Element树原理

目录介绍

  • 01.Element是什么东西
  • 02.Element源码的分析
  • 03.Element创建过程分析
  • 04.mount方法调用分析
  • 05.理解BuildContext

01.Element是什么东西

  • Widget和Element的关系

    • 知道最终的UI树其实是由一个个独立的Element节点构成。也说过组件最终的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。
  • Element就是Widget在UI树具体位置的一个实例化对象。

    • 大多数Element只有唯一的renderObject,但还有一些Element会有多个子节点,如继承自RenderObjectElement的一些类,比如MultiChildRenderObjectElement
    • 最终所有Element的RenderObject构成一棵树,我们称之为”Render Tree“即”渲染树“。
  • 总结一下,我们可以认为Flutter的UI系统包含三棵树:Widget树、Element树、渲染树。

    • 他们的依赖关系是:Element树根据Widget树生成,而渲染树又依赖于Element树。

02.Element源码的分析

2.1 部分源码分析

  • Element源码实在太多了,这里我只是摘取部分代码

    abstract class Element extends DiagnosticableTree implements BuildContext {
       Element(Widget widget)
        : _widget = widget;
      
      RenderObject get renderObject {
      }
    
      @mustCallSuper
      void mount(Element parent, dynamic newSlot) {
      }
      
      Element updateChild(Element child, Widget newWidget, dynamic newSlot) {
      }
    
      @mustCallSuper
      void update(covariant Widget newWidget) {
      }
    
      @protected
      Element inflateWidget(Widget newWidget, dynamic newSlot) {
      }
    
      void detachRenderObject() {
      }
    
      void attachRenderObject(dynamic newSlot) {
      }
    
      @protected
      void deactivateChild(Element child) {
      }
    
    }

2.2 Element生命周期说明

  • 重点看一下Element,Element的生命周期如下:

    • 1.Framework 调用Widget.createElement 创建一个Element实例,记为element
    • 2.Framework 调用 element.mount(parentElement,newSlot) ,mount方法中首先调用element所对应Widget的createRenderObject方法创建与element相关联的RenderObject对象,然后调用element.attachRenderObject方法将element.renderObject添加到渲染树中插槽指定的位置(这一步不是必须的,一般发生在Element树结构发生变化时才需要重新attach)。插入到渲染树后的element就处于“active”状态,处于“active”状态后就可以显示在屏幕上了(可以隐藏)。
    • 3.当有父Widget的配置数据改变时,同时其State.build返回的Widget结构与之前不同,此时就需要重新构建对应的Element树。为了进行Element复用,在Element重新构建前会先尝试是否可以复用旧树上相同位置的element,element节点在更新前都会调用其对应Widget的canUpdate方法,如果返回true,则复用旧Element,旧的Element会使用新Widget配置数据更新,反之则会创建一个新的Element。Widget.canUpdate主要是判断newWidgetoldWidgetruntimeTypekey是否同时相等,如果同时相等就返回true,否则就会返回false。根据这个原理,当我们需要强制更新一个Widget时,可以通过指定不同的Key来避免复用。
    • 4.当有祖先Element决定要移除element 时(如Widget树结构发生了变化,导致element对应的Widget被移除),这时该祖先Element就会调用deactivateChild 方法来移除它,移除后element.renderObject也会被从渲染树中移除,然后Framework会调用element.deactivate 方法,这时element状态变为“inactive”状态。
    • 5.“inactive”态的element将不会再显示到屏幕。为了避免在一次动画执行过程中反复创建、移除某个特定element,“inactive”态的element在当前动画最后一帧结束前都会保留,如果在动画执行结束后它还未能重新变成“active”状态,Framework就会调用其unmount方法将其彻底移除,这时element的状态为defunct,它将永远不会再被插入到树中。
    • 6.如果element要重新插入到Element树的其它位置,如elementelement的祖先拥有一个GlobalKey(用于全局复用元素),那么Framework会先将element从现有位置移除,然后再调用其activate方法,并将其renderObject重新attach到渲染树。
  • 开发者会直接操作Element树吗

    • 其实对于开发者来说,大多数情况下只需要关注Widget树就行,Flutter框架已经将对Widget树的操作映射到了Element树上,这可以极大的降低复杂度,提高开发效率。
    • 但是了解Element对理解整个Flutter UI框架是至关重要的,Flutter正是通过Element这个纽带将WidgetRenderObject关联起来,了解Element层不仅会帮助读者对Flutter UI框架有个清晰的认识,而且也会提高自己的抽象能力和设计能力。
    • 另外在有些时候,我们必须得直接使用Element对象来完成一些操作,比如获取主题Theme数据。

03.Element创建过程分析

  • Widget有一个抽象方法createElement(),用来创建Element的。

    • 这个方法的具体实现有很多,找一个上面我们分析过的SingleChildRenderObjectWidget,这个类非常简单,只有一个child,下面看一这个类的源码。

      abstract class SingleChildRenderObjectWidget extends RenderObjectWidget {
        const SingleChildRenderObjectWidget({ Key key, this.child }) : super(key: key);
        final Widget child;
      
        //注释
        @override
        SingleChildRenderObjectElement createElement()
          => SingleChildRenderObjectElement(this); 
      }
    • 这个类的继承关系,这个类继承RenderObjectWidget,构造函数也很简单,传入一个child。重要的是在注释处,这个类创建一个类,是SingleChildRenderObjectElement,通过名字猜想,这一定是一个Element了。
  • Weight和Element的关系

    • 这里验证了,Weight和Element的关系,一个Widget有一个Element对象,是通过createElement()创建的。
  • 看一下SingleChildRenderObjectElement的继承关系

    class SingleChildRenderObjectElement extends RenderObjectElement {
    }
    
    abstract class RenderObjectElement extends Element {
    }
    • SingleChildRenderObjectElement继承RenderObjectElement,而RenderObjectElement是一个Element

04.mount方法调用分析

  • 首先看一下 SingleChildRenderObjectElement 类中 mount 方法代码

    class SingleChildRenderObjectElement extends RenderObjectElement {
      SingleChildRenderObjectElement(SingleChildRenderObjectWidget widget) : super(widget);
    
      @override
      void mount(Element parent, dynamic newSlot) {
        super.mount(parent, newSlot);//注释A
        _child = updateChild(_child, widget.child, null);//注释B
      }
    }
    • 这个方法是当新创建的元素第一次添加到树中时,框架会调用此函数。
  • 注释A处,调用了父类的mount,我们看一下父类的mount的方法。

    abstract class RenderObjectElement extends Element {
      RenderObjectElement(RenderObjectWidget widget) : super(widget);
      
      RenderObject _renderObject;//注释C
    
      @override
      void mount(Element parent, dynamic newSlot) {
        super.mount(parent, newSlot);
        _renderObject = widget.createRenderObject(this);//注释D
        attachRenderObject(newSlot);
        _dirty = false;
      }
    }
    • 在注释C处,我们发现RenderObjectElement还持有一个对象,这对象是RenderObject,Element分别持有Widget和RenderObject。这个三个对象是什么关系?一个Element包含一个RenderObject和一个Widget。
    • 注释D的地方,这里创建了一个RenderObject,调用的是Widget的createRenderObject方法

05.如何理解BuildContext

5.1 BuildContext是啥

  • 已经知道,StatelessWidgetStatefulWidgetbuild方法都会传一个BuildContext对象:

    Widget build(BuildContext context) {}
  • 那么BuildContext到底是什么呢,查看其定义,发现其是一个抽象接口类:

    abstract class BuildContext {
    }
  • 那这个context对象对应的实现类到底是谁呢?顺藤摸瓜,发现build调用是发生在StatelessWidgetStatefulWidget对应的StatelessElementStatefulElementbuild方法中,以StatelessElement为例:

    class StatelessElement extends ComponentElement {
      @override
      Widget build() => widget.build(this);
    }
  • 发现build传递的参数是this,很明显!这个BuildContext就是StatelessElement。同样,我们同样发现StatefulWidgetcontextStatefulElement。但StatelessElementStatefulElement本身并没有实现BuildContext接口,继续跟踪代码,发现它们间接继承自Element类,然后查看Element类定义,发现Element类果然实现了BuildContext接口:

    class Element extends DiagnosticableTree implements BuildContext {
    }
  • 至此真相大白,BuildContext就是widget对应的Element,所以我们可以通过contextStatelessWidgetStatefulWidgetbuild方法中直接访问Element对象。我们获取主题数据的代码Theme.of(context)内部正是调用了Element的inheritFromWidgetOfExactType()方法。

5.2 BuildContext作用

  • 写代码后知道,在很多时候我们都需要使用这个context 做一些事,比如:

    Theme.of(context) //获取主题
    Navigator.push(context, route) //入栈新路由
    Localizations.of(context, type) //获取Local
    context.size //获取上下文大小
    context.findRenderObject() //查找当前或最近的一个祖先RenderObject

5.3 思考一下这个问题

  • 思考题:为什么build方法的参数不定义成Element对象,而要定义成BuildContext ?

    • 可以看到Element是Flutter UI框架内部连接widget和RenderObject的纽带,大多数时候开发者只需要关注widget层即可,但是widget层有时候并不能完全屏蔽Element细节,所以Framework在StatelessWidgetStatefulWidget中通过build方法参数又将Element对象也传递给了开发者,这样一来,开发者便可以在需要时直接操作Element对象。
  • 那么现在笔者提两个问题,请读者先自己思考一下:

    • 1.如果没有widget层,单靠Element层是否可以搭建起一个可用的UI框架?如果可以应该是什么样子?
    • 2.Flutter UI框架能不做成响应式吗?
  • 对于问题1

    • 答案当然是肯定的,因为我们之前说过widget树只是Element树的映射,我们完全可以直接通过Element来搭建一个UI框架。下面举一个例子:
    • 通过纯粹的Element来模拟一个StatefulWidget的功能,假设有一个页面,该页面有一个按钮,按钮的文本是一个9位数,点击一次按钮,则对9个数随机排一次序,代码如下:
    class HomeView extends ComponentElement{
      HomeView(Widget widget) : super(widget);
      String text = "123456789";
    
      @override
      Widget build() {
        Color primary=Theme.of(this).primaryColor; //1
        return GestureDetector(
          child: Center(
            child: FlatButton(
              child: Text(text, style: TextStyle(color: primary),),
              onPressed: () {
                var t = text.split("")..shuffle();
                text = t.join();
                markNeedsBuild(); //点击后将该Element标记为dirty,Element将会rebuild
              },
            ),
          ),
        );
      }
    }
    • 上面build方法不接收参数,这一点和在StatelessWidgetStatefulWidgetbuild(BuildContext)方法不同。代码中需要用到BuildContext的地方直接用this代替即可,如代码注释1处Theme.of(this)参数直接传this即可,因为当前对象本身就是Element实例。
    • text发生改变时,我们调用markNeedsBuild()方法将当前Element标记为dirty即可,标记为dirty的Element会在下一帧中重建。实际上,State.setState()在内部也是调用的markNeedsBuild()方法。
    • 上面代码中build方法返回的仍然是一个widget,这是由于Flutter框架中已经有了widget这一层,并且组件库都已经是以widget的形式提供了,如果在Flutter框架中所有组件都像示例的HomeView一样以Element形式提供,那么就可以用纯Element来构建UI了HomeView的build方法返回值类型就可以是Element了。
  • 对于问题2

    • 答案当然也是肯定的,Flutter engine提供的dart API是原始且独立的,这个与操作系统提供的API类似,上层UI框架设计成什么样完全取决于设计者,完全可以将UI框架设计成Android风格或iOS风格,但这些事Google不会再去做,我们也没必要再去搞这一套,这是因为响应式的思想本身是很棒的,之所以提出这个问题,是因为笔者认为做与不做是一回事,但知道能不能做是另一回事,这能反映出我们对知识的理解程度。

推荐:https://github.com/yangchong211/YCFlutterUtils

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