點有數據變更調用下面介面進行數據上報

  Notification(data).dispatch(context)

閑魚flutter的界面框架設計

Layout

Size 計算

parent傳入約束條件，在dramframe的layout階段，child根據自身的渲染內容返回size

問題：在build()階段獲取不到size，很多時候需要提前知道部分widget size來進行布局，解決方案當widget 在對應renderobject的layout階段之後，發送一個LayoutChangeNotification,參考SizeChangedLayoutNotifier class，但是SizeChangedLayoutNotifier沒有上報init layout size，可以自己參考這個實現封裝一個Notifier

Offset 計算

1. renderObject拿到計算好的size，再加上一些布局屬性（align、paddig）等，計算child相對parent的offset
2. offset存放在每個child renderObject的BoxParentData中
3. 當parent擁有mutil children時，BoxParentData還用來存children兄弟節點之間的遍歷順序

Relayout boundary

renderObject在layout階段做了Relayout boundary的優化，當子樹進行relayout時，滿足下面三種中的一種

• parentUsesSize == false
• sizedByParent == true
• constraints.isTight

那麼該renderObject設置為Relayout boundary，也就是該renderObject的重新layout不觸發parent的layout，一般情況下開發人員不需要關心Relayout boundary，除非是使用CustomMultiChildLayout

Paint

Layer

iOS的每一個UIView都有一個layer，flutter的render object不一定存在layer，一般情況下一個renderObject子樹都渲染在一個layer上，那麼什麼renderObject具有layer，子renderObject怎麼渲染到這個layer？

1. 當一個renderObject的 alwaysNeedsCompositing == true 或者isRepaintBoundary == true，renderOject會有對應的compositing layer
2. 子renderObject會對目標layer返回對應的offsetLayer, 目標compositing layer再根據offset合成一個渲染的紋理buffer

Repaint Boundary

類似Relayout boundary,Paint階段也有Repaint Boundary，目的和layout一樣，就是對應子樹的paint不會導致外部的repaint，但是Relayout boundary需要開發人員自己設置，使用RepaintBoundary widget進行設置，ListView在渲染的item默認都是使用了RepaintBoundary，顯而易見ListView的children之間都是相互獨立的。

Flutter建議複雜的image渲染使用RepaintBoundary，image的渲染需要io操作，然後解碼，最後渲染，使用RepaintBoundary可以進行gpu的緩存，但是不一定就會緩存，engine會判斷這個image是否足夠複雜，畢竟gpu緩存還是非常珍貴的，同時RepaintBoundary還會對一些反覆渲染的layer進行緩存處理（反覆渲染3次及以上，這個是flutter的視頻中提到的）

結語

Flutter還處於Beta階段，有些界面編程的介面設計還不夠成熟，相比iOS和安卓生態還很不成熟，需要我們共同的創建，Flutter提供的調試工具相比一開始接觸的時候，已經完善很多，讓我們給Flutter更多的耐心和包容，期待Flutter越來越完善。

參考資料

• https://github.com/flutter/flutter
• https://github.com/flutter/engine

Flutter - Beautiful native apps in record time?

flutter.io

http://weixin.qq.com/r/Pi4nIyXEpO3YKWFAb3u6 (二維碼自動識別)

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