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flutter ui源码 初步

发表于 更新于

Widget, Element, RanderObject 三者之间的关系

Widget纯作为一个配置文件存在，可以理解为一个数据结构。Element作为配置文件的实例化对象，具有生命周期的概念，承载构建上下文数据，且持有RenderObject,系统通过遍历Element来构建RenderObject数据，具体Layout，Paint交给RenderObject来完成。Element更像是一个中间层，隔开了Widget与RenderObject,同时也在正常开发过程中将开发者与RenderObject隔开，开发者大部分情况下只需要关注Widget即可。

Widget

Widget类和Element类一一对应。Element是通过Widget生成的
Widget是Element的配置数据，保存UI相关参数。Widget十分轻量，可以频繁的销毁和重建。

Widget.createElement()

创建Element对象

Widget.canUpdate(..)

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static bool canUpdate(Widget oldWidget, Widget newWidget) {
    return oldWidget.runtimeType == newWidget.runtimeType
        && oldWidget.key == newWidget.key;
}
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主要用于在Widget树重新build时复用旧的widget，其实具体来说，应该是：是否用新的Widget对象去更新旧UI树上所对应的Element对象的配置；
通过其源码我们可以看到，只要 newWidget 与 oldWidget 的 runtimeType和key 同时相等时就会用newWidget去更新Element对象的配置，否则就会创建新的Element。

State

一个StatefulWidget类会对应一个State类，State表示与其对应的StatefulWidget要维护的状态，State中的保存UI状态信息.

createState()

用于创建和StatefulWidget相关的状态，它在StatefulWidget的生命周期中可能会被多次调用。例如，当一个StatefulWidget同时插入到widget树的多个位置时，Flutter framework就会调用该方法为每一个位置生成一个独立的State实例。createState()会在Element实例化的时候调用，所以，本质上就是一个StatefulElement对应一个State实例。

widget和context

  • widget, 它表示与该State实例关联的widget实例，由Flutter framework动态设置。注意，这种关联并非永久的，因为在应用生命周期中，UI树上的某一个节点的widget实例在重新构建时可能会变化，但State实例只会在第一次插入到树中时被创建，当在重新构建时，如果widget被修改了，Flutter framework会动态设置State.widget为新的widget实例。

  • context, StatefulWidget对应的BuildContext，作用同StatelessWidget的BuildContext。Elements继承自BuildContext

State如何被Widget复用
只有在Element实例化时会创建新的State。当Widget重新build，Element的updateChild会调用canUpdate(…)方法，若返回true，将child element的widget更新；若返回false，则会重新create新的element。

Element

最终的UI树其实是由一个个独立的Element节点构成。组件最终的Layout、渲染都是通过RenderObject来完成的，从创建到渲染的大体流程是：根据Widget生成Element，然后创建相应的RenderObject并关联到Element.renderObject属性上，最后再通过RenderObject来完成布局排列和绘制。

下面从Element的 挂载、更新、卸载过程来描述Element

mount

根Element的mount

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- main() 
    - runApp(..)
    - WidgetsFlutterBinding.attachRootWidget(app)
        - RenderObjectToWidgetAdapter<RenderBox>.attachToRenderTree(buildOwner, renderViewElement);
            - createElement()
            - BuildOwner.buildScope(element, () {
                element.mount(null, null);
            })
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以上是根Element的mount过程，其中rederViewElement是根Elemet

** Element的mount过程

首先来看一下常用的StatelessElement，StatefulElement的继承关系

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Element -> ComponentElement -> StatelessElement
                            -> StatefulElement
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- mount()
    - Element.updateInheritance()
    - ComponentElement.firstBuild()
        - Element.rebuild()
        - ComponentElement.performRebuild()
            - built = build()
                -Widget.build()
            - Element.updateChild(child, built, _)
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Element.updateChild方法非常重要

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@protected
Element updateChild(Element child, Widget newWidget, dynamic newSlot) {
    if (newWidget == null) {
      if (child != null)
        deactivateChild(child);
      return null;
    }
    if (child != null) {
      if (child.widget == newWidget) {
        return child;
      }
      if (Widget.canUpdate(child.widget, newWidget)) {
        child.update(newWidget);
        return child;
      }
      deactivateChild(child);
    }
    return inflateWidget(newWidget, newSlot);
}

static bool canUpdate(Widget oldWidget, Widget newWidget) {
    return oldWidget.runtimeType == newWidget.runtimeType
        && oldWidget.key == newWidget.key;
}
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根据上面的代码，总结各种case

  • child != null && newWidget == null :
    newWidget为空，说明 Widget.build返回了null， child element对应的widget已经不在widget树上，所以也要移除该element
  • child == null && newWidget != null :
    第一次挂载child Element，解析build出的widget，调用 inflateWidget(newWidget, newSlot)
  • child != null && newWidget != null :
    更新Element，StatefulWidget 调用setState时会进入这个分支。 会调用 child.canUpdate这个方法，判断是否需要更新Element。如果canUpdate返回false，移除这个element然后重新创建
  • child == null && newWidget == null :
    do nothing

在mount过程会进入第二个分支，调用 inflateWidget(newWidget, newSlot)

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@protected
Element inflateWidget(Widget newWidget, dynamic newSlot) {
    ...

    final Element newChild = newWidget.createElement();
    newChild.mount(this, newSlot);
    return newChild;
}
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abstract class StatefulWidget extends Widget {
  const StatefulWidget({ Key key }) : super(key: key);

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

  State createState();
}

class StatefulElement extends ComponentElement {

  StatefulElement(StatefulWidget widget)
      : _state = widget.createState(),
        super(widget) {
    _state._element = this;
    _state._widget = widget;
  }

  @override
  Widget build() => state.build(this);
}
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StatefulWidget，State，StatefulElement的调用关系：
Widget.createElement() -> Element.build() -> State.build()

更新Element

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Widget.setState
    - Element.markNeedsBuild()
        - Element._dirty = true
        - BuildOwner.scheduleBuildFor(this)
            - BuildOwner._dirtyElements.add(element)
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当调用statState之后，会将element标脏，并加入到_dirtyElements列表中

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- WidgetsBinding.drawFrame()
    - BuildOwner.buildScope(renderViewElement)
        - BuildOwner._dirtyElements[index].rebuild()
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每次UI刷新时，会回调WidgetBinding的drawFrame(), BuildOwner会将_dirtyElements列表rebuild。
可以翻上去查看挂载阶段rebuild之后的调用链，是完全一样的

卸载Element

在Element的updateChild方法中，在 child != null && newWidget == null 时，会调用deactivateChild()

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@protected
void deactivateChild(Element child) {
  child._parent = null;
  child.detachRenderObject();
  owner._inactiveElements.add(child); // this eventually calls child.deactivate()
}
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deactivateChild()方法中，会将child element加入到 BuildOwner的_inactiveElements集合中。

还是WidgetBind.drawFrame()方法，会调用 buildOwner.finalizeTree(); 对不再使用的Element进行unmount

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void finalizeTree() {
    Timeline.startSync('Finalize tree', arguments: timelineWhitelistArguments);
    try {
      lockState(() {
        _inactiveElements._unmountAll(); // this unregisters the GlobalKeys
      });
    }
    ...
}

void _unmountAll() {
    _locked = true;
    final List<Element> elements = _elements.toList()..sort(Element._sort);
    _elements.clear();
    try {
      elements.reversed.forEach(_unmount);
    } finally {
      _locked = false;
    }
}

void _unmount(Element element) {
    element.visitChildren((Element child) {
      _unmount(child);
    });
    element.unmount();
}
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RenderObject

RenderObjectElement

RenderObjectElement使用RenderObjectWidget作为配置文件。在RenderTree中有一个与之对应的RenderObject，用来执行具体的测量，绘制等操作。不是所有的Element都有对应的RenderObject

RenderObjectElement有三个常用的子类：

  • LeafRenderObjectElement：Leaf render objects, with no children
  • SingleChildRenderObjectElement：A single child
  • MultiChildRenderObjectElement：A linked list of children.

RenderObjectElement的mount、update、unmount逻辑与ComponentElement大致相同，只不过加上了RenderObject的相关逻辑。

mmount、update、unmount

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@override
void mount(Element parent, dynamic newSlot) {
  super.mount(parent, newSlot);
  _renderObject = widget.createRenderObject(this);
  attachRenderObject(newSlot);
  _dirty = false;
}

@override
void attachRenderObject(dynamic newSlot) {
  _slot = newSlot;
  _ancestorRenderObjectElement = _findAncestorRenderObjectElement();
  _ancestorRenderObjectElement?.insertChildRenderObject(renderObject, newSlot);
  final ParentDataElement<RenderObjectWidget> parentDataElement = _findAncestorParentDataElement();
  if (parentDataElement != null)
    _updateParentData(parentDataElement.widget);
}

@override
void update(covariant RenderObjectWidget newWidget) {
  super.update(newWidget);
  widget.updateRenderObject(this, renderObject);
  _dirty = false;
}
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RenderObject的更新

我们从render树的insert过程类分析RenderObject的更新
从RenderObjectElement.insertChildRenderObject开始

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@override
void insertChildRenderObject(RenderObject child, Element slot) {
  final ContainerRenderObjectMixin<RenderObject, ContainerParentDataMixin<RenderObject>> renderObject = this.renderObject;
  renderObject.insert(child, after: slot?.renderObject);
}
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这里调用了ContainerRenderObjectMixin的insert方法，

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void insert(ChildType child, { ChildType after }) {
  adoptChild(child);
  _insertIntoChildList(child, after: after);
}

@override
void adoptChild(RenderObject child) {
  setupParentData(child);
  markNeedsLayout();
  markNeedsCompositingBitsUpdate();
  markNeedsSemanticsUpdate();
  super.adoptChild(child);
}

void markNeedsLayout() {
  if (_relayoutBoundary != this) {
    markParentNeedsLayout();
  } else {
    _needsLayout = true;
    if (owner != null) {
      owner._nodesNeedingLayout.add(this);
      owner.requestVisualUpdate();
    }
  }
}

@protected
void markParentNeedsLayout() {
  _needsLayout = true;
  final RenderObject parent = this.parent;
  if (!_doingThisLayoutWithCallback) {
    parent.markNeedsLayout();
  } else {
    assert(parent._debugDoingThisLayout);
  }
}
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和element的build流程不同，RenderObject的标脏会向上标脏。
找到 _relayoutBoundary 节点，触发owner._nodesNeedingLayout.add( this )与owner.requestVisualUpdate() 其中owner._nodesNeedingLayout.add( this )将当前RenderObject注册进PipelineOwner的待刷新列表中，然后触发“VisualUpdate”。这里的owner是PipelineOwner

PiplelineOwner.requestVisualUpdate会请求engine进行一次刷新。。
(todo 不是标脏吗？ 难道不是等待vsync信号对标脏的node进行重绘？？？)
来看一下PiplelineOwner.requestVisualUpdate

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void requestVisualUpdate() {
  if (onNeedVisualUpdate != null)
    onNeedVisualUpdate();
}
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onNeedVisualUpdate是在PiplelineOwner实例化的时候赋值的，在RendererBinding的initInstances里

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void initInstances() {
  super.initInstances();
  _instance = this;
  _pipelineOwner = PipelineOwner(
    onNeedVisualUpdate: ensureVisualUpdate,
    onSemanticsOwnerCreated: _handleSemanticsOwnerCreated,
    onSemanticsOwnerDisposed: _handleSemanticsOwnerDisposed,
  );
  window
    ..onMetricsChanged = handleMetricsChanged
    ..onTextScaleFactorChanged = handleTextScaleFactorChanged
    ..onPlatformBrightnessChanged = handlePlatformBrightnessChanged
    ..onSemanticsEnabledChanged = _handleSemanticsEnabledChanged
    ..onSemanticsAction = _handleSemanticsAction;
  initRenderView();
  _handleSemanticsEnabledChanged();
  assert(renderView != null);
  addPersistentFrameCallback(_handlePersistentFrameCallback);
  initMouseTracker();
}

void _handlePersistentFrameCallback(Duration timeStamp) {
  drawFrame();
}
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ensureVisualUpdate 会调用window.scheduleFrame()请求native层绘制新帧。。。没太搞懂为什么要主动请求绘制

layout

RendererBinding.drawFrame

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@protected
void drawFrame() {
  ...
  pipelineOwner.flushLayout();
  pipelineOwner.flushCompositingBits();
  pipelineOwner.flushPaint();
  renderView.compositeFrame(); // this sends the bits to the GPU
  pipelineOwner.flushSemantics(); // this also sends the semantics to the OS.
}
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pipelineOwner.flushLayout()

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void flushLayout() {
  try {
    while (_nodesNeedingLayout.isNotEmpty) {
      final List<RenderObject> dirtyNodes = _nodesNeedingLayout;
      _nodesNeedingLayout = <RenderObject>[];
      for (RenderObject node in dirtyNodes..sort((RenderObject a, RenderObject b) => a.depth - b.depth)) {
        if (node._needsLayout && node.owner == this)
          node._layoutWithoutResize();
      }
    }
  } finally {
    ...
  }
}
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*RendererObject._layoutWithoutResize

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void _layoutWithoutResize() {
  try {
    performLayout();
    markNeedsSemanticsUpdate();
  } catch (e, stack) {
    _debugReportException('performLayout', e, stack);
  }
  _needsLayout = false;
  markNeedsPaint();
}
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这里调用performLayout()进行layout，并标记需要paint

paint

之前说到过，layout过程中会对paint进行标脏

markNeedsPaint()

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void markNeedsPaint() {
  if (_needsPaint)
    return;
  _needsPaint = true;
  if (isRepaintBoundary) {
    if (owner != null) {
      owner._nodesNeedingPaint.add(this);
      owner.requestVisualUpdate();
    }
  } else if (parent is RenderObject) {
    final RenderObject parent = this.parent;
    parent.markNeedsPaint();
  } else {
    // If we're the root of the render tree (probably a RenderView),
    // then we have to paint ourselves, since nobody else can paint
    // us. We don't add ourselves to _nodesNeedingPaint in this
    // case, because the root is always told to paint regardless.
    if (owner != null)
      owner.requestVisualUpdate();
  }
}
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和layout的标脏过程类似，一直向上标脏，直到 isRepaintBoundary 为true。注意，这里只有 RepaintBoundary 才加入到了 PiplineOwner 的_nodesNeedingPaint中，即最终是以 RepaintBoundary 单位进行刷新的
需要说明的是，我们可以 RepaintBoundary 是一个widget，我们可以手动添加，来终止paint的向上标脏过程，来达到局部重绘，提升性能。 LayoutBoundary 则是只是一个标记位，framework层帮我们判断的，我们不需要手动处理。

pipelineOwner.flushLayout()

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void flushPaint() {
  try {
    final List<RenderObject> dirtyNodes = _nodesNeedingPaint;
    _nodesNeedingPaint = <RenderObject>[];
    // Sort the dirty nodes in reverse order (deepest first).
    for (RenderObject node in dirtyNodes..sort((RenderObject a, RenderObject b) => b.depth - a.depth)) {
      if (node._needsPaint && node.owner == this) {
        if (node._layer.attached) {
          PaintingContext.repaintCompositedChild(node);
        } else {
          node._skippedPaintingOnLayer();
        }
      }
    }
  } finally {
    ...
  }
}
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与layout不同的是这里的 sort 规则是相反的，最深的节点先重绘。并且，多了判断 node._layer.attached, 如果为true，重绘，并且重绘逻辑交给了PaintContext；如果为false，则执行 node._skippedPaintingOnLayer();

node._skippedPaintingOnLayer()

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void _skippedPaintingOnLayer() {
  AbstractNode ancestor = parent;
  while (ancestor is RenderObject) {
    final RenderObject node = ancestor;
    if (node.isRepaintBoundary) {
      if (node._layer == null)
        break; // looks like the subtree here has never been painted. let it handle itself.
      if (node._layer.attached)
        break; // it's the one that detached us, so it's the one that will decide to repaint us.
      node._needsPaint = true;
    }
    ancestor = node.parent;
  }
}
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我的理解是，该节点的 layer 被 detached 了，需要对该节点及其父节点行重新标脏，保证该节点的 layer 被重新 attach 之后能够重绘。

PaintingContext.repaintCompositedChild(node);

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static void repaintCompositedChild(RenderObject child, { bool debugAlsoPaintedParent = false }) {
  _repaintCompositedChild(
    child,
    debugAlsoPaintedParent: debugAlsoPaintedParent,
  );
}

static void _repaintCompositedChild(
  RenderObject child, {
  bool debugAlsoPaintedParent = false,
  PaintingContext childContext,
}) {
  OffsetLayer childLayer = child._layer;
  if (childLayer == null) {
    child._layer = childLayer = OffsetLayer();
  } else {
    childLayer.removeAllChildren();
  }
  childContext ??= PaintingContext(child._layer, child.paintBounds);
  child._paintWithContext(childContext, Offset.zero);

  childContext.stopRecordingIfNeeded();
}
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又是 PaintContext 和 layer。。。先跳过这两个，最终重绘的逻辑在 child._paintWithContext(childContext, Offset.zero);中

child._paintWithContext(childContext, Offset.zero);

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void _paintWithContext(PaintingContext context, Offset offset) {
  // 一堆注释解释了为啥在paint的时候 _needsLayout 还可能为true 。。。
  // 英文注释没咋看懂
  if (_needsLayout)
    return;
  RenderObject debugLastActivePaint;
  _needsPaint = false;
  try {
    // 最终的重绘交给具体的 RenderObject 子类
    paint(context, offset);
  } catch (e, stack) {
    _debugReportException('paint', e, stack);
  }
}
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