深入了解Flutter界面开发
作者：闲鱼技术-朝空
概要
本文不是flutter界面开发入门文章，而是一篇深入介绍Flutter framework关于视图树的创建与管理机制、布局、渲染的原理、以及flutter布局与渲染相关性能优化的设计思路的文章。同时介绍在使用flutter开发过程中，遇到的一些坑和相应的解决方案。
Flutter框架简介
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- 跨平台应用的框架，没有使用WebView或者系统平台自带的控件，使用自身的高性能渲染引擎(Skia)自绘，
- 界面开发语言使用dart，底层渲染引擎使用C, C++
- 组合大于继承，控件本身通常由许多小型、单用途的控件组成，结合起来产生强大的效果，类的层次结构是扁平的，以最大化可能的组合数量
Rendering Pipeline
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本文主要介绍build、layout、paint的三个阶段
视图树
Widget&Element&RenderObject
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flutter视图树包含了三种树，上图只是介绍了三颗树的基础class的对应关系和功能介绍
创建树
- 创建widget树
-
调用runApp(rootWidget)，将rootWidget传给rootElement,做为rootElement的子节点,生成Element树，由Element树生成Render树
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- Widget:存放渲染内容、视图布局信息,widget的属性最好都是immutable(如何更新数据呢？查看后续内容)
- Element:存放上下文，通过Element遍历视图树，Element同时持有Widget和RenderObject
- RenderObject:根据Widget的布局属性进行layout，paint Widget传人的内容
更新树
为什么widget都是immutable？
flutter界面开发是一种响应式编程，主张simple is fast，flutter设计的初衷希望数据变更时发送通知到对应的可变更节点（可能是一个StatefullWidget子节点,也可以是rootWidget）,由上到下重新create widget树进行刷新，这种思路比较简单，不用关心数据变更会影响到哪些节点。
widget重新创建，element树和renderObject树是否也重新创建？
widget只是一个配置数据结构，创建是非常轻量的，加上flutter团队对widget的创建/销毁做了优化，不用担心整个widget树重新创建所带来的性能问题，但是renderobject就不一样了，renderobject涉及到layout、paint等复杂操作，是一个真正渲染的view，整个view 树重新创建开销就比较大，所以答案是否定的。
树的更新规则
- 找到widget对应的element节点，设置element为dirty，触发drawframe, drawframe会调用element的performRebuild()进行树重建
- widget.build() == null, deactive element.child,删除子树，流程结束
- element.child.widget == NULL, mount 的新子树，流程结束
- element.child.widget == widget.build() 无需重建，否则进入流程5
- Widget.canUpdate(element.child.widget, newWidget) == true，更新child的slot，element.child.update(newWidget)(如果child还有子节点，则递归上面的流程进行子树更新),流程结束，否则转6
- Widget.canUpdate(element.child.widget, newWidget) ！= true（widget的classtype 或者 key 不相等），deactivew element.child，mount 新子树
注意事项：
- element.child.widget == widget.build(),不会触发子树的update，当触发update的时候，如果没有生效，要注意widget是否使用旧widget，没有new widget，导致update流程走到该widget就停止了
- 子树的深度变化，会引起子树重建，如果子树是一个复杂度很高的树，可以使用GlobalKey做为子树widget的key。GlobalKey具有缓存功能
如何触发树更新
- 全局更新：调用runApp(rootWidget)，一般flutter启动时调用后不再会调用
- 局部子树更新, 将该子树做StatefullWidget的一个子widget，并创建对应的State类实例，通过调用state.setState() 触发该子树的刷新
Widget
StatefullWidget vs StatelessWidget
- StatelessWidget:无中间状态变化的widget，需要更新展示内容就得通过重新new，flutter推荐尽量使用StatelessWidget
- StatefullWidget:存在中间状态变化，那么问题来了，widget不是都immutable的，状态变化存储在哪里？flutter 引入state的类用于存放中间态，通过调用state.setState()进行此节点及以下的整个子树更新
State 生命周期
- initState(): state create之后被insert到tree时调用的
- didUpdateWidget(newWidget):祖先节点rebuild widget时调用
- deactivate():widget被remove的时候调用，一个widget从tree中remove掉，可以在dispose接口被调用前，重新instert到一个新tree中
- didChangeDependencies():
- 初始化时，在initState()之后立刻调用
- 当依赖的InheritedWidget rebuild,会触发此接口被调用
- 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.
- dispose():Widget彻底销毁时调用
- reassemble(): hot reload调用
注意事项：
- A页面push一个新的页面B,A页面的widget树中的所有state会依次调用deactivate(), didUpdateWidget(newWidget)、build()（这里怀疑是bug，A页面push一个新页面，理论上并没有将A页面进行remove操作），当然从功能上，没有看出来有什么异常
- 当ListView中的item滚动出可显示区域的时候，item会被从树中remove掉，此item子树中所有的state都会被dispose，state记录的数据都会销毁，item滚动回可显示区域时，会重新创建全新的state、element、renderobject
- 使用hot reload功能时，要特别注意state实例是没有重新创建的，如果该state中存在一下复杂的资源更新需要重新加载才能生效，那么需要在reassemble()添加处理，不然当你使用hot reload时候可能会出现一些意想不到的结果，例如，要将显示本地文件的内容到屏幕上，当你开发过程中，替换了文件中的内容，但是hot reload没有触发重新读取文件内容，页面显示还是原来的旧内容
数据流转
从上往下
数据从根往下传数据，常规做法是一层层往下，当深度变大，数据的传输变的困难，flutter提供InheritedWidget用于子节点向祖先节点获取数据的机制，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及其以下的节点可以通过调用下面的接口读取color数据
FrogColor.of(context).color
说明：BuildContext 就是Element的一个接口类
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context.inheritFromWidgetOfExactType(FrogColor)其实是通过context/element往上遍历树，查找到第一个FrogColor的祖先节点，取该节点的widget对象
从下往上
子节点状态变更，向上上报通过发送通知的方式
- 定义通知类，继承至Notification
- 父节点使用NotificationListener 进行监听捕获通知
- 子节点有数据变更调用下面接口进行数据上报
Notification(data).dispatch(context)
闲鱼flutter的界面框架设计
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Layout
Size 计算
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parent传入约束条件，在dramframe的layout阶段，child根据自身的渲染内容返回size
问题：在build()阶段获取不到size，很多时候需要提前知道部分widget size来进行布局，解决方案当widget 在对应renderobject的layout阶段之后，发送一个LayoutChangeNotification,参考SizeChangedLayoutNotifier class，但是SizeChangedLayoutNotifier没有上报init layout size，可以自己参考这个实现封装一个Notifier
Offset 计算
- renderObject拿到计算好的size，再加上一些布局属性（align、paddig）等，计算child相对parent的offset
- offset存放在每个child renderObject的BoxParentData中
- 当parent拥有mutil children时，BoxParentData还用来存children兄弟节点之间的遍历顺序
Relayout boundary
renderObject在layout阶段做了Relayout boundary的优化，当子树进行relayout时，满足下面三种中的一种
- parentUsesSize == false
- sizedByParent == true
- constraints.isTight
那么该renderObject设置为Relayout boundary，也就是该renderObject的重新layout不触发parent的layout，一般情况下开发人员不需要关心Relayout boundary，除非是使用CustomMultiChildLayout
Paint
Layer
iOS的每一个UIView都有一个layer，flutter的render object不一定存在layer，一般情况下一个renderObject子树都渲染在一个layer上，那么什么renderObject具有layer，子renderObject怎么渲染到这个layer？
- 当一个renderObject的
alwaysNeedsCompositing == true或者isRepaintBoundary == true，renderOject会有对应的compositing layer -
子renderObject会对目标layer返回对应的offsetLayer, 目标compositing layer再根据offset合成一个渲染的纹理buffer
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Repaint Boundary
类似Relayout boundary,Paint阶段也有Repaint Boundary，目的和layout一样，就是对应子树的paint不会导致外部的repaint，但是Relayout boundary需要开发人员自己设置，使用RepaintBoundary widget进行设置，ListView在渲染的item默认都是使用了RepaintBoundary，显而易见ListView的children之间都是相互独立的。
Flutter建议复杂的image渲染使用RepaintBoundary，image的渲染需要io操作，然后解码，最后渲染，使用RepaintBoundary可以进行gpu的缓存，但是不一定就会缓存，engine会判断这个image是否足够复杂，毕竟gpu缓存还是非常珍贵的，同时RepaintBoundary还会对一些反复渲染的layer进行缓存处理（反复渲染3次及以上，这个是flutter的视频中提到的）
结语
Flutter还处于Beta阶段，有些界面编程的接口设计还不够成熟，相比iOS和安卓生态还很不成熟，需要我们共同的创建，Flutter提供的调试工具相比一开始接触的时候，已经完善很多，让我们给Flutter更多的耐心和包容，期待Flutter越来越完善。
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