7.3 跨组件状态共享(Provider)

在Flutter开发中,状态管理是一个永恒的话题。一般的原则是:如果状态是组件私有的,则应该由组件自己管理;如果状态要跨组件共享,则该状态应该由各个组件共同的父元素来管理。对于组件私有的状态管理很好理解,但对于跨组件共享的状态,管理的方式就比较多了,如使用全局事件总线EventBus(将在下一章中介绍),它是一个观察者模式的实现,通过它就可以实现跨组件状态同步:状态持有方(发布者)负责更新、发布状态,状态使用方(观察者)监听状态改变事件来执行一些操作。下面我们看一个登陆状态同步的简单示例:

定义事件:

enum Event{
  login,
  ... //省略其它事件
}

登录页代码大致如下:

// 登录状态改变后发布状态改变事件
bus.emit(Event.login);

依赖登录状态的页面:

void onLoginChanged(e){
  //登录状态变化处理逻辑
}


void initState() {
  //订阅登录状态改变事件
  bus.on(Event.login,onLogin);
  super.initState();
}


void dispose() {
  //取消订阅
  bus.off(Event.login,onLogin);
  super.dispose();
}

我们可以发现,通过观察者模式来实现跨组件状态共享有一些明显的缺点:

  1. 必须显式定义各种事件,不好管理
  2. 订阅者必须需显式注册状态改变回调,也必须在组件销毁时手动去解绑回调以避免内存泄露。

在Flutter当中有没有更好的跨组件状态管理方式了呢?答案是肯定的,那怎么做的?我们想想前面介绍的InheritedWidget,它的天生特性就是能绑定InheritedWidget与依赖它的子孙组件的依赖关系,并且当InheritedWidget数据发生变化时,可以自动更新依赖的子孙组件!利用这个特性,我们可以将需要跨组件共享的状态保存在InheritedWidget中,然后在子组件中引用InheritedWidget即可,Flutter社区著名的Provider包正是基于这个思想实现的一套跨组件状态共享解决方案,接下来我们便详细介绍一下Provider的用法及原理。

Provider

为了加强读者的理解,我们不直接去看Provider包的源代码,相反,我会带着你根据上面描述的通过InheritedWidget实现的思路来一步一步地实现一个最小功能的Provider。

首先,我们需要一个保存需要共享的数据InheritedWidget,由于具体业务数据类型不可预期,为了通用性,我们使用泛型,定义一个通用的InheritedProvider类,它继承自InheritedWidget

// 一个通用的InheritedWidget,保存任需要跨组件共享的状态
class InheritedProvider<T> extends InheritedWidget {
  InheritedProvider({ this.data, Widget child}) : super(child: child);

  //共享状态使用泛型
  final T data;

  
  bool updateShouldNotify(InheritedProvider<T> old) {
    //在此简单返回true,则每次更新都会调用依赖其的子孙节点的`didChangeDependencies`。
    return true;
  }
}

数据保存的地方有了,那么接下来我们需要做的就是在数据发生变化的时候来重新构建InheritedProvider,那么现在就面临两个问题:

  1. 数据发生变化怎么通知?
  2. 谁来重新构建InheritedProvider

第一个问题其实很好解决,我们当然可以使用之前介绍的eventBus来进行事件通知,但是为了更贴近Flutter开发,我们使用Flutter中SDK中提供的ChangeNotifier类 ,它继承自Listenable,也实现了一个Flutter风格的发布者-订阅者模式,ChangeNotifier定义大致如下:

class ChangeNotifier implements Listenable {

  
  void addListener(VoidCallback listener) {
     //添加监听器
  }
  
  void removeListener(VoidCallback listener) {
    //移除监听器
  }

  void notifyListeners() {
    //通知所有监听器,触发监听器回调   
  }

  ... //省略无关代码
}

我们可以通过调用addListener()removeListener()来添加、移除监听器(订阅者);通过调用notifyListeners() 可以触发所有监听器回调。

现在,我们将要共享的状态放到一个Model类中,然后让它继承自ChangeNotifier,这样当共享的状态改变时,我们只需要调用notifyListeners() 来通知订阅者,然后由订阅者来重新构建InheritedProvider,这也是第二个问题的答案!接下来我们便实现这个订阅者类:

// 该方法用于在Dart中获取模板类型
Type _typeOf<T>() => T;

class ChangeNotifierProvider<T extends ChangeNotifier> extends StatefulWidget {
  ChangeNotifierProvider({
    Key key,
    this.data,
    this.child,
  });

  final Widget child;
  final T data;

  //定义一个便捷方法,方便子树中的widget获取共享数据
  static T of<T>(BuildContext context) {
    final type = _typeOf<InheritedProvider<T>>();
    final provider =  context.inheritFromWidgetOfExactType(type) as InheritedProvider<T>return provider.data;
  }

  
  _ChangeNotifierProviderState<T> createState() => _ChangeNotifierProviderState<T>();
}

该类继承StatefulWidget,然后定义了一个of()静态方法供子类方便获取Widget树中的InheritedProvider中保存的共享状态(model),下面我们实现该类对应的_ChangeNotifierProviderState类:

class _ChangeNotifierProviderState<T extends ChangeNotifier> extends State<ChangeNotifierProvider<T>> {
  void update() {
    //如果数据发生变化(model类调用了notifyListeners),重新构建InheritedProvider
    setState(() => {});
  }

  
  void didUpdateWidget(ChangeNotifierProvider<T> oldWidget) {
    //当Provider更新时,如果新旧数据不"==",则解绑旧数据监听,同时添加新数据监听
    if (widget.data != oldWidget.data) {
      oldWidget.data.removeListener(update);
      widget.data.addListener(update);
    }
    super.didUpdateWidget(oldWidget);
  }

  
  void initState() {
    // 给model添加监听器
    widget.data.addListener(update);
    super.initState();
  }

  
  void dispose() {
    // 移除model的监听器
    widget.data.removeListener(update);
    super.dispose();
  }

  
  Widget build(BuildContext context) {
    return InheritedProvider<T>(
      data: widget.data,
      child: widget.child,
    );
  }
}

可以看到_ChangeNotifierProviderState类的主要作用就是监听到共享状态(model)改变时重新构建Widget树。注意,在_ChangeNotifierProviderState类中调用setState()方法,widget.child始终是同一个,所以执行build时,InheritedProvider的child引用的始终是同一个子widget,所以widget.child并不会重新build,这也就相当于对child进行了缓存!当然如果ChangeNotifierProvider父级Widget重新build时,则其传入的child便有可能会发生变化。

现在我们所需要的各个工具类都已完成,下面我们通过一个购物车的例子来看看怎么使用上面的这些类。

购物车示例

我们需要实现一个显示购物车中所有商品总价的功能:

  1. 向购物车中添加新商品时总价更新

定义一个Item类,用于表示商品信息:

class Item {
  Item(this.price, this.count);
  double price; //商品单价
  int count; // 商品份数
  //... 省略其它属性
}

定义一个保存购物车内商品数据的CartModel类:

class CartModel extends ChangeNotifier {
  // 用于保存购物车中商品列表
  final List<Item> _items = [];

  // 禁止改变购物车里的商品信息
  UnmodifiableListView<Item> get items => UnmodifiableListView(_items);

  // 购物车中商品的总价
  double get totalPrice =>
      _items.fold(0, (value, item) => value + item.count * item.price);

  // 将 [item] 添加到购物车。这是唯一一种能从外部改变购物车的方法。
  void add(Item item) {
    _items.add(item);
    // 通知监听器(订阅者),重新构建InheritedProvider, 更新状态。
    notifyListeners();
  }
}

CartModel即要跨组件共享的model类。最后我们构建示例页面:

class ProviderRoute extends StatefulWidget {
  
  _ProviderRouteState createState() => _ProviderRouteState();
}

class _ProviderRouteState extends State<ProviderRoute> {
  
  Widget build(BuildContext context) {
    return Center(
      child: ChangeNotifierProvider<CartModel>(
        data: CartModel(),
        child: Builder(builder: (context) {
          return Column(
            children: <Widget>[
              Builder(builder: (context){
                var cart=ChangeNotifierProvider.of<CartModel>(context);
                return Text("总价: ${cart.totalPrice}");
              }),
              Builder(builder: (context){
                print("RaisedButton build"); //在后面优化部分会用到
                return RaisedButton(
                  child: Text("添加商品"),
                  onPressed: () {
                    //给购物车中添加商品,添加后总价会更新
                    ChangeNotifierProvider.of<CartModel>(context).add(Item(20.0, 1));
                  },
                );
              }),
            ],
          );
        }),
      ),
    );
  }
}

运行示例后效果如图7-2所示:

provider

每次点击”添加商品“按钮,总价就会增加20,我们期望的功能实现了!可能有些读者会疑惑,我们饶了一大圈实现这么简单的功能有意义么?其实,就这个例子来看,只是更新同一个路由页中的一个状态,我们使用ChangeNotifierProvider的优势并不明显,但是如果我们是做一个购物APP呢?由于购物车数据是通常回事整个APP共享的数据,会跨路由共享,如果我们将ChangeNotifierProvider放在整个应用的Widget树的根上,那么整个APP就可以共享购物车的数据了,这时ChangeNotifierProvider的优势将会非常明显。

虽然上面的例子比较简单,但它却将Provider的原理和流程体现的很清楚,图7-3是Provider的原理图:

图7-3

Model变化后会自动通知ChangeNotifierProvider(订阅者),ChangeNotifierProvider内部会重新构建InheritedWidget,而依赖该InheritedWidget的子孙Widget就会更新。

我们可以发现使用Provider,将会带来如下收益:

  1. 我们的业务代码更关注数据了,只要更新Model,则UI会自动更新,而不用在状态改变后再去手动调用setState()来显式更新页面。
  2. 数据改变的消息传递被屏蔽了,我们无需手动去处理状态改变事件的发布和订阅了,这一切都被封装在Provider中了。这真的很棒,帮我们省掉了大量的工作!
  3. 在大型复杂应用中,尤其是需要全局共享的状态非常多时,使用Provider将会大大简化我们的代码逻辑,降低出错的概率,提高开发效率。

优化

我们上面实现的ChangeNotifierProvider是有两个明显缺点:代码组织为题和性能问题,下面我们一一讨论。

代码组织问题

我们先看一下构建显示总价Text的代码:

Builder(builder: (context){
  var cart=ChangeNotifierProvider.of<CartModel>(context);
  return Text("总价: ${cart.totalPrice}");
})

这段代码有两点可以优化:

  1. 需要显式调用ChangeNotifierProvider.of,当APP内部依赖CartModel很多时,这样的代码将很冗余。
  2. 语义化不明确;由于ChangeNotifierProvider是订阅者,那么依赖CartModel的Widget自然就是订阅者,其实也就是状态的消费者,如果我们用Builder Widget来构建,语义话就不是很明确;如果我们能使用一个具有明确语义的Widget,比如就叫Consumer,这样最终的代码语义将会很明确,只要看到Consumer,我们就知道它是依赖某个跨组件或全局的状态。

为了优化这两个问题,我们可以封装一个Consumer Widget,实现如下:

// 这是一个便捷类,会获得当前context和指定数据类型的Provider
class Consumer<T> extends StatelessWidget {
  Consumer({
    Key key,
     this.builder,
    this.child,
  })  : assert(builder != null),
        super(key: key);

  final Widget child;

  final Widget Function(BuildContext context, T value) builder;

  
  Widget build(BuildContext context) {
    return builder(
      context,
      ChangeNotifierProvider.of<T>(context), //自动获取Model
    );
  }
}

Consumer实现非常简单,它通过指定模板参数,然后再内部自动调用ChangeNotifierProvider.of获取相应的Model,并且Consumer这个名字本身也是具有确切语义(消费者)。现在上面的代码块可以优化为如下这样:

Consumer<CartModel>(
  builder: (context, cart)=> Text("总价: ${cart.totalPrice}");
)

是不是很优雅!

性能问题

上面的代码还有一个性能问题,就在构建”添加按钮“的代码处:

Builder(builder: (context) {
  print("RaisedButton build"); // 构建时输出日志
  return RaisedButton(
    child: Text("添加商品"),
    onPressed: () {
      ChangeNotifierProvider.of<CartModel>(context).add(Item(20.0, 1));
    },
  );
}

我们点击”添加商品“按钮后,由于购物车商品总价会变化,所以显示总价的Text更新是符合预期的,但是”添加商品“按钮本身没有变化,是不应该被重新build的。但是我们运行示例,每次点击”添加商品“按钮,控制台都会输出"RaisedButton build"日志,也就是说”添加商品“按钮在每次点击时其自身都会重新build!这是为什么呢?如果你已经理解了InheritedWidget的更新机制,那么答案一眼就能看出:这是因为构建RaisedButtonBuilder中调用了ChangeNotifierProvider.of,也就是说依赖了Widget树上面的InheritedWidget(即InheritedProvider )Widget,所以当添加完商品后,CartModel发生变化,会通知ChangeNotifierProvider, 而ChangeNotifierProvider则会重新构建子树,所以InheritedProvider将会更新,此时依赖它的子孙Widget就会被重新构建。

问题的原因搞清楚了,那么我们如何避免这不必要重构呢?既然按钮重新被build是因为按钮和InheritedWidget建立了依赖关系,那么我们只要打破或解除这种依赖关系就可以了。那么如何解除按钮和InheritedWidget的依赖关系呢?我们上一节介绍InheritedWidget时已经讲过了:调用inheritFromWidgetOfExactType()ancestorInheritedElementForWidgetOfExactType()的却别就是前者会注册依赖关系,而后者不会。所以我们只需要将ChangeNotifierProvider.of的实现改为下面这样既可:

 //添加一个listen参数,表示是否建立依赖关系
  static T of<T>(BuildContext context, {bool listen = true}) {
    final type = _typeOf<InheritedProvider<T>>();
    final provider = listen
        ? context.inheritFromWidgetOfExactType(type) as InheritedProvider<T>
        : context.ancestorInheritedElementForWidgetOfExactType(type)?.widget
            as InheritedProvider<T>;
    return provider.data;
  }

然后我们将调用部分代码改为:

Column(
    children: <Widget>[
      Consumer<CartModel>(
        builder: (BuildContext context, cart) =>Text("总价: ${cart.totalPrice}"),
      ),
      Builder(builder: (context) {
        print("RaisedButton build");
        return RaisedButton(
          child: Text("添加商品"),
          onPressed: () {
            // listen 设为false,不建立依赖关系
            ChangeNotifierProvider.of<CartModel>(context, listen: false)
                .add(Item(20.0, 1));
          },
        );
      })
    ],
  )

修改后在此运行上面的示例,我们会发现点击”添加商品“按钮后,控制台不会再输出"RaisedButton build"了,即按钮不会被重新构建了。而总价仍然会更新,这是因为Consumer中调用ChangeNotifierProvider.oflisten值为默认值true,所以还是会建立依赖关系。

至此我们便实现了一个迷你的Provider,它具备Pub上Provider Package中的核心功能;但是我们的迷你版功能并不全面,如只实现了一个可监听的ChangeNotifierProvider,并没有实现只用于数据共享的Provider;还有就是我们的实现还有些边界没有考虑的到,比如如何保证在Widget树重新build时Model始终是单例等。所以建议读者在实战中还是使用Provider Package,而本节实现这个迷你Provider的主要目的主要是为了帮助读者了解Provider Package底层的原理。

其它状态管理包

现在Flutter社区已经有很多专门用于状态管理的包了,在此我们列出几个相对评分比较高的:

包名 介绍
Provider & Scoped Model 这两个包都是基于InheritedWidget的,原理相似
Redux 是Web开发中React生态链中Redux包的Flutter实现
MobX 是Web开发中React生态链中MobX包的Flutter实现
BLoC 是BLoC模式的Flutter实现

在此笔者不对这些包做推荐,读者有兴趣都可以研究一下,了解它们各自的思想。

总结

本节通过介绍事件总线在跨组件共享中的一些缺点引出了通过InheritedWidget来实现状态的共享的思想,然后基于该思想实现了一个简单的Provider,在实现的过程中也更深入的探索了InheritedWidget与其依赖项的注册机制和更新机制。通过本节的学习,读者应该达到两个目标,首先是对InheritedWidget彻底吃透,其次是Provider的设计思想。

InheritedWidget是Flutter中非常重要的一个Widget,像国际化、主题等都是通过它来实现,所以我们也不惜篇幅,通过好几节来介绍它的,在下一节中,我们将介绍另一个基于InheritedWidget的组件Theme(主题)。

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