14.7 绘制（三）Layer 实例

本节通过优化之前“绘制棋盘示例“来像大家展示如何在自定义组件中使用Layer。

14.7.1 通过 Layer 实现绘制缓存

我们之前绘制棋盘示例是使用的CustomPaint组件，然后再painter的paint方法中同时实现了绘制棋盘和棋子，实际上这里可以有一个优化，因为棋盘是不会变化的，所以理想的方式就是当绘制区域不发生变化时，棋盘只需要绘制一次，当棋子发生变化时，每次只需要绘制棋子信息即可。

注意：在实际开发中，要实现上述功能还是优先使用Flutter建议的”Widget组合“的方式：比如棋盘和棋子分别绘制在两个Widget中，然后包上 RepaintBoundary 组件后把他们添加到 Stack中，这样做到分层渲染。不过，本节主要是为了说明Flutter自定义组件中如何使用Layer，所以我们采用自定义RenderObject的方式来实现。

1. 首先我们定义一个ChessWidget，因为它并非容器类组件，所以继承自 LeafRenderObjectWidget 。

   class ChessWidget extends LeafRenderObjectWidget {
     @override
     RenderObject createRenderObject(BuildContext context) {
       // 返回Render对象
       return RenderChess();
     }
     //...省略updateRenderObject函数实现
   }
   

   由于自定义的 RenderChess 对象不接受任何参数，所以我们可以在ChessWidget 中不用实现updateRenderObject方法。

2. 实现 RenderChess；我们先直接实现一个未缓存棋盘的原始版本，随后我们再一点点添加代码，直到把它改造成可以缓存棋盘的对象。

   class RenderChess extends RenderBox {
     @override
     void performLayout() {
       //确定ChessWidget的大小
       size = constraints.constrain(
         constraints.isTight ? Size.infinite : Size(150, 150),
       );
     }
   
     @override
     void paint(PaintingContext context, Offset offset) {
       Rect rect = offset & size;
       drawChessboard(canvas, rect); // 绘制棋盘
       drawPieces(context.canvas, rect);//绘制棋子
     }
   }
   

3. 接下来我们需要实现棋盘缓存，我们的思路是：

   • 创建一个 Layer 专门绘制棋盘，然后缓存。
   • 当重绘触发时，如果绘制区域发生了变化，则重新绘制棋盘并缓存；如果绘制区域未变，则直接使用之前的Layer

   为此，我们需要定义一个PictureLayer来缓存棋盘，然后添加一个 _checkIfChessboardNeedsUpdate 函数来实现上述逻辑：

   // 保存之前的棋盘大小
   Rect _rect = Rect.zero;
   PictureLayer _layer = PictureLayer()
   
   _checkIfChessboardNeedsUpdate(Rect rect) {
     // 如果绘制区域大小没发生变化，则无需重绘棋盘
     if (_rect == rect) return;
     
     // 绘制区域发生了变化，需要重新绘制并缓存棋盘
     _rect = rect;
     print("paint chessboard");
    
     // 新建一个PictureLayer，用于缓存棋盘的绘制结果，并添加到layer中
     ui.PictureRecorder recorder = ui.PictureRecorder();
     Canvas canvas = Canvas(recorder);
     drawChessboard(canvas, rect); //绘制棋盘
     // 将绘制产物保存在pictureLayer中
     _layer = PictureLayer(Rect.zero)..picture = recorder.endRecording();
   }
   
   @override
   void paint(PaintingContext context, Offset offset) {
     Rect rect = offset & size;
     //检查棋盘大小是否需要变化，如果变化，则需要重新绘制棋盘并缓存
     _checkIfChessboardNeedsUpdate(rect);
     //将缓存棋盘的layer添加到context中，每次重绘都要调用，原因下面会解释
     context.addLayer(_layer);
     //再画棋子
     print("paint pieces");
     drawPieces(context.canvas, rect);
   }
   

   具体的实现逻辑见注释，这里不再赘述，需要特别解释的是在 paint 方法中，每次重绘都需要调用 context.addLayer(_layer) 将棋盘layer添加到当前的Layer树中，通过上一节的介绍，我们知道，实际上是添加到了当前节点的第一个绘制边界节点的Layer中。可能会有读者疑惑，如果棋盘不变的话，添加一次不就行了，为什么每次重绘都要添加？实际上这个问题我们上一节已经解释过了，因为重绘是当前节点的第一个父级向下发起的，而每次重绘前，该节点都会先清空所有的孩子，代码见 PaintingContext.repaintCompositedChild 方法，所以我们需要每次重绘时都要添加一下。

   思考题：为什么父级绘制边界节点每次重绘前都要先清空其layer的所有孩子？

   OK，现在我们已经实现了棋盘缓存了，下面我们来验证一下。

4. 我们创建一个测试 Demo 来验证一下，我们创建一个 ChessWidget 和一个 ElevatedButton，因为ElevatedButton在点击时会执行水波动画，所以会发起一连串的重绘请求，而根据上一节的知识，我们知道ChessWidget 和 ElevatedButton 会在同一个Layer上绘制，所以 ElevatedButton 重绘也会导致ChessWidget 的重绘。另外我们在绘制棋子和棋盘时都加了日志，所以我们只需要点击 ElevatedButton，然后查看日志就能验证棋盘缓存是否生效。

   注意：在当前版本（3.0）的Flutter中，ElevatedButton 的实现中并没有添加 RepaintBoundary，所以它才会和ChessWidget 在同一个 Layer 上渲染，如果后续 Flutter SDK中给 ElevatedButton 添加了RepaintBoundary，则不能通过本例来验证。

   class PaintTest extends StatefulWidget {
     const PaintTest({Key? key}) : super(key: key);
   
     @override
     State<PaintTest> createState() => _PaintTestState();
   }
   
   class _PaintTestState extends State<PaintTest> {
     ByteData? byteData;
   
     @override
     Widget build(BuildContext context) {
       return Center(
         child: Column(
           mainAxisSize: MainAxisSize.min,
           children: [
             const ChessWidget(),
             ElevatedButton(
               onPressed: () {
                 setState(() => null);
               },
               child: Text("setState"),
             ),
           ],
         ),
       );
     }
   }
   

   点击按钮后:发现，棋盘、棋子都可以正常显示，如图14-16：

   

   同时日志面板输出了很多"paint pieces"，并没有"paint chessboard"，可见棋盘缓存生效了。

   好的，貌似我们预期的功能已经实现了，但是别高兴太早，上面的代码还有一个内存泄露的坑，我们在下面LayerHandle 部分介绍。

14.7.2 LayerHandle

上面 RenderChess 实现中，我们将棋盘绘制信息缓存到了 layer 中，因为 layer 中保存的绘制产物是需要调用dispose方法释放的，如果ChessWidget销毁时没有释放则会发生内存泄露，所以们需要在组件销毁时，手动释放一下，给RenderChess中添加如下代码：

@override
void dispose() {
  _layer.dispose();
  super.dispose();
}

上面的场景比较简单，实际上，在Flutter中一个layer可能会反复被添加到多个容器类Layer中，或从容器中移除，这样一来有些时候我们可能会搞不清楚一个layer是否还被使用，为了解决这个问题，Flutter中定义了一个LayerHandle 类来专门管理layer，内部是通过引用计数的方式来跟踪layer是否还有使用者，一旦没有使用者，会自动调用layer.dispose来释放资源。为了符合Flutter规范，强烈建议读者在需要使用layer的时候通过LayerHandle来管理它。现在我们来修改一下上面的代码，RenderChess中定义一个 layerHandle，然后将_layer 全部替换为 layerHandle.layer：

// 定义一个新的 layerHandle
final layerHandle = LayerHandle<PictureLayer>();
 
_checkIfChessboardNeedsUpdate(Rect rect) {
    ...
    layerHandle.layer = PictureLayer(Rect.zero)..picture = recorder.endRecording();
  }

  @override
  void paint(PaintingContext context, Offset offset) {
    ...
    //将缓存棋盘的layer添加到context中
    context.addLayer(layerHandle.layer!);
    ...
  }

  @override
  void dispose() {
    //layer通过引用计数的方式来跟踪自身是否还被layerHandle持有，
    //如果不被持有则会释放资源，所以我们必须手动置空，该set操作会
    //解除layerHandle对layer的持有。
    layerHandle.layer = null;
    super.dispose();
  }

OK，这样就很好了！不过先别急着庆祝，现在我们再来回想一下上一节介绍的内容，每一个 RenderObject 都有一个layer 属性，我们能否直接使用它来保存棋盘layer呢？下面我们看看 RenderObject 中关于 layer 的定义：

@protected
set layer(ContainerLayer? newLayer) {
  _layerHandle.layer = newLayer;
}

final LayerHandle<ContainerLayer> _layerHandle = LayerHandle<ContainerLayer>();

可以发现，我们RenderObject 中已经定义了一个 _layerHandle了，它会去管理 layer；同时 layer 是一个setter，会自动将新 layer 赋值到 _layerHandle 上，那么我们是否可以在 RenderChess 中直接使用父类定义好的 _layerHandle，这样的话我们就无需再自定义一个 layerHandle 了。读者可以先结合上一节的内容思考一分钟，然后我们再往下看。

答案是：取决于当前节点的 isRepaintBoundary 属性是否为 true（即当前节点是否为绘制边界节点） ，如果为 true 则不可以，如果不为 true，则可以。上一节中讲过，Flutter在执行 flushPaint 重绘时遇到绘制边界节点：

1. 先检查其 layer 是否为空，如果不为空，则会先清空该 layer 的孩子节点，然后会使用该 layer 创建一个 PaintingContext，传递给 paint 方法。
2. 如果其 layer 为空，会创建一个 OffsetLayer 给它。

如果我们要将棋盘layer保存到预定义的 layer变量中的话，得先创建一个ContainerLayer，然后将绘制棋盘的PictureLayer作为子节点添加到新创建的ContainerLayer中，然后赋值给 layer变量。这样一来：

1. 如果我们设置 RenderChess 的 isRepaintBoundary 为true，那么在每次重绘时，flutter 框架都会将 layer 子节点清空，这样的话，我们的棋盘Picturelayer就会被移除，接下来就会触发异常。
2. 如果 RenderChess 的 isRepaintBoundary 为 false（默认值），则在重绘过程中 flutter 框架不会使用到 layer 属性，这中情况没有问题。

虽然，本例中 RenderChess 的 isRepaintBoundary 为 false，直接使用 layer是可以的，但我不建议这么做，原因有二：

1. RenderObject 中的 layer 字段在 Flutter 框架中是专门为绘制流程而设计的，按照职责分离原则，我们也不应该去蹭它。即使现在能蹭成功，万一哪天Flutter的绘制流发生变化，比如也开始使用非绘制边界节点的layer字段，那么我们的代码将会出问题。
2. 如果要使用Layer，我们也需要先创建一个ContainerLayer，既然如此，我们还不如直接创建一个LayerHandle，这更方便。

现在考虑最后一个问题，在上面示例中，我们点击按钮后，虽然棋盘不会重绘了，但棋子还是会重绘，这并不合理，我们希望棋盘区域不受外界干扰，只有新的落子行为时（点击在棋盘区域）时再重绘棋子。相信看到着，解决方案就呼之欲出了，我们有两种选择：

1. RenderChess 的 isRepaintBoundary 返回 true；将当前节点变为一个绘制边界，这样 ChessWidget 就会和按钮分别在不同的 layer 上绘制，也就不会相互影响。
2. 在使用 ChessWidget 时，给它套一个RepaintBoundary组件，和1的原理差不多的，只不过这种方式是将ChessWidget的父节点（RepaintBoundary）变为了绘制边界（而不是自身），这样也会创建一个新的 layer 来隔离按钮的绘制。

具体应该选哪种应该根据情况而定，第二种方案会更灵活，但第一种方案的实际效果往往会比较好，因为如果我们封装的复杂自绘控件中没有设置 isRepaintBoundary 为 true，我们很难保证使用者在使用时会给我们的空间添加RepaintBoundary，所以这种细节还是对使用者屏蔽掉会比较好。