作者：閑魚技術(shù)-朝空

概要

本文不是flutter界面開發(fā)入門文章，而是一篇深入介紹Flutter framework關(guān)于視圖樹的創(chuàng)建與管理機(jī)制、布局、渲染的原理、以及flutter布局與渲染相關(guān)性能優(yōu)化的設(shè)計(jì)思路的文章。同時(shí)介紹在使用flutter開發(fā)過程中，遇到的一些坑和相應(yīng)的解決方案。

Flutter框架簡(jiǎn)介

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1. 跨平臺(tái)應(yīng)用的框架，沒有使用WebView或者系統(tǒng)平臺(tái)自帶的控件，使用自身的高性能渲染引擎(Skia)自繪，
2. 界面開發(fā)語言使用dart，底層渲染引擎使用C, C++
3. 組合大于繼承，控件本身通常由許多小型、單用途的控件組成，結(jié)合起來產(chǎn)生強(qiáng)大的效果，類的層次結(jié)構(gòu)是扁平的，以最大化可能的組合數(shù)量

Rendering Pipeline

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本文主要介紹build、layout、paint的三個(gè)階段

視圖樹

Widget&Element&RenderObject

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flutter視圖樹包含了三種樹，上圖只是介紹了三顆樹的基礎(chǔ)class的對(duì)應(yīng)關(guān)系和功能介紹

創(chuàng)建樹

1. 創(chuàng)建widget樹

2. 調(diào)用runApp(rootWidget)，將rootWidget傳給rootElement,做為rootElement的子節(jié)點(diǎn),生成Element樹，由Element樹生成Render樹

   
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• Widget:存放渲染內(nèi)容、視圖布局信息,widget的屬性最好都是immutable(如何更新數(shù)據(jù)呢？查看后續(xù)內(nèi)容)
• Element:存放上下文，通過Element遍歷視圖樹，Element同時(shí)持有Widget和RenderObject
• RenderObject:根據(jù)Widget的布局屬性進(jìn)行l(wèi)ayout，paint Widget傳人的內(nèi)容

更新樹

為什么widget都是immutable？

flutter界面開發(fā)是一種響應(yīng)式編程，主張simple is fast，flutter設(shè)計(jì)的初衷希望數(shù)據(jù)變更時(shí)發(fā)送通知到對(duì)應(yīng)的可變更節(jié)點(diǎn)（可能是一個(gè)StatefullWidget子節(jié)點(diǎn),也可以是rootWidget）,由上到下重新create widget樹進(jìn)行刷新，這種思路比較簡(jiǎn)單，不用關(guān)心數(shù)據(jù)變更會(huì)影響到哪些節(jié)點(diǎn)。

widget重新創(chuàng)建，element樹和renderObject樹是否也重新創(chuàng)建？

widget只是一個(gè)配置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建是非常輕量的，加上flutter團(tuán)隊(duì)對(duì)widget的創(chuàng)建/銷毀做了優(yōu)化，不用擔(dān)心整個(gè)widget樹重新創(chuàng)建所帶來的性能問題，但是renderobject就不一樣了，renderobject涉及到layout、paint等復(fù)雜操作，是一個(gè)真正渲染的view，整個(gè)view 樹重新創(chuàng)建開銷就比較大，所以答案是否定的。

樹的更新規(guī)則

1. 找到widget對(duì)應(yīng)的element節(jié)點(diǎn)，設(shè)置element為dirty，觸發(fā)drawframe, drawframe會(huì)調(diào)用element的performRebuild()進(jìn)行樹重建
2. widget.build() == null, deactive element.child,刪除子樹，流程結(jié)束
3. element.child.widget == NULL, mount 的新子樹，流程結(jié)束
4. element.child.widget == widget.build() 無需重建，否則進(jìn)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(jié)點(diǎn)，則遞歸上面的流程進(jìn)行子樹更新),流程結(jié)束，否則轉(zhuǎn)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(xiàng)：

1. element.child.widget == widget.build(),不會(huì)觸發(fā)子樹的update，當(dāng)觸發(fā)update的時(shí)候，如果沒有生效，要注意widget是否使用舊widget，沒有new widget，導(dǎo)致update流程走到該widget就停止了
2. 子樹的深度變化，會(huì)引起子樹重建，如果子樹是一個(gè)復(fù)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(fā)樹更新

1. 全局更新：調(diào)用runApp(rootWidget)，一般flutter啟動(dòng)時(shí)調(diào)用后不再會(huì)調(diào)用
2. 局部子樹更新, 將該子樹做StatefullWidget的一個(gè)子widget，并創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的State類實(shí)例，通過調(diào)用state.setState() 觸發(fā)該子樹的刷新

Widget

StatefullWidget vs StatelessWidget

1. StatelessWidget:無中間狀態(tài)變化的widget，需要更新展示內(nèi)容就得通過重新new，flutter推薦盡量使用StatelessWidget
2. StatefullWidget:存在中間狀態(tài)變化，那么問題來了，widget不是都immutable的，狀態(tài)變化存儲(chǔ)在哪里？flutter 引入state的類用于存放中間態(tài)，通過調(diào)用state.setState()進(jìn)行此節(jié)點(diǎn)及以下的整個(gè)子樹更新

State 生命周期

1. initState(): state create之后被insert到tree時(shí)調(diào)用的
2. didUpdateWidget(newWidget):祖先節(jié)點(diǎn)rebuild widget時(shí)調(diào)用
3. deactivate():widget被remove的時(shí)候調(diào)用，一個(gè)widget從tree中remove掉，可以在dispose接口被調(diào)用前，重新instert到一個(gè)新tree中
4. didChangeDependencies():
   • 初始化時(shí)，在initState()之后立刻調(diào)用
   • 當(dāng)依賴的InheritedWidget rebuild,會(huì)觸發(fā)此接口被調(diào)用
5. 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.
6. dispose():Widget徹底銷毀時(shí)調(diào)用
7. reassemble(): hot reload調(diào)用

注意事項(xiàng)：

1. A頁面push一個(gè)新的頁面B,A頁面的widget樹中的所有state會(huì)依次調(diào)用deactivate(), didUpdateWidget(newWidget)、build()（這里懷疑是bug，A頁面push一個(gè)新頁面，理論上并沒有將A頁面進(jìn)行remove操作），當(dāng)然從功能上，沒有看出來有什么異常
2. 當(dāng)ListView中的item滾動(dòng)出可顯示區(qū)域的時(shí)候，item會(huì)被從樹中remove掉，此item子樹中所有的state都會(huì)被dispose，state記錄的數(shù)據(jù)都會(huì)銷毀，item滾動(dòng)回可顯示區(qū)域時(shí)，會(huì)重新創(chuàng)建全新的state、element、renderobject
3. 使用hot reload功能時(shí)，要特別注意state實(shí)例是沒有重新創(chuàng)建的，如果該state中存在一下復(fù)雜的資源更新需要重新加載才能生效，那么需要在reassemble()添加處理，不然當(dāng)你使用hot reload時(shí)候可能會(huì)出現(xiàn)一些意想不到的結(jié)果，例如，要將顯示本地文件的內(nèi)容到屏幕上，當(dāng)你開發(fā)過程中，替換了文件中的內(nèi)容，但是hot reload沒有觸發(fā)重新讀取文件內(nèi)容，頁面顯示還是原來的舊內(nèi)容

數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)

從上往下

數(shù)據(jù)從根往下傳數(shù)據(jù)，常規(guī)做法是一層層往下，當(dāng)深度變大，數(shù)據(jù)的傳輸變的困難，flutter提供InheritedWidget用于子節(jié)點(diǎn)向祖先節(jié)點(diǎn)獲取數(shù)據(jù)的機(jī)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);} @overridebool updateShouldNotify(FrogColor old) => color != old.color; } 

child及其以下的節(jié)點(diǎn)可以通過調(diào)用下面的接口讀取color數(shù)據(jù)
FrogColor.of(context).color

說明：BuildContext 就是Element的一個(gè)接口類

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context.inheritFromWidgetOfExactType(FrogColor)其實(shí)是通過context/element往上遍歷樹，查找到第一個(gè)FrogColor的祖先節(jié)點(diǎn)，取該節(jié)點(diǎn)的widget對(duì)象

從下往上

子節(jié)點(diǎn)狀態(tài)變更，向上上報(bào)通過發(fā)送通知的方式

• 定義通知類，繼承至Notification
• 父節(jié)點(diǎn)使用NotificationListener 進(jìn)行監(jiān)聽捕獲通知
• 子節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)變更調(diào)用下面接口進(jìn)行數(shù)據(jù)上報(bào)
  Notification(data).dispatch(context)

閑魚flutter的界面框架設(shè)計(jì)

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Layout

Size 計(jì)算

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parent傳入約束條件，在dramframe的layout階段，child根據(jù)自身的渲染內(nèi)容返回size

問題：在build()階段獲取不到size，很多時(shí)候需要提前知道部分widget size來進(jìn)行布局，解決方案當(dāng)widget 在對(duì)應(yīng)renderobject的layout階段之后，發(fā)送一個(gè)LayoutChangeNotification,參考SizeChangedLayoutNotifier class，但是SizeChangedLayoutNotifier沒有上報(bào)init layout size，可以自己參考這個(gè)實(shí)現(xiàn)封裝一個(gè)Notifier

Offset 計(jì)算

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

Relayout boundary

renderObject在layout階段做了Relayout boundary的優(yōu)化，當(dāng)子樹進(jìn)行relayout時(shí)，滿足下面三種中的一種

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

那么該renderObject設(shè)置為Relayout boundary，也就是該renderObject的重新layout不觸發(fā)parent的layout，一般情況下開發(fā)人員不需要關(guān)心Relayout boundary，除非是使用CustomMultiChildLayout

Paint

Layer

iOS的每一個(gè)UIView都有一個(gè)layer，flutter的render object不一定存在layer，一般情況下一個(gè)renderObject子樹都渲染在一個(gè)layer上，那么什么renderObject具有l(wèi)ayer，子renderObject怎么渲染到這個(gè)layer？

1. 當(dāng)一個(gè)renderObject的 alwaysNeedsCompositing == true 或者isRepaintBoundary == true，renderOject會(huì)有對(duì)應(yīng)的compositing layer

2. 子renderObject會(huì)對(duì)目標(biāo)layer返回對(duì)應(yīng)的offsetLayer, 目標(biāo)compositing layer再根據(jù)offset合成一個(gè)渲染的紋理buffer

   
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Repaint Boundary

類似Relayout boundary,Paint階段也有Repaint Boundary，目的和layout一樣，就是對(duì)應(yīng)子樹的paint不會(huì)導(dǎo)致外部的repaint，但是Relayout boundary需要開發(fā)人員自己設(shè)置，使用RepaintBoundary widget進(jìn)行設(shè)置，ListView在渲染的item默認(rèn)都是使用了RepaintBoundary，顯而易見ListView的children之間都是相互獨(dú)立的。
Flutter建議復(fù)雜的image渲染使用RepaintBoundary，image的渲染需要io操作，然后解碼，最后渲染，使用RepaintBoundary可以進(jìn)行g(shù)pu的緩存，但是不一定就會(huì)緩存，engine會(huì)判斷這個(gè)image是否足夠復(fù)雜，畢竟gpu緩存還是非常珍貴的，同時(shí)RepaintBoundary還會(huì)對(duì)一些反復(fù)渲染的layer進(jìn)行緩存處理（反復(fù)渲染3次及以上，這個(gè)是flutter的視頻中提到的）

結(jié)語

Flutter還處于Beta階段，有些界面編程的接口設(shè)計(jì)還不夠成熟，相比iOS和安卓生態(tài)還很不成熟，需要我們共同的創(chuàng)建，F(xiàn)lutter提供的調(diào)試工具相比一開始接觸的時(shí)候，已經(jīng)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。
簡(jiǎn)歷投遞：guicai.gxy@alibaba-inc.com

參考資料

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

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