本文主要介绍什么是 RenderObject?

原文见 Flutter, what are Widgets, RenderObjects and Elements?

每个人都想知道 Flutter 是如何将 Widget 转换成屏幕上的像素的,对不对?

理解底层技术原理是优秀开发者跟伟大开发者的差别。

当你知道什么是可行,什么是不可行的话,就可以更轻松地创建自定义布局和特效,这能节省你很多的时间。

本文的目标是介绍 Flutter 背后的原理。我们从另一个不同的方面看 Flutter 并理解它是如何工作的。

开始

你很可能已经知道如何使用 StatelessWidget 和 StatefulWidget。但它们只能组合已有的 Widget。对 Widget 进行布局和绘制实际上发生在别的地方。

强烈建议你打开最喜欢的 IDE 并一步步按下面的步骤来操作,实际代码常常让你恍然大悟。Intellij 中双击 Shift 可以输出名称来打开任何类。

Opacity

我们通过观察 Opacity Widget 来熟悉 Flutter 的基本概念。之所以选择 Opacity,因为它是一个非常基本的 Widget (特别简单),可作为一个好例子来学习。

Opacity 只接受一个子 Widget。你可以用 Opacity 来包装任何 Widget 并调整其显示方式。除了 child 参数,只有另外一个 opacity 参数,它是浮点类型,值介于 0.0 和 1.0。这个参数用于控制不透明度。

控件

Opacity 是一个 SingleChildRenderObjectWidget。它的继承结构如下:

Opacity → SingleChildRenderObjectWidget → RenderObjectWidget → Widget

StatelessWidget 和 StatefulWidget 继承结构则是这样的:

StatelessWidget/StatefulWidget → Widget

StatelessWidget/StatefulWidget 与 Opacity 的不同在于:前者只能组合其他 Widget,而后者实际上改变了 Widget 的绘制方式

但是你在这几个类当中找不到跟实际绘制不透明度相关的任何代码。原因在于 Widget 只持有配置信息。在本例中,Opacity 持有的是 opacity 值。

每次都可以在 build() 函数中创建新的 Widget 的原因是创建的成本并不高,因为它们不过是配置信息的容器

渲染

渲染到底发生在哪里?实际上它们发生在 RenderObject 中。

你可以从名字猜到 RenderObject 负责的工作包括渲染。

Opacity Widget 使用如下方法创建并更新 RenderObject

@override
RenderOpacity createRenderObject(BuildContext context) => new RenderOpacity(opacity: opacity);

@override
void updateRenderObject(BuildContext context, RenderOpacity renderObject) {
  renderObject.opacity = opacity;
}

RenderOpacity

Opacity Widget 大小跟其 child 完全一样。基本上它每个方面跟其 child 都一样,除了绘制。它会在绘制 child 前加上不透明度。

本例中,RenderOpacity 需要实际所有方法(比如布局、点击测试、大小计算等等)并要求 child 完成实际工作。

RenderOpacity 继承自 RenderProxyBox (它混入了其他类)。这些类用于实际具体的方法,并将真正的计算工作推迟到 child 中进行。

double get opacity => _opacity;
double _opacity;
set opacity(double value) {
  _opacity = value;
  markNeedsPaint();
}

(注:这里的代码去掉了优化和断言,只保留最关键部分。完整代码见这里)

字段通常为私有变量暴露一个 getter。而 setter 用于设置字段,此外它还调用了 markNeedsPaint()markNeedsLayout() 方法。正如名字所言,这个方法告诉系统 “我有变化啦,请重新绘制/重新布局”。

RenderOpacity 中可以找到这个方法:

@override
void paint(PaintingContext context, Offset offset) {
    context.pushOpacity(offset, _alpha, super.paint);
}

(注:这里同样只保留最关键代码,去掉了优化和断言,完整代码见这里)

PaintingContext 基本上是一个高级的 canvas。这个 canvas 上有一个 pushOpacity() 方法。而这行代码就是不透明度的实现。

总结一下:

  • Opacity 并非 StatelessWidgetStatefulWidget,而是一个 SingleChildRenderObjectWidget
  • Widget 仅持有渲染器会用到的配置信息
  • Opacity 持有一个 double 值用于表示不透明度
  • 继承自 RenderProxyBoxRenderOpacity 完成实际布局/渲染工作
  • Opacity 几乎跟 child 行为完全一致,所以它会将其方法代理到 child
  • RenderOpacity 覆盖了 paint 方法。在这个方法中调用 pushOpacity() 来为 Widget 添加不透明度

Element

记住,Widget 只是配置信息,RenderObject 只管理布局/渲染等工作。

在 Flutter 中你基本上不停地重新创建 Widget。build() 被调用时会创建一堆的 Widget。而每次发生变化时 build() 方法被调用。比如,有动画效果时 build() 方法不停地被调用。这意味着你并不能每次都重建子树。实际上,你想做的是更新它。

你无法获取 Widget 屏幕上的大小和位置,因为 Widget 只是一张蓝图,而不代表屏幕上的实际内容。它仅仅是对底层 RenderObject 会用到的变量的描述。

Element 是实际的树中的具体的 Widget。

具体过程是这样的:首次创建 Widget 时,由它生成 Element。这个 Element 被插入到树中,后续如果 Wiget 发生变化,它会跟旧的 Widget 比较,并根据差异对 Element 进行相应地更新。最重要的一点是,Element 并未重新创建,而是更新!

Element 是核心框架的中心,我们应该对它进行更多讨论,不过现在了解这些就足够了。

问题:在上面 Opacity 这个例子中 element 是在哪里创建的?

答案是 SingleChildRenderObjectWidget 创建了 Element。代码如下:

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

具体见源码。另外,SingleChildRenderObjectElement 只有一个 child。

问题:是Element 创建了 RenderObject 吗,但我们这个例子中看起来 Opacity Widget 创建了它自己的 RenderObject?

class Opacity extends SingleChildRenderObjectWidget {
  @override
  RenderOpacity createRenderObject(BuildContext context) {
    return RenderOpacity(
      opacity: opacity,
      alwaysIncludeSemantics: alwaysIncludeSemantics,
    );
  }
}

这个问题说的应该是指 Opacity.createRenderObject() 方法创建了 RenderObject

答案是这么做纯粹是为了更好用的 API。因为 Widget 通常需要一个 RenderObject 而不是自定义的 Element。实际上 RenderObject 是由 Element 创建的。

SingleChildRenderObjectElement(SingleChildRenderObjectWidget widget) : super(widget);

源码SingleChildRenderObjectElement 持有 RenderObjectWidget 的引用,后者拥有创建 RenderObject 的方法。

mount() 方法是 Element 被添加到 Element Tree 的地方。

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

一旦 mount() 方法被调用,Element 要求 Widget “请给我你想使用的 RenderObject,好让我保存下来”。

结束

本文介绍了 Opacity Widget 内部工作机制。我的目标是介绍 Widget 背后的原理,仍然还有许多话题可以讨论,希望我能为你了解内部工作原理做一个好的指引。

思考

Widget 跟 View 类比是不准确的。

  • View 并不会频繁重建,Widget 会频繁重建
  • View 有实际的大小和位置,Widget 没有具体的大小的位置