做一个高一致性、高性能的Flutter动态渲染，真的很难么？

作者| 章志坚(皓黯)  

出品|阿里巴巴新零售淘系技术部

导读：最近闲鱼技术团队在尝试使用集团 DinamicX 的 DSL ，通过下发 DSL 模板实现 Flutter 端的动态化模板渲染。 在解决了性能方面的问题后，又面临了一个新的挑战——渲染一致 性。 如何在不降低渲染性能的前提下，大幅度提升 Flutter 与 Native 之间的渲染一致性呢？

思路

在初版渲染架构设计当中，我们以 Widget 为中心，采用了组合的方案来完成 DSL 到 Widget 的转化。 这方面的工作在早期还算比较顺利，然而随着模板复杂度的增加，逐渐出现了一些 Bad Case 。

分析了这些 Bad Case 后发现，在初版渲染架构下，无法彻底解决这些 Bad Case，原因主要为以下两点：

1. 我们使用了 Stack 来代表 FrameLayout，Column/Row 来代表 LinearLayout，它们看似功能相似，实则内部实现差异较大，使用过程中引起了很多难以解决的 Bad Case。

2. 初版尝试通过自定义 Widget 对 DSL 的布局理念做了初步的理解，但是未能做到完全对齐，使得 Bad Case 无法得到系统性解决。

如需从根本上解决这些问题，需要重新设计一套新的渲染架构方案，完全理解并对齐 DSL 的布局理念。  

新版渲染架构设计

由于 DinamicX 的 DSL与Android XML 十分相似，因此我们将以 Android 的 Measure 机制来介绍其布局理念。 相信很多同学都明白，在 Android 的 Measure 机制中，父 View 会根据自身的 MeasureSpecMode 和子 View 的 LayoutParams 来计算出子 View 的 MeasureSpecMode ，其具体计算表格如下（忽略了 MeasureSpecMode 为 UNSPECIFIED 的情况）：

我们可以基于上面这个表格，计算出每个 DSL Node 的宽/高是 EXACTLY 还是 AT_MOST 的。 Flutter 若想理解 DynamicX DSL ，就需要引入 MeasureSpecMode 的概念。 由于初版渲染架构以 Widget 为中心，难以引入 MeasureSpecMode 的概念，因而需要以 RenderObject 为中心，对渲染架构做重新的设计。

基于 RenderObject 层，设计了一个新的渲染架构。 在新的渲染架构中，每一个 DSL Node 都会被转化为 RenderObject Tree 上的一颗子树，这棵子树主要由三部分组成。

• Decoration 层：  Decoration 层用于支持背景色、边框、圆角、触摸事件等，这些我们可以通过组合方式实现。

• Render 层： Render 层用于表达 Node 在转化后的布局规则与尺寸大小。

• Content 层： Content 层负责显示具体内容，对于布局控件来说，内容就是自己的 children ，而对于非布局控件如 TextView、ImageView 等，内容将采用 Flutter 中的 RenderParagraph、RenderImage 来表达。

Render 层为我们新版渲染架构中的核心层，用于表达 Node 转化后的布局规则与尺寸大小，对于理解 DSL 布局理念起到了关键性作用，其类图如下：

DXRenderBox 是所有控件 Render 层的基类，其派生了两个类：  DXSingleChildLayoutRender 和 DXMultiChildLayoutRender 。 其中 DXSingleChildLayoutRender 是所有非布局控件 Render 层的基类，而 DXMultiChildLayoutRender 则是所有布局控件 Render 层的基类。

对于非布局控件来说，Render 层只会影响其尺寸，不影响内部显示的内容，所以理论上 View、ImageView、Switch、Checkbox 等控件在 Render 层的表达都是相同的。 DXContainerRender 就是用于表达这些非布局控件的实现类。 这里TextView 由于有 maxWidth 属性会影响其尺寸以及需要特殊处理文字垂直居中的情况，因而单独设计了 DXTextContainerRender 。

对于布局控件来说，不同的布局控件代表着不同的布局规则，因此不同的布局控件在Render层会派生出不同的实现类。 DXLinearLayoutRender 和 DXFrameLayoutRender 分别用于表达 LinearLayout与FrameLayout 的布局规则。

新版渲 染架构实现

完成新版渲染架构设计之后，我们可以开始设计基类 DXRenderBox 了。 对于DXRenderBox 来说，我们需要实现它在 Flutter Layout 中非常关键的三个方法： sizedByParent、performResize 和 performLayout。

▐   Flutter Layout 的原理

我们先来简单回顾一下 Flutter Layout 的原理，由于之前已有诸多文章介绍过Flutter Layout 的原理，这次就直接聚焦于 Flutter Layout 中用于计算 RenderObject 的 size 的部分。

在 Flutter Layout 的过程中，最为重要的就是确定每个 RenderObject 的 size ，而 size 的确定是在 RenderObject 的 layout 方法中完成的。  layout 方法主要做了两件事：

1. 确定当前 RenderObject 对应的 relayoutBoundary

2. 调用 performResize 或 performLayout 去确定自己的 size

为了方便读者阅读将 layout 方法做了简化，代码如下：

abstractclassRenderObject{

Constraintsget constraints => _constraints;

Constraints _constraints;

boolget sizedByParent => false;

void layout(Constraints constraints, { bool parentUsesSize = false}) {

//计算relayoutBoundary

......

//layout

_constraints = constraints;

if(sizedByParent) {

performResize();

}

performLayout();

......

}

}

可以说只要掌握了 layout 方法，那么对于 Flutter Layout 的过程也就基本掌握了。 接下来我们来简单分析一下 layout 方法。

参数 constraints 代表了 parent 传入的约束，最后计算得到的 RenderObject 的size必须符合这个约束。 参数 parentUsesSize 代表 parent 是否会使用 child 的 size ，它参与计算 repaintBoundary，可以对 Layout 过程起到优化作用。

sizedByParent 是 RenderObject 的一个属性，默认为 false ，子类可以去重写这个属性。 顾名思义，sizedByParent 表示 RenderObject 的 size 的计算完全由其parent 决定。 换句话说，也就是 RenderObject 的 size 只和 parent 给的 constraints 有关，与自己 children 的 sizes 无关。

同时，sizedByParent 也决定了 RenderObject 的 size 需要在哪个方法中确定，若 sizedByParent 为 true ，那么 size 必须得在 performResize 方法中确定，否则 size 需要在 performLayout 中确定。

performResize 方法的作用是确定 size ，实现该方法时需要根据 parent 传入的constraints 确定 RenderObject 的 size。

performLayout 则除了用于确定 size 以外，还需要负责遍历调用 child.layout 方法对计算 children 的 sizes 和 offsets。

▐  如何实现 sizedByParent

sizedByParent 为 true 时，表示 RenderObject 的 size 与 children 无关。 那么在我们的 DXRenderBox 中，只有当 widthMeasureMode 和 heightMeasureMode 均为 DX_EXACTLY 时，sizedByParent 才能被设为 true。

代码中的 nodeData 类型为 DXWidgetNode ，代表上文中提到的 DSL Node ，而 widthMeasureMode 和 heightMeasureMode 则分别代表 DSL Node 的宽与高对应的 MeasureSpecMode。

abstractclassDXRenderBoxextendsRenderBox{

DXRenderBox({@requiredthis.nodeData});

DXWidgetNode nodeData;

@override

boolget sizedByParent {

return nodeData.widthMeasureMode == DXMeasureMode.DX_EXACTLY &&

nodeData.heightMeasureMode == DXMeasureMode.DX_EXACTLY;

}

......

}

▐  如何实现performResize

只有 sizedByParent 为 true 时，也就是 widthMeasureMode 和 heightMeasureMode 均为 DXEXACTLY 时，performResize 方法才会被调用。 而若 widthMeasureMode 和 heightMeasureMode 均为 DXEXACTLY，则证明 nodeData  的宽高要么是具体值，要么是 matchparent，所以在 performResize 方法里只需要处理宽/高为具体值或 matchparent 的情况即可。 宽/高有具体值取具体值，没有具体值则表示其为 match_parent，取 constraints 的最大值。

abstractclassDXRenderBoxextendsRenderBox{

......

@override

void performResize() {

double width = nodeData.width ?? constraints.maxWidth;

double height = nodeData.height ?? constraints.maxHeight;

size = constraints.constrain(Size(width, height));

}

......

}

非布局空间如何实现 performLayout

DXRenderBox 作为所有控件Render层的基类，无需实现 performLayout 。 不同的 DXRenderBox 的子类对应的 performLayout 方法是不同的，这个方法也是 Flutter 理解 DSL 的关键。 接下来以 DXSingleChildLayoutRender 为例子来说明 performLayout 的实现思路。

DXSingleChildLayoutRender 的主要作用是确定非布局控件的大小。 比如一个 ImageView 具体有多大，就是通过它来确定的。

abstractclassDXSingleChildLayoutRenderextendsDXRenderBox

withRenderObjectWithChildMixin<RenderBox> {

@override

void performLayout() {

BoxConstraints childBoxConstraints = computeChildBoxConstraints();

if(sizedByParent) {

child.layout(childBoxConstraints);

} else{

child.layout(childBoxConstraints, parentUsesSize: true);

size = defaultComputeSize(child.size);

}

}

......

}

首先，我们先计算出 childBoxConstraints。 接着判断其是否是 sizedByParent 。 如果是，那么其 size 已经在 performResize 阶段计算完成，此时只需要调用 child.layout 方法即可。 否则，需要在调用 child.layout 时将 parentUsesSize 参数设置为 true，通过 child.size 来计算其 size。 可是该如何根据 child.size 来计算 size 呢？

Size defaultComputeSize(Size intrinsicSize) {

double finalWidth = nodeData.width ?? constraints.maxWidth;

double finalHeight = nodeData.height ?? constraints.maxHeight;

if(nodeData.widthMeasureMode == DXMeasureMode.DX_AT_MOST) {

finalWidth = intrinsicSize.width;

}

if(nodeData.heightMeasureMode == DXMeasureMode.DX_AT_MOST) {

finalHeight = intrinsicSize.height;

}

return constraints.constrain(Size(finalWidth,finalHeight));

}

• 如果宽/高所对应的 measureMode 为 DXEXACTLY，那么最终宽/高则有具体值取具体值，没有具体值则表示其为 matchparent，取 constraints 的最大值。

• 如果宽/高所对应的 measureMode 为 DX_ATMOST ，那么最终宽/高取 child 的宽/高即可。

布局空间如何实现 performLayout

布局控件在 performLayout 中除了需要确定自己的 size 以外，还需要设计好自己的布局规则。 以 FrameLayout 为例来说明一下布局控件的 performLayout 该如何实现。

classDXFrameLayoutRenderextendsDXMultiChildLayoutRender{

@override

void performLayout() {

BoxConstraints childrenBoxConstraints = computeChildBoxConstraints();

double maxWidth = 0.0;

double maxHeight = 0.0;

//layout children

visitDXChildren((RenderBox child,int index,DXWidgetNode childNodeData,DXMultiChildLayoutParentData childParentData) {

if(sizedByParent) {

child.layout(childrenBoxConstraints,parentUsesSize: true);

} else{

child.layout(childrenBoxConstraints,parentUsesSize: true);

maxWidth = max(maxWidth,child.size.width);

maxHeight = max(maxHeight,child.size.height);

}

});

//compute size

if(!sizedByParent) {

size = defaultComputeSize(Size(maxWidth, maxHeight));

}

//compute children offsets

visitDXChildren((RenderBox child,int index,DXWidgetNode childNodeData,DXMultiChildLayoutParentData childParentData) {

Alignment alignment = DXRenderCommon.gravityToAlignment(childNodeData.gravity ?? nodeData.childGravity);

childParentData.offset = alignment.alongOffset(size - child.size);

});

}

}

FrameLayout 的布局过程一共可分为3部分

1. layout 所有的 children，如果 FrameLayoutRender 不是 sizedByParent ，需要同时计算所有children 的最大宽度与最大高度，用于计算自身 size 。

2. 计算自身size，其中计算方案defaultComputeSize详见上一小节

3. 将gravity转化为alignment，计算所有children的offsets。

看了FrameLayout的布局过程，是否觉得非常简单呢？ 不过需要指出的是，上述FrameLayoutRender的代码会遇到一些Bad Case，其中比较经典的问题就是FrameLayout的宽/高为matchcontent，而其children的宽/高均为matchparent。 这种情况在Android下会对同一个child进行"两次measure"，那么在Flutter下该如何实现呢？

Flutter如何实现 两次measure的问题？

我们先来看一个例子：

上图的LinearLayout是一个竖向线性布局，width被设为了matchcontent，它包含了两个TextView，width均为matchparent，那么这个例子中，整个布局的流程应该是怎样的呢。

首先需要依次measure两个TextView的width，MeasureSpecMode为AT_MOST，简单来说，就是问它们具体需要多宽。 接着LinearLayout会将两个TextView需要的宽度的最大值设为自己的宽度。 最后，对两个TextView进行第二次measure，此时MeasureSpecMode会被改为Exactly，MeasureSpecSize为LinearLayout的宽度。

而常见的Flutter的layout过程为以下两种：

• 先在performResize中计算自身size，再通过child.layout确定children sizes

• 先通过child.layout确定children sizes，再根据children sizes计算自身size

以上方案均不能满足例子中我们想要的效果，需要找到一个方案，在调用child.layout之前，便能知道child的宽高。 最后我们发现，getMinIntrinsicWidth、getMaxIntrinsicWidth、getMinIntrinsicHeight、getMaxIntrinsicHeight四个方法能够满足我们。 以getMaxIntrinsicHeight为例，来讲讲这些方法的用途。

double getMaxIntrinsicWidth(double height) {

return _computeIntrinsicDimension(_IntrinsicDimension.maxWidth, height, computeMaxIntrinsicWidth);

}

getMaxIntrinsicWidth接收一个参数height，用于确定当height为这个值时maxIntrinsicWidth应该是多少。 这个方法最终会通过computeMaxIntrinsicWidth方法来计算maxIntrinsicWidth，计算结果会被保存。 如果需要重写，不应该重写getMaxIntrinsicWidth方法，而是应该重写computeMaxIntrinsicWidth方法。 需要注意的是这些方法并非轻量级方法，只有在真正需要的时候才可使用。

或许你不禁要问，这些方法计算出来的宽高准吗？ 实际上每个 RenderBox 的子类都需要保证这些方法的正确性，比如用于展示文字的 RenderParagraph 就实现了这些 compute 方法，因此得以在RenderParagraph没被layout之前，获取其宽度。

我们设计的 Render 层中的类也得实现 compute 方法，这些方法实现起来并不复杂，还是以 DXSingleChildLayoutRender 为例子来说明该如何实现这些方法。

@override

double computeMaxIntrinsicWidth(double height) {

if(nodeData.width != null) {

return nodeData.width;

}

if(child != null) return child.getMaxIntrinsicWidth(height);

return0.0;

}

上述代码比较简单，不再赘述。

那么我们再简单看一下例子中的问题——先通过 child.getMaxIntrinsicWidth来计算每个 child 需要的 width。 接着将这些宽度的最大值确定 LinearLayout 的width，最后通过 child.layout 对每个孩子进行布局，传入的 constraints 的maxWidth 和 minWidth 均为 LinearLayout的width。

效果

新版渲染架构使得Flutter能理解并对齐 DSL 的布局理念，系统性解决了之前遇到的 Bad Case ，为 Flutter 动态模板方案带来了更多的可能性。

对新老版本的渲染性能做了测试对比，在新版渲染架构下通过页面渲染耗时对比以及 FPS 对比可以发现，动态模板的渲染性能得到了进一步的提升。

后续展望

在渲染架构升级之后，我们彻底解决了之前遇到的 Bad Case ，并为系统性分析解决这类问题提供了有力的抓手，还进一步提升了渲染性能，这让 Flutter 动态模板渲染成为了可能。 未来我们将继续完善这套解决方案，做到技术赋能业务。

参考文献

https://flutter.dev/docs/resources/inside-flutter

https://www.youtube.com/watch?v=UUfXWzp0-DU

https://www.youtube.com/watch?v=dkyY9WCGMi0

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