Flutter 笔记 | Flutter 核心原理（二）关键类和启动流程_flutter 重点

Widget、Element、BuildContext 和 RenderObject

Widget

Widget关键类及其子类继承关系如图所示：

其中，Widget是Widget Tree所有节点的基类。Widget的子类主要分为3类：

• 第1类是RenderObjectWidget的子类，具体来说又分为SingleChildRenderObjectWidget（单子节点容器）、LeafRenderObjectWidget（叶子节点）、MultiChildRenderObjectWidget（多子节点容器），它们的共同特点是都对应了一个RenderObject 的子类，可以进行Layout、Paint等逻辑。

• 第2类是StatelessWidget和StatefulWidget，它们是开发者最常用的Widget，自身不具备绘制能力（即不对应Render Object），但是可以组织和配置RenderObjectWidget类型的Widget。

• 第3类是ProxyWidget，具体来说又分为ParentDataWidget和InheritedWidget，它们的特点是为其子节点提供额外的数据。

Element

Element的关键类及其子类继承关系如图所示：

从图5-2中可以清楚的看到Element的继承关系，它实现了BuildContext接口，图5-2与图5-1相对应，每一个Element都有一个对应的Widget。Element有两个直接的子类 ComponentElement 和 RenderObjectElement，其中 ComponentElement 的两个子类 StatelessElement 和 StatefulElement 就分别对应了 StatelessWidget 和 StatefulWidget 。

我们知道最终的UI树其实是由一个个独立的Element节点构成。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，如图所示。

现在我们重点看一下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添加）。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newWidget与oldWidget的runtimeType和key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树的其他位置，如element或element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。

总结：

• 一个Element对象将在被创建时初始化initial状态，并在通过mount方法加入Element Tree后变为active状态；当该节点对应的Widget失效后，其自身会通过deactivate方法进入inactive状态。如果在当前帧的Build过程中，有其他Element节点通过key复用了该节点，则会通过activate方法使得该节点再次进入active状态；如果当前帧结束后该节点仍不在Element Tree中，则会通过unmount方法进行卸载，并进入defunct状态，等待后续逻辑的销毁。

看完Element的生命周期，可能有些人会有疑问，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层不仅会帮助开发者对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。

BuildContext

我们已经知道，StatelessWidget和StatefulWidget的build方法都会传一个BuildContext对象：

Widget build(BuildContext context) {
   }
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我们也知道，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
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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 {
   
    ...
}
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那这个context对象对应的实现类到底是谁呢？我们顺藤摸瓜，发现build调用是发生在StatelessWidget和StatefulWidget对应的StatelessElement和StatefulElement的build方法中，例如在StatelessElement中：

class StatelessElement extends ComponentElement {
   
  ...
  @override
  Widget build() => widget.build(this);
  ...
}
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同样在StatefulElement 中：

class StatefulElement extends ComponentElement {
   
  ...	
  @override
  Widget build() => state.build(this);
  ...
}
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发现build传递的参数是this，很明显！这个BuildContext就是StatelessElement或StatefulElement本身。但StatelessElement和StatefulElement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:

abstract class ComponentElement extends Element {
   ...}
abstract class Element extends DiagnosticableTree implements BuildContext {
   ...}
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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dependOnInheritedWidgetOfExactType()方法。

总结：BuildContext 就是 Element本尊，通过 BuildContext 的方法调用就是在操作 Element，Widget 是外衣，而 Element就是外衣下的裸体。

BuildContext 的另一层含义

关于 BuildContext 的另一层含义就是，它是对Widget在Widget树中的位置的引用，它包含了关于Widget在Widget树中的位置的信息，而不是关于Widget本身的信息。

以主题为例，由于每个Widget都有自己的BuildContext ，这意味着如果你将多个主题分散在树中，那么获取一个Widget的主题可能会返回与另一个Widget不同的结果。在计数器应用示例程序中的主题特定情况下，或在其他of方法中，你将会获取到树中距离最近的该类型的父节点。

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。

那么现在有两个问题：

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，它只提供描述UI树的配置信息，Widget 就是外衣，一个人不穿衣服当然也可以比较羞耻地活着，但是穿上衣服他会活的更体面，即便不依赖Widget 我们也可以完全通过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
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