Element与BuildContext

Element

在“Widget简介”一节,我们介绍了Widget和Element的关系,我们知道最终的UI树其实一个个独立的Element节点构成。我们也知道了组件最终的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,然后创建将相应的RenderObject关联到Element.renderObject属性,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,我们称之为渲染树,即render tree。

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elment所对应Widget的createRenderObject方法创建与element相关联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. element父Widget的配置数据改变时,为了进行Element复用,Framework在决定重新创建Element前会先尝试复用相同位置旧的element:调用Element对应Widget的canUpdate()方法,如果返回true,则复用旧Element,旧的Element会使用新的Widget配置数据更新,反之则会创建一个新的Element,不会复用。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来禁止复用。
  4. 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。
  5. 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),这是该祖先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。
  6. “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。
  7. 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。

看完Element的生命周期,可能有些读者会有疑问,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Widget和RenderObject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,具体细节将在下文介绍。

BuildContext

无论是StatelessWidget和StatefulWidget的build方法都会传一个BuildContext对象:

Widget build(BuildContext context) {}

我们知道,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

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StatelessWidget和StatefulWidget的build方法传入的context对象是哪个实现了BuildContext的类。我们顺藤摸瓜,发现调用时发生在StatelessWidget和StatefulWidget对应的StatelessElement和StatefulElement的build犯法中,以StatelessElement为例:


class StatelessElement extends ComponentElement {
  ...
  
  Widget build() => widget.build(this);
  ...
}

发现build传递的是this,很明显了,这个BuildContext很可能就是Element类,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context在StatelessWidget和StatefulWidget的build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。

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 ?

进阶

我们可以看到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StatelessWidget和StatefulWidget中通过build方法参数将Element对象也传递给了开发者,这样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完成的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:

我们通过纯粹的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1-9 9个数,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";

  
  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StatelessWidget和StatefulWidget中build(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框架中所有组件都想示例的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。

如果我们需要将上面代码在现有Flutter框架中跑起来,那么还是得提供一个”适配器“Widget将HomeView结合到现有框架中,下面CustomHome就相当于”适配器“:

class CustomHome extends Widget {
  
  Element createElement() {
    return HomeView(this);
  }
}

现在就可以将CustomHome添加到Widget树了,我们在一个新路由页创建它,最终效果如下:

Screenshot_1547041690 Screenshot_1547041693

点击按钮则按钮文本会随机排序。

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,这个操作系统提供的类似,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,当然没有十足的理由我们也没必要再去搞一套,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,是因为笔者认为但做与不做是一回事,但知道能与不能是另一回事,这能反映出我们对知识的掌握程度。

总结

本节详细的介绍了Element的生命周期,以及它与Widget、BuildContext的关系,也介绍了Element在Flutter UI系统中的角色和作用,我们将在下一节介绍Flutter UI系统中另一个重要的角色RenderObject。

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