flutter填坑之旅（widget原理篇）

Flutter 的跨平台思路快速让他成为“新贵”，连跨平台界的老大哥 “JS” 语言都“视而不见”，大胆的选择 Dart 也让 Flutter 在前期的推广中饱受争议。
短短两年，不算 PR ，Flutter 的 issue 已经有近 1.8 万的 closed 和 8000+ open , 这代表了它的热度，也代表着它需要面对的问题和挑战。不支持 Release 模式下的热更新，也让用户更多徘徊于 React Native 不愿尝试。
不过有一点可以确定的，那就是 Flutter 的版本号上是彻底战胜了 React Naitve 。

我们可以看到，移动端跨平台的发展，从单纯的套壳打包，到提供高性能的跨平台控件封装，再到现在的控件与平台脱离的发展。 整个发展历程，就是对 性能、复用、高效 的不断追求。

先来看一张关于flutter框架的简易图

一、Flutter Widget 的实现原理

Flutter 是 UI 框架，Flutter 内一切皆 Widget ，每个 Widget 状态都代表了一帧，Widget 是不可变的。 那么 Widget 是怎么工作的呢？

如下图可以看到，是一个简单的 Flutter Widget 页面代码，页面包含了一个标题和容易，那在页面 build 时，它是怎么表绘制出来的呢？同时它是如何保证性能？而Widget 又是怎么样的一个概念？后面我们将逐步揭晓。

首先看上图代码，其实如图的代码并不是真正的 View 级别代码，它们更像是配置文件。
而要知道 Widget 是如何工作的，这就涉及到 Flutter 的三大金刚：Widget 、 Element 、RenderObject 。 事实上，这三大金刚才能组成了 Flutter Framework 的基础渲染闭环。

如上图所示，当一个 Widget 被“加载“的时候，它并不是马上被绘制出来，而是会对应先创建出它的 Element ，然后通过 Element 将 Widget 的配置信息转化为 RenderObject 实现绘制。

所以，在 Flutter 中大部分时候我们写的是 Widget ，但是 Widget 的角色反而更像是“配置文件” ，真正触发工作的其实是 RenderObject。
小结一下这里的关系就是：

• Widget 是配置文件。
• Element 是桥梁和仓库。
• RenderObject 是解析后的绘制和布局。

对应详细的解释就是：

• 所以我们写的 Widget，它需要转化为相应的 RenderObject 去工作；
• Element 持有 Widget 和 RenderObject ，作为两者的桥梁，并保存着一些状态参数，
• 我们在 Flutter 框架中常见到的 BuildContext ，其实就是 Element 的抽象 ；
• 最后框架会将 Widget 的配置信息，转化到 RenderObject 内，告诉 Canvas 应该在哪个 Rect 内，绘制多大 Size 的数据。

所以 Widget 和我们以前的布局概念不一样，因为 Widget 是不可变的（immutable），且只有一帧，且不是真正工作的对象，每次画面变化，都会导致一些 Widget 重新 build 。

那到这里，我们可能就会关心性能的问题，Flutter 是如何保证性能呢？

1.1、Widget 的轻量级

其实就是回归到了 Widget 的定位，作为“配置文件”，Widget 的变化，是否也会导致 Element 和 RenderObject 也会重新创建？

答案是不一定会， Widget 只是一个 “配置文件” 的作用，是非常轻量级的，它的存在，只是起到对 RenderObject 的数据进行配置的作用。

但是 RenderObject 就不一样了，它涉及到了 layout、paint 等真实 的绘制操作，可以认为是一个真正的 “View” ，如果频繁创建就会导性能出现问题。

所以在 Flutter 中，会有一系列的判断，来处理 Widget 到 RenderObject 转化的性能问题 ，这部分操作通常是在 Element 中进行的 ， 例如 updateChild时，会有如下图所示的判断：

• 当 element.child.widget == widget.build() 时，就不会触发 update 操作；

• 在 update 时，canUpdate(element.child.widget, newWidget)返回 true， Element 才会被更新；（这里代码中的 slot 一般为 Element 对象，有时候会传空）

• 其他还有利用 isRelayoutBoundary 、 isRepaintBoundary 等参数，来实现局部的更新判断，比如：当执行 markNeedsPaint() 触发绘制时，会通过 isRepaintBoundary 是否为 true ， 往上确定了更新区域，通过 requestVisualUpdate 方法触发更新往下绘制。

通过 isRepaintBoundary 参数， 对应的 RenderObject 可以组成一个 Layer 。

所以这就可以解答一些初学者的疑问，嵌套那么多 Widget ，性能会不会有问题？

这也体现出 Flutter 在布局上和其他框架不同的地方，你写的 Widget 只是配置文件，堆叠嵌套了一堆控件，对最终的 RenderObject 而言，可能只是多几个 Offset 和 Size 计算而已。

结合上面的理解，可以知道 Widget 大部分时候，其实只是轻量级的配置，对于性能问题，你更需要关心的是 Clip 、Overlay 、透明合成等行为，因为它们会需要产生 saveLayer 的操作，因为 saveLayer 会清空GPU绘制的缓存。

最后总结个面试点：

• 同一个 Widget 可以同时描述多个渲染树中的节点，作为配置文件是可以复用的。Widget 和 RenderObject 一般情况是一对多的关系。 （ 前提是在 Widget 存在 RenderObject 的情况。）

• Element 是 Widget 的某个固定实例，与 RenderObject 一一对应。（前提是在 Element 存在 RenderObject 的情况。）

• RenderObject 内 isRepaintBoundary 标示使得它们组成了一个个 Layer 区域。

当 isRepaintBoundary 为 true 时，该区域就是一个可更新绘制区域，而当这个区域形成时，就会新创建一个 Layer 。 但不是每个 RenderObject 都会有 Layer ， 因为这受 isRepaintBoundary 的影响。

注意，Flutter 中常见的 BuildContext ，其实就是 Element 的抽象，通过 BuildContext ，我们一般情况就可以对应获得 Element ，也就是拿到了“仓库的钥匙” ，通过 context 就可以去获取 Element 内持有的东西，比如前面所说的 RenderObject ，还有后面我们会谈到 State 等。

1.2 Widget 的分类

这里我们将 Widget 分为如下图所示分类：是否存在 State 、是否存在RenderObject 。

其实还可以按照 RenderBox 和 RenderSliver 分类，但是篇幅原因以后再介绍。

1.2.1 是否存在 State

Flutter 中我们常用的 Widget 有：StatelessWidget 和 StatefulWidget 。

如下图， StatelessWidget 的代码很简单，因为 Widget 是不可变的，传入的 text 决定了它显示的内容，并且 text 也算是 final 的。

注意图中 DemoPage 有个黄色警告，这是因为我们定义了 int i = 0 不是 final 导致的，在 StatelessWidget 中， 非 final 的变量起始容易产生误解，因为 Widget 本事就是不可变的。

前面我们说过 Widget 都是不可变的，在这个基础上，StatefulWidget 的 State ，帮我们实现了 Widget 的跨帧绘制 ， 也就是在每次 Widget 重构时，可以通过 State 重新赋予 Widget 需要的配置信息，而这里的 State对象，就是存在每个 Element 里的。

同时，前面我们说过，Flutter 内的 BuildContext 其实就是 Element 的抽象，这说明我们可以通过 context 去获取 Element 内的东西，比如 State 、RenderObject 、 Widget

Widget ancestorWidgetOfExactType
 State ancestorStateOfType
 State rootAncestorStateOfType
 RenderObject ancestorRenderObjectOfType
 

如下图所示，保存在 State 中的 text ，当我们点击按键时，setState 时它被标志为 “变化了” ， 它可以主动发生改变，保存变量，不再只是“只读”状态了。

1.2.2 容器 Widget/渲染 Widget

在 Flutter 中还有 容器 Widget 和 渲染Widget 的区别，一般情况下:

• Text、Slider 、ListTile 等都是属于渲染 Widget ，其内部主要是 RenderObjectElement ，对应有 RenderObject 参数。

• StatelessWidget / StatefulWidget 等属于容器 Widget ，其内部使用的是 ComponentElement ， ComponentElement 本身是不存在 RenderObject 的。

所以作为容器 Widget， 获取它们的 RenderObject 时，获取到的是 build后的树结构里，最上面渲染 Widget的 RenderObject 。

如上图所示 findRenderObject 的实现，最终就是获取 renderObject，在遇到 ComponentElement 时，执行的是 element.visitChildren(visit); , 递归直到找到 RenderObjectElement ，再返回它的 renderObject。

获取 RenderObject 在 Flutter 里很重要的，因为获取控件的位置和大小等，都需要通过 RenderObject 获取。

1.3 RenderObject

Flutter 中各类 RenderObject 的实现，大多都是颗粒度很细，功能很单一的存在 ：

然而接触过 Flutter 的同学应该知道 Container 这个 Widget ，Container的功能却不显单一，这是为什么呢？

如下图，因为 Container 其实是容器 Widget ， 它只是把其他“单一”的 Widget 做了二次封装，然后通过配置参数来达到 “多功能的效果” 而已。

所以 Flutter 开发中，我们经常会根据功能定义出各类如 Continer、Scaffold 等脚手架模版，实现灵活与复用的界面开发。

回归到 RenderObject ，事实上 RenderObject 还属于比较“低级”的阶段，因为绘制到屏幕上我们还需要坐标体系和布局协议等，所以 大部分 Widget 的 RenderObject 会是子类 RenderBox (RenderSliver 例外) ， 因为 RenderObject 本身只实现了基础的 layout 和 paint ，而绘制到屏幕上，我们需要的坐标和大小等，这些内容是在 RenderBox 中开始实现。

RenderSliver 主要是在滚动控件中继承使用。

比如控件被绘制在 x=10,y=20 的位置，然后大小由 parent 对它进行约束显示，RenderBox 继承了 RenderObject，在其基础上实现了 笛卡尔坐标系和布局协议。

这里我们通过 Offstage 这个 Widget ，看下其 RenderBox 子类的实现逻辑， Offstage 是用于控制 child 是否显示的作用，如下图，可以看到 RenderOffstage 对于 offstage 标志位的内部逻辑：

那么 Flutter 中的布局协议是什么呢？

简单来说就是 child 和 parent 之间的大小应该怎么显示，由谁决定显示区域。 相信从 Android 到接触 Flutter 的同学有这样的疑惑， Flutter 中的 match_parent 和 wrap_content 逻辑需要怎么设置？

就我们从一个简单的代码分析，如下图所示，Row 布局我们没有设置任何大小，它是怎么确定自身大小的呢？

我们翻阅源码，可以发现其实 Flutter 中常用的 Row 、Column 等其实都是 Flex 的子类，只是对 Flex 做了简单默认配置。

那按照我们前面的理解，看一个 Widget 的实现逻辑，就应该看它的 RenderObject ， 而在 Flex 布对应的 RenderFlex 中，我们可以看到如下一段代码：

可以看到在布局的时候，RenderFlex 首先要求 constraints != null，Flex 布局的上层中必须存在约束，不然肯定会报错

之后，在布局时，Row 布局的 direction 是横向的，所以 maxMainSize 为上层布局的最大宽度，然后根据我们配置的 mainAxisSize 的参数：

• 当 mainAxisSize 为 max 时，我们 Row 的横向布局就是 maxMainSize ；

• 当 mainAxisSize 为 min 时，我们 Row 的横向布局就是 allocatedSize ；

前面 maxMainSize 我们知道了是父布局的最大宽度，而 allocatedSize 其实就是 child 的宽度之和。所以结果很明显了：

对于 Row 来说， mainAxisSize 为 max 时就是 match_parent；mainAxisSize 为 min 时就是 wrap_content 。

而高度 crossSize ，其实是由 math.max(crossSize, _getCrossSize(child)); 决定，也就是 child中最高的一个作为其高度。

最后小结一个知识点：

布局一般都是由上层往下传递 Constraints ，然后由下往上返回 Size。

那如何直接自定义 RenderObject 布局？

抛开 Flutter 为我们封装的好的，三大金刚 Widget 、Element、RednerObject 一个不少，当然， Flutter 内置了很多封装帮我们节省代码。

一般情况下自定义 RenderObject 布局：

• 我们会继承 MultiChildRenderObjectWidget 和 RenderBox 这两个 abstract 类，实现自己的Widget 和 RenderObject 对象；

• 然后利用 MultiChildRenderObjectElement 关联起它们；

• 除此之外，还有几个关键的类：ContainerRenderObjectMixin 、 RenderBoxContainerDefaultsMixin 和 ContainerBoxParentData 等可以帮你减少代码量。
  

总结起来， 对于 Flutter 而言，整个屏幕都是一块画布，我们通过各种 Offset 和 Rect 确定了位置，然后通过 Canvas 绘制上去，目标是整个屏幕区域，整个屏幕就是一帧，每次改变都是重新绘制。

这里没有介绍 RenderSliver 相关，它的输入和输出和 Renderbox 又不大一样，有机会我们后面再详细介绍。

二、Flutter 的实战技巧

2.1 InheritedWidget

InheritedWidget 是 Flutter 的灵魂设定之一。

InheritedWidget 共享的是 Widget ，只是这个 Widget 是一个 ProxyWidget ，它自己本身并不绘制什么，但共享这个 Widget 内保存有的数据，从而到了共享状态的目的。

如下图所示，是 Flutter 中常见的 Theme ，其内部就是使用了 _InheritedTheme 这个 InheritedWidget 来实现主题的全局共享的。那么 InheritedWidget 是如何实现全局共享的呢？

其实在 Element 的内部有一个 Map<Type, InheritedElement> _inheritedWidgets; 参数，

_inheritedWidgets 一般情况下是空的，只有当父控件是 InheritedWidget 或者本身是 InheritedWidget 时，它才会被初始化，而当父控件是 InheritedWidget 时，这个 Map 会被一级一级往下传递与合并。

所以当我们通过 context 调用 inheritFromWidgetOfExactType 时，就可以通过这个 Map 往上查找，从而找到这个上级的 InheritedWidget 。（毕竟 context is Element）

如我们的 Theme/ThemeData 、Text/DefaultTextStyle、Slider / SliderTheme 等，如下代码所示，我们可以定义全局的 ThemeData 或者局部的 DefaultTextStyle ，从而实现全局的自定义和局部的自定义共享等。

其实，Flutter 中大部分的状态管理控件，其状态共享方法，也是基于 InheritedWidget 去实现的。

2.2 支持原生控件

前面我们说过， Flutter 既然不依赖于原生控件，那么如何集成一些平台已有的控件呢？比如 WebView 和 Map ？

我们这里以 WebView 为例子：

在官方 WebView 控件支持出来之前 ， 第三方是直接在 FlutterView 上覆盖了一个新的原生控件，利用 Dart 中的占位控件传递位置和大小。

如下图，在 Flutter 端 push 出一个 设定好位置和大小 的 SingleChildRenderObjectWidget ，从而得到需要显示的大小和位置，将这些信息通过 MethodChannel 传递到原生层，在原生层 addContentView 一个指定大小和位置的 WebView 。

这时候 WebView 和 SingleChildRenderObjectWidget 处于一样的大小和位置，而空白部分则用 FLutter 的 Appbar 显示。

这样看起来就像是在 Flutter 中添加了 WebView ，但实际这脱离了 Flutter 的渲染树，其中一个问题就是，当你跳转 Flutter 其他页面的时候，会被 WebView 挡住；并且打开页面的动画，Appbar 和 WebView 难以保持一致。

后面 官方 WebView 控件支持出来后，这时候官方是利用 PlatformView 的设计，完成了不脱离 Flutter 渲染堆栈，也能集成平台原生控件的功能。

以 Android 为例，Android 上是利用了副屏显示的底层逻辑，使用 VirtualDisplay 类，创建一个虚拟显示器，需要调用 DisplayManager 的 createVirtualDisplay() 方法，将虚拟显示器的内容渲染在一个内存的 Surface 上 ，生成一个唯一的 textureId 。

如下图，之后渲染时将 textureId 传递给 Dart 层，渲染引擎会根据 textureId , 获取到内存里已渲染数据，绘制到 AndroidView 上进行显示。

2.3 错误处理

Flutter 中比较有趣的情况是，在 Dart 中的一些错误，并不会导致应用闪退，而是通过如下的红色堆栈 UI ，错误区域不同，可能是全屏红，也可能局部红，这种状态就和传统 APP 的“崩溃”状态不大一样了。

在开发过程中这样的显示没太大问题，但事实发布线上版本就不合适了，所以我们一般会选择自定义错误显示。

如下图所示，一般我们可以通过如下处理，自定义我们的错误页面，并且收集错误信息。

重写 ErrorWidget 的 builder 方法，然后将信息收集到 Zone 中，返回自己的自定义错误显示，最后在 Zone 内利用 onError 统一处理错误。

三、Flutter Web

最后简单说下 Flutter Web ，Flutter 在支持 Web 平台上的优势在于 Flutter UI 与平台的耦合度很低，而 Dart 起初就是为了 Web 而生，一拍即合下 Flutter 支持 Web 并不是什么意外。
但是 Web 平台就绕不过 JS ，在 Web 平台，实际上 Image 控件最后会通过 dart2js 转化为 标签并通过 src 赋值显示。

同时，多了一个平台就多了需要兼容的，目前 Flutter 的 issue 仍然不少，而 Web 支持虽然已经合并到主项目中，但是在兼容、性能等问题上还需要继续优化，比如 Flutter Web 中 canvas.drawColor(Colors.black, BlendMode.clear);是会出现运行错误的，因为不支持 BlendMode.clear 。