flutter 专题四 Flutter渲染流程

一、 Widget - Element - RenderObject关系

二、 Widget 、Element 、RenderObject 分别表示什么

2.1 Widget 

     Widget描述和配置子树的样子

• Widget就是一个个描述文件，这些描述文件在我们进行状态改变时会不断的build。
• 但是对于渲染对象来说，只会使用最小的开销来更新渲染界面

2.2、Element 

• Element是一个Widget的实例，在树中详细的位置。
• Widget描述和配置子树的样子，而Element实际去配置在Element树中特定的位置

2.3、RenderObject

• 渲染树上的一个对象。
• RenderObject层是渲染库的核心

三、js生成的HTML代码和Element的理解

Element其实就相当于React中的虚拟DOM，我们先来理解一下前端里面的虚拟DOM。

当我们书写js生成的HTML代码，这时候会直接操作真实的DOM，操作真实DOM是非常消耗性能的，所以React和Vue都有虚拟DOM的概念，什么意思呢？就是当我们通过js操作HTML，我们会先去操作虚拟DOM，虚拟DOM中通过diff算法，判断哪些DOM需要修改，甚至不需要修改，最后把虚拟DOM打个补丁到真实DOM上，这样做的好处就是我们可以以最小的开销来更新真实的DOM。

我们再看一下上面的三棵树，Widget就相当于HTML代码，Element就相当于虚拟DOM，Render就相当于真实DOM；

当我们创建一个Widget的时候，我们也许就不需要创建一个新的Render对象，我们先去看看保存的Element的类型和key是否一致，如果一致，就直接修改属性即可，这样我们就没必要创建新的Render Object，也许只是修改其中某个属性就行，这样就做到了以最小的开销来更新Render Object。

四 、Flutter 的渲染流程大致如下

4.1 构建widget树：首先，你的应用程序会构建一个由widget组成的树。这些widget描述了应用程序的用户界面。

我们先给widget做个分类：

这些是组件Widget，不会生成RenderObject
Container()
Text()
HYHomeContent()

这些是渲染Widget，会生成RenderObject
Padding()
Row()

我们这里以Padding为例，Padding是用来设置内边距，我们看看这个Widget最后怎么生成RenderObject的。

2.1. Widget

Padding是一个Widget，并且继承自SingleChildRenderObjectWidget

继承关系如下：

Padding  -> SingleChildRenderObjectWidget -> RenderObjectWidget -> Widget

Container继承关系如下：

Container -> StatelessWidget -> Widget

我们之前在创建Widget时，经常使用StatelessWidget和StatefulWidget，这种Widget只是将其他的Widget在build方法中组装起来，并不是一个真正可以渲染的Widget（在之前的课程中其实有提到）。

在Padding的类中，我们找不到任何和渲染相关的代码，这是因为Padding仅仅作为一个配置信息，这个配置信息会随着我们设置的属性不同，频繁的销毁和创建。

问题：频繁的销毁和创建会不会影响Flutter的性能呢？

• 并不会，答案在我的另一篇文章中；
• https://mp.weixin.qq.com/s/J4XoXJHJSmn8VaMoz3BZJQ

那么真正的渲染相关的代码在哪里执行呢？

• RenderObjectWidget

2.2. RenderObjectWidget

我们来看Padding里面的代码，有一个非常重要的方法：

• 这个方法其实是来自RenderObjectWidget的类，在这个类中它是一个抽象方法；
• 抽象方法是必须被子类实现的，但是它的子类SingleChildRenderObjectWidget也是一个抽象类，所以可以不实现父类的抽象方法；
• 但是Padding不是一个抽象类，必须在这里实现对应的抽象方法，而它的实现就是下面的实现；

@override
RenderPadding createRenderObject(BuildContext context) {
  return RenderPadding(
    padding: padding,
    textDirection: Directionality.of(context),
  );
}

上面的代码创建了什么呢？RenderPadding

RenderPadding的继承关系是什么呢？

RenderPadding -> RenderShiftedBox -> RenderBox -> RenderObject

我们来具体查看一下RenderPadding的源代码：

• 如果传入的_padding和原来保存的value一样，那么直接return；
• 如果不一致，调用_markNeedResolution，而_markNeedResolution内部调用了markNeedsLayout；
• 而markNeedsLayout的目的就是标记在下一帧绘制时，需要重新布局performLayout；
• 如果我们找的是Opacity，那么RenderOpacity是调用markNeedsPaint，RenderOpacity中是有一个paint方法的；

  set padding(EdgeInsetsGeometry value) {
    assert(value != null);
    assert(value.isNonNegative);
    if (_padding == value)
      return;
    _padding = value;
    _markNeedResolution();
  }

总结： Widget只是描述了配置信息：

• 其中包含createElement方法用于创建Element；
• 也包含createRenderObject，但是不是自己在调用；

4.2 构建element树：然后，每个widget会被转换成一个element。这些element也构成了一棵树。

我们来思考一个问题：

• 之前我们写的大量的Widget在树结构中存在引用关系，但是Widget会被不断的销毁和重建，那么意味着这棵树非常不稳定；
• 那么由谁来维系整个Flutter应用程序的树形结构的稳定呢？
• 答案就是Element。
• 官方的描述：Element是一个Widget的实例，在树中详细的位置。

我们再研究Padding是怎么创建Element的，我们进入Widget类里面，发现有个createElement()方法：

@protected
@factory
Element createElement();

因为Widget是个抽象类，所以createElement方法必须被它的子类实现。我们也可以得出一个结论，只要你是一个widget，无论是不是渲染的widget，都要实现createElement方法，只不过每个类实现的不一样。

我们发现，对于Padding，是父类SingleChildRenderObjectWidget实现了这个方法，最后返回的是SingleChildRenderObjectElement。

1. @override

2. SingleChildRenderObjectElement createElement() => SingleChildRenderObjectElement(this);

对于Container，也是它的父类StatelessWidget实现了createElement方法：

@override

StatelessElement createElement() => StatelessElement(this);

同理，StatefulWidget也实现了createElement方法：

@override

StatefulElement createElement() => StatefulElement(this);

它们返回的对象不同，一个是StatelessElement，一个是StatefulElement，只不过都继承于ComponentElement。它们的区别就是StatefulElement会多一个state属性。

小总结：

1. 我们写一个widget
2. 对于渲染widget会创建RenderObject
3. 每一个widget都会创建一个Element对象
4. 在创建完一个Element之后，Flutter引擎会调用mount方法来将Element插入到树中具体的位置

Element什么时候创建？

在每一次创建Widget的时候，会创建一个对应的Element，然后将该元素插入树中。

在SingleChildRenderObjectWidget中，我们可以找到如下代码：

• 在Widget中，Element被创建，并且在创建时，将this（Widget）传入了，Element就保存了对Widget的应用；

@override
SingleChildRenderObjectElement createElement() => SingleChildRenderObjectElement(this);

在创建完一个Element之后，Flutter引擎会调用mount方法来将Element插入到树中具体的位置，再Element类中我们会找到如下代码：

进入ComponentElement源码，查看ComponentElement的mount的执行过程，代码比较繁琐，可以直接看下面总结。

abstract class ComponentElement extends Element {
  /// Creates an element that uses the given widget as its configuration.
  ComponentElement(super.widget);
 
  Element? _child;
 
  bool _debugDoingBuild = false;
  @override
  bool get debugDoingBuild => _debugDoingBuild;
 
  @override
  // 1. 调用mount方法
  void mount(Element? parent, Object? newSlot) {
    super.mount(parent, newSlot);
    assert(_child == null);
    assert(_lifecycleState == _ElementLifecycle.active);
    // 2. 调用_firstBuild
    _firstBuild();
    assert(_child != null);
  }
 
  void _firstBuild() {
    // StatefulElement overrides this to also call state.didChangeDependencies.
    // 3. 调用rebuild
    rebuild(); // This eventually calls performRebuild.
  }
 
  /// Calls the [StatelessWidget.build] method of the [StatelessWidget] object
  /// (for stateless widgets) or the [State.build] method of the [State] object
  /// (for stateful widgets) and then updates the widget tree.
  ///
  /// Called automatically during [mount] to generate the first build, and by
  /// [rebuild] when the element needs updating.
  @override
  @pragma('vm:notify-debugger-on-exception')
  // 6. 这是performRebuild
  void performRebuild() {
    assert(_debugSetAllowIgnoredCallsToMarkNeedsBuild(true));
    // 8.  就是这个Widget
    Widget? built;
    try {
      assert(() {
        _debugDoingBuild = true;
        return true;
      }());
      // 7. 调用build方法生成一个Widget
      built = build();
      assert(() {
        _debugDoingBuild = false;
        return true;
      }());
      debugWidgetBuilderValue(widget, built);
    } catch (e, stack) {
      _debugDoingBuild = false;
      built = ErrorWidget.builder(
        _debugReportException(
          ErrorDescription('building $this'),
          e,
          stack,
          informationCollector: () => <DiagnosticsNode>[
            if (kDebugMode)
              DiagnosticsDebugCreator(DebugCreator(this)),
          ],
        ),
      );
    } finally {
      // We delay marking the element as clean until after calling build() so
      // that attempts to markNeedsBuild() during build() will be ignored.
      _dirty = false;
      assert(_debugSetAllowIgnoredCallsToMarkNeedsBuild(false));
    }
    try {
      _child = updateChild(_child, built, slot);
      assert(_child != null);
    } catch (e, stack) {
      built = ErrorWidget.builder(
        _debugReportException(
          ErrorDescription('building $this'),
          e,
          stack,
          informationCollector: () => <DiagnosticsNode>[
            if (kDebugMode)
              DiagnosticsDebugCreator(DebugCreator(this)),
          ],
        ),
      );
      _child = updateChild(null, built, slot);
    }
  }
 
  /// Subclasses should override this function to actually call the appropriate
  /// `build` function (e.g., [StatelessWidget.build] or [State.build]) for
  /// their widget.
  @protected
  Widget build();
 
  @override
  void visitChildren(ElementVisitor visitor) {
    if (_child != null) {
      visitor(_child!);
    }
  }
 
  @override
  void forgetChild(Element child) {
    assert(child == _child);
    _child = null;
    super.forgetChild(child);
  }
}
 
// 4. 这是rebuild
void rebuild() {
  assert(_lifecycleState != _ElementLifecycle.initial);
  if (_lifecycleState != _ElementLifecycle.active || !_dirty) {
    return;
  }
  Element? debugPreviousBuildTarget;
  performRebuild();
}
 
/// Cause the widget to update itself.
///
/// Called by [rebuild] after the appropriate checks have been made.
@protected
// 5. 调用performRebuild
void performRebuild();
}
 
class StatelessElement extends ComponentElement {
  /// Creates an element that uses the given widget as its configuration.
  StatelessElement(StatelessWidget super.widget);
 
  @override
  // 9. 拿到widget,调用widget的build方法
  // 这个widget就是创建element的时候传进来的widget
  Widget build() => (widget as StatelessWidget).build(this);
 
  @override
  void update(StatelessWidget newWidget) {
    super.update(newWidget);
    assert(widget == newWidget);
    _dirty = true;
    rebuild();
  }
}

上面1-9步，看起来比较复杂，其实就是：

mount方法 -> firstBuild -> rebuild -> performBuild -> build -> _widget的build

这里的_widget就是创建element的时候传进来的widget。

我们都知道build方法有个参数build(Build Context context)，所以这个context其实就是element，这个context最主要的作用就是告诉我们构建的element在树里面的哪个位置，之后可以沿着树去查找一些信息。

如果是statefulWidget，它里面的build方法如下：

@override
Widget build() => state.build(this);

我们发现，它之后调用了state.build(this)，而不是 (widget as StatelessWidget).build(this);

下面我们看看SingleChildRenderObjectElement的mount方法的调用过程。

在调用mount方法时，会同时使用Widget来创建RenderObject，并且保持对RenderObject的引用，创建完RenderObject之后再把RenderObject挂载到RenderObjectTree树的某个位置

  @override
  void mount(Element parent, dynamic newSlot) {
    super.mount(parent, newSlot);
    // 就是这行代码，创建RenderObject
    _renderObject = widget.createRenderObject(this);
    assert(() {
      _debugUpdateRenderObjectOwner();
      return true;
    }());
    assert(_slot == newSlot);
    attachRenderObject(newSlot);
    _dirty = false;
  }

下面说一下StatefulElement，它是继承于ComponentElement的，所以ComponentElement有的方法，它都有 

  StatefulElement(StatefulWidget widget)
      // 1. 就是这里，调用了createState
      : _state = widget.createState(),
        super(widget) {
    assert(() {
      if (!state._debugTypesAreRight(widget)) {
        throw FlutterError.fromParts(<DiagnosticsNode>[
          ErrorSummary('StatefulWidget.createState must return a subtype of State<${widget.runtimeType}>'),
          ErrorDescription(
            'The createState function for ${widget.runtimeType} returned a state '
            'of type ${state.runtimeType}, which is not a subtype of '
            'State<${widget.runtimeType}>, violating the contract for createState.',
          ),
        ]);
      }
      return true;
    }());
    assert(state._element == null);
    state._element = this;
    assert(
      state._widget == null,
      'The createState function for $widget returned an old or invalid state '
      'instance: ${state._widget}, which is not null, violating the contract '
      'for createState.',
    );
    // 2. 然后将widget赋值给state里面的_widget
    state._widget = widget;
    assert(state._debugLifecycleState == _StateLifecycle.created);
  }

上面主要做了两件事

1. StatefulElement的构造器中调用了widget.createState()方法
2. 将widget赋值给state里面的_widget，正是因为这样，我们在state里面才可以通过this.widget拿到对应的widget

总结：

1. widget创建完之后，Flutter框架一定会根据widget创建一个element，创建完之后会调用element的mount方法，最后根据一系列的调用会调用widget的build(Build Context context)方法。
2. 如果是renderElement，那么它的mount主要做的就是创建一个_renderObject
3. 如果是StatefulElement，那么会调用调用了createState，然后将widget赋值给state里面的_widget

2.4. build的context是什么

在StatelessElement中，我们发现是将this传入，所以本质上BuildContext就是当前的Element。

Widget build() => widget.build(this);

我们来看一下继承关系图：

• Element是实现了BuildContext类（隐式接口）

• abstract class Element extends DiagnosticableTree implements BuildContext

在StatefulElement中，build方法也是类似，调用state的build方式时，传入的是this。

Widget build() => state.build(this);

 小结：Element是真正保存树结构的对象：

• 创建出来后会由framework调用mount方法；
• 在mount方法中会调用widget的createRenderObject对象；
• 并且Element对widget和RenderObject都有引用；

4.1 构建widget树：首先，你的应用程序会构建一个由widget组成的树。这些widget描述了应用程序的用户界面。

4.2 构建element树：然后，每个widget会被转换成一个element。这些element也构成了一棵树。

4.3 调用renderObject：Flutter会为每个需要显示的element创建一个对应的RenderObject。这些RenderObject会构成一个树，它用于实际进行渲染。

RenderObject是真正渲染的对象：

• 其中有markNeedsLayout performLayout markNeedsPaint paint等方法

4.4 布局（layout）：然后，Flutter会遍历RenderObject树，计算每个节点的位置和大小。

4.5 绘制（paint）：接下来，Flutter会再次遍历RenderObject树，调用每个节点的paint方法进行绘制。

4.6 GPU加速渲染：最后，将绘制指令发送给GPU，最终显示在屏幕上。