一文读懂Flutter的三棵树渲染机制和原理

Flutter是一个优秀的UI框架，借助它开箱即用的Widgets咱们可以构建出漂亮和高性能的用户界面。那这些Widgets究竟是如何工做的又是如何完成渲染的。html

在本文中呢，咱们就来探析Widgets背后的故事-Flutter渲染机制之三棵树。缓存

什么是三棵树？

在Flutter中和Widgets一块儿协同工做的还有另外两个伙伴：Elements和RenderObjects；因为它们都是有着树形结构，因此常常会称它们为三棵树。markdown

Widget：Widget是Flutter的核心部分，是用户界面的不可变描述。作Flutter开发接触最多的就是Widget，能够说Widget撑起了Flutter的半边天；
Element：Element是实例化的 Widget 对象，经过 Widget 的 createElement() 方法，是在特定位置使用 Widget配置数据生成；
RenderObject：用于应用界面的布局和绘制，保存了元素的大小，布局等信息；

初次运行时的三棵树的

初步认识了三棵树以后，那Flutter是如何建立布局的？以及三棵树之间他们是如何协同的呢？接下来就让咱们经过一个简单的例子来剖析下它们内在的协同关系：架构

class ThreeTree extends StatelessWidget {
  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Container(
      color: Colors.red,
      child: Container(color: Colors.blue)
    );
  }
}
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上面这个例子很简单，它由三个Widget组成：ThreeTree、Container、Text。那么当Flutter的runApp()方法被调用时会发生什么呢？框架

当runApp()被调用时，第一时间会在后台发生如下事件：less

Flutter会构建包含这三个Widget的Widgets树；
Flutter遍历Widget树，而后根据其中的Widget调用createElement()来建立相应的Element对象，最后将这些对象组建成Element树；
接下来会建立第三个树，这个树中包含了与Widget对应的Element经过createRenderObject()建立的RenderObject；

下图是Flutter通过这三个步骤后的状态：ide

从图中能够看出Flutter建立了三个不一样的树，一个对应着Widget，一个对应着Element，一个对应着RenderObject。每个Element中都有着相对应的Widget和RenderObject的引用。能够说Element是存在于可变Widget树和不可变RenderObject树之间的桥梁。Element擅长比较两个Object，在Flutter里面就是Widget和RenderObject。它的做用是配置好Widget在树中的位置，而且保持对于相对应的RenderObject和Widget的引用。工具

三棵树的做用

简而言之是为了性能，为了复用Element从而减小频繁建立和销毁RenderObject。由于实例化一个RenderObject的成本是很高的，频繁的实例化和销毁RenderObject对性能的影响比较大，因此当Widget树改变的时候，Flutter使用Element树来比较新的Widget树和原来的Widget树：oop

//framework.dart
 @protected
  Element updateChild(Element child, Widget newWidget, dynamic newSlot) {
    if (newWidget == null) {
      if (child != null)
        deactivateChild(child);
      return null;
    }
    Element newChild;
    if (child != null) {
      assert(() {
        final int oldElementClass = Element._debugConcreteSubtype(child);
        final int newWidgetClass = Widget._debugConcreteSubtype(newWidget);
        hasSameSuperclass = oldElementClass == newWidgetClass;
        return true;
      }());
      if (hasSameSuperclass && child.widget == newWidget) {
        if (child.slot != newSlot)
          updateSlotForChild(child, newSlot);
        newChild = child;
      } else if (hasSameSuperclass && Widget.canUpdate(child.widget, newWidget)) {
        if (child.slot != newSlot)
          updateSlotForChild(child, newSlot);
        child.update(newWidget);
        assert(child.widget == newWidget);
        assert(() {
          child.owner._debugElementWasRebuilt(child);
          return true;
        }());
        newChild = child;
      } else {
        deactivateChild(child);
        assert(child._parent == null);
        newChild = inflateWidget(newWidget, newSlot);
      }
    } else {
      newChild = inflateWidget(newWidget, newSlot);
    }

    assert(() {
      if (child != null)
        _debugRemoveGlobalKeyReservation(child);
      final Key key = newWidget?.key;
      if (key is GlobalKey) {
        key._debugReserveFor(this, newChild);
      }
      return true;
    }());

    return newChild;
  }
...
  static bool canUpdate(Widget oldWidget, Widget newWidget) {
    return oldWidget.runtimeType == newWidget.runtimeType
        && oldWidget.key == newWidget.key;
  }
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若是某一个位置的Widget和新Widget不一致，才须要从新建立Element；
若是某一个位置的Widget和新Widget一致时(两个widget相等或runtimeType与key相等)，则只须要修改RenderObject的配置，不用进行耗费性能的RenderObject的实例化工做了；
- 由于Widget是很是轻量级的，实例化耗费的性能不多，因此它是描述APP的状态（也就是configuration）的最好工具；
- 重量级的RenderObject（建立十分耗费性能）则须要尽量少的建立，并尽量的复用；

看到这里你是否会以为整个Flutter APP就像是一个RecycleView呢？布局

由于在框架中，Element是被抽离开来的，因此你不须要常常和它们打交道。每一个Widget的build（BuildContext context）方法中传递的context就是实现了BuildContext接口的Element。

更新时的三棵树

由于Widget是不可变的，当某个Widget的配置改变的时候，整个Widget树都须要被重建。例如当咱们改变一个Container的颜色为橙色的时候，框架就会触发一个重建整个Widget树的动做。由于有了Element的存在，Flutter会比较新的Widget树中的第一个Widget和以前的Widget。接下来比较Widget树中第二个Widget和以前Widget，以此类推，直到Widget树比较完成。

class ThreeTree extends StatelessWidget {
  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Container(
      color: Colors.orange,
      child: Container(color: Colors.blue,),
    );
  }
}
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Flutter遵循一个最基本的原则：判断新的Widget和老的Widget是不是同一个类型：

若是不是同一个类型，那就把Widget、Element、RenderObject分别从它们的树（包括它们的子树）上移除，而后建立新的对象；
若是是一个类型，那就仅仅修改RenderObject中的配置，而后继续向下遍历；

在咱们的例子中，ThreeTree Widget是和原来同样的类型，它的配置也是和原来的ThreeTreeRender同样的，因此什么都不会发生。下一个节点在Widget树中是Container Widget，它的类型和原来是同样的，可是它的颜色变化了，因此RenderObject的配置也会发生对应的变化，而后它会从新渲染，其余的对象都保持不变。

注意这三个树，配置发生改变以后，Element和RenderObject实例没有发生变化。

上面这个过程是很是快的，由于Widget的不变性和轻量级使得他能快速的建立，这个过程当中那些重量级的RenderObject则是保持不变的，直到与其相对应类型的Widget从Widget树中被移除。

当Widget的类型发生改变时

class ThreeTree extends StatelessWidget {
  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Container(
      color: Colors.orange,
      child: FlatButton(
        onPressed: () {},
        child: Text('三棵树'),
      ),
    );
  }
}
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和刚才流程同样，Flutter会重新Widget树的顶端向下遍历，与原有树中的Widget类型进行对比。

由于FlatButton的类型与Element树中相对应位置的Element的类型不一样，Flutter将会从各自的树上删除这个Element和相对应的ContainerRender，而后Flutter将会重建与FlatButton相对应的Element和RenderObject。

当新的RenderObject树被重建后将会计算布局，而后绘制在屏幕上面。Flutter内部使用了不少优化方法和缓存策略来处理，因此你不须要手动来处理这些。

以上即是Flutter的总体渲染机制，能够看出Flutter利用了三棵树很巧妙的解决的性能的问题。