Flutter 的渲染逻辑

在计算机系统中，图像的显示需要 CPU、GPU 和显示器一起配合完成：CPU 负责图像数据计算，GPU 负责图像数据渲染，而显示器则负责最终图像显示。

CPU 把计算好的、需要显示的内容交给 GPU，由 GPU 完成渲染后放入帧缓冲区，随后视频控制器根据垂直同步信号（VSync）以每秒 60 次的速度，从帧缓冲区读取帧数据交由显示器完成图像显示。

操作系统在呈现图像时遵循了这种机制，而 Flutter 作为跨平台开发框架也采用了这种底层方案。下面有一张更为详尽的示意图来解释 Flutter 的绘制原理。

Flutter 原理

Flutter 架构采用分层设计，从下到上分为三层，依次为：Embedder、Engine、Framework。

• Embedder 是操作系统适配层，实现了渲染 Surface 设置，线程设置，以及平台插件等平台相关特性的适配。从这里我们可以看到，Flutter 平台相关特性并不多，这就使得从框架层面保持跨端一致性的成本相对较低。
• Engine 层主要包含 Skia、Dart 和 Text，实现了 Flutter 的渲染引擎、文字排版、事件处理和 Dart 运行时等功能。Skia 和 Text 为上层接口提供了调用底层渲染和排版的能力，Dart 则为 Flutter 提供了运行时调用 Dart 和渲染引擎的能力。而 Engine 层的作用，则是将它们组合起来，从它们生成的数据中实现视图渲染。
• Framework 层则是一个用 Dart 实现的 UI SDK，包含了动画、图形绘制和手势识别等功能。为了在绘制控件等固定样式的图形时提供更直观、更方便的接口，Flutter 还基于这些基础能力，根据 Material 和 Cupertino 两种视觉设计风格封装了一套 UI 组件库。我们在开发 Flutter 的时候，可以直接使用这些组件库。

页面中的各界面元素（Widget）以树的形式组织，即控件树。Flutter 通过控件树中的每个控件创建不同类型的渲染对象，组成渲染对象树。而渲染对象树在 Flutter 的展示过程分为四个阶段：布局、绘制、合成和渲染。

布局

Flutter 采用深度优先机制遍历渲染对象树，决定渲染对象树中各渲染对象在屏幕上的位置和尺寸。在布局过程中，渲染对象树中的每个渲染对象都会接收父对象的布局约束参数，决定自己的大小，然后父对象按照控件逻辑决定各个子对象的位置，完成布局过程。

为了防止因子节点发生变化而导致整个控件树重新布局，Flutter 加入了一个机制——布局边界（Relayout Boundary），可以在某些节点自动或手动地设置布局边界，当边界内的任何对象发生重新布局时，不会影响边界外的对象，反之亦然。

绘制

布局完成后，渲染对象树中的每个节点都有了明确的尺寸和位置。Flutter 会把所有的渲染对象绘制到不同的图层上。与布局过程一样，绘制过程也是深度优先遍历，而且总是先绘制自身，再绘制子节点。

以下图为例：节点 1 在绘制完自身后，会再绘制节点 2，然后绘制它的子节点 3、4 和 5，最后绘制节点 6。

可以看到，由于一些其他原因（比如，视图手动合并）导致 2 的子节点 5 与它的兄弟节点 6 处于了同一层，这样会导致当节点 2 需要重绘的时候，与其无关的节点 6 也会被重绘，带来性能损耗。

为了解决这一问题，Flutter 提出了与布局边界对应的机制——重绘边界（Repaint Boundary）。在重绘边界内，Flutter 会强制切换新的图层，这样就可以避免边界内外的互相影响，避免无关内容置于同一图层引起不必要的重绘。

重绘边界的一个典型场景是 Scrollview。ScrollView 滚动的时候需要刷新视图内容，从而触发内容重绘。而当滚动内容重绘时，一般情况下其他内容是不需要重绘的，这时候重绘边界就派上用场了。

合成和渲染

端设备的页面越来越复杂，因此 Flutter 的渲染树层级通常很多，直接交付给渲染引擎进行多图层渲染，可能会出现大量渲染内容的重复绘制，所以还需要先进行一次图层合成，即将所有的图层根据大小、层级、透明度等规则计算出最终的显示效果，将相同的图层归类合并，简化渲染树，提高渲染效率。

合并完成后，Flutter 会将几何图层数据交由 Skia 引擎加工成二维图像数据，最终交由 GPU 进行渲染，完成界面的展示。

Widget 渲染过程

通常情况下，不同的 UI 框架中会以不同的方式去处理这一问题，但无一例外地都会用到视图树（View Tree）的概念。而 Flutter 将视图树的概念进行了扩展，把视图数据的组织和渲染抽象为三部分，即 Widget，Element 和 RenderObject。

Widget

Widget 是 Flutter 世界里对视图的一种结构化描述，你可以把它看作是前端中的“控件”或“组件”。Widget 是控件实现的基本逻辑单位，里面存储的是有关视图渲染的配置信息，包括布局、渲染属性、事件响应信息等。

在页面渲染上，Flutter 将“Simple is best”这一理念做到了极致。为什么这么说呢？Flutter 将 Widget 设计成不可变的，所以当视图渲染的配置信息发生变化时，Flutter 会选择重建 Widget 树的方式进行数据更新，以数据驱动 UI 构建的方式简单高效。

但，这样做的缺点是，因为涉及到大量对象的销毁和重建，所以会对垃圾回收造成压力。不过，Widget 本身并不涉及实际渲染位图，所以它只是一份轻量级的数据结构，重建的成本很低。

另外，由于 Widget 的不可变性，可以以较低成本进行渲染节点复用，因此在一个真实的渲染树中可能存在不同的 Widget 对应同一个渲染节点的情况，这无疑又降低了重建 UI 的成本。

注意：
Widget 是不可变的，更新则意味着销毁 + 重建（build）。StatelessWidget 是静态的，一旦创建则无需更新；而对于 StatefulWidget 来说，在 State 类中调用 setState 方法更新数据，会触发视图的销毁和重建，也将间接地触发其每个子 Widget 的销毁和重建。

Element

Element 是 Widget 的一个实例化对象，它承载了视图构建的上下文数据，是连接结构化的配置信息到完成最终渲染的桥梁。

Flutter 渲染过程，可以分为这么三步：

1. 首先，通过 Widget 树生成对应的 Element 树；
2. 然后，创建相应的 RenderObject 并关联到 Element.renderObject 属性上；
3. 最后，构建成 RenderObject 树，以完成最终的渲染。

可以看到，Element 同时持有 Widget 和 RenderObject。而无论是 Widget 还是 Element，其实都不负责最后的渲染，只负责发号施令，真正去干活儿的只有 RenderObject。那你可能会问，既然都是发号施令，那为什么需要增加中间的这层 Element 树呢？直接由 Widget 命令 RenderObject 去干活儿不好吗？

答案是，可以，但这样做会极大地增加渲染带来的性能损耗。

因为 Widget 具有不可变性，但 Element 却是可变的。实际上，Element 树这一层将 Widget 树的变化（类似 React 虚拟 DOM diff）做了抽象，可以只将真正需要修改的部分同步到真实的 RenderObject 树中，最大程度降低对真实渲染视图的修改，提高渲染效率，而不是销毁整个渲染视图树重建。

这，就是 Element 树存在的意义。

RenderObject

渲染对象树在 Flutter 的展示过程分为四个阶段，即布局、绘制、合成和渲染。 其中，布局和绘制在 RenderObject 中完成，Flutter 采用深度优先机制遍历渲染对象树，确定树中各个对象的位置和尺寸，并把它们绘制到不同的图层上。绘制完毕后，合成和渲染的工作则交给 Skia 搞定。

• Widget 是 Flutter 世界里对视图的一种结构化描述，里面存储的是有关视图渲染的配置信息；
• Element 则是 Widget 的一个实例化对象，将 Widget 树的变化做了抽象，能够做到只将真正需要修改的部分同步到真实的 Render Object 树中，最大程度地优化了从结构化的配置信息到完成最终渲染的过程；
• 而 RenderObject，则负责实现视图的最终呈现，通过布局、绘制完成界面的展示。

如果用 Vue 来比喻的话，Widget 就是 Vue 的 template；Element 就是 virtual DOM；RenderObject 就是DOM。
React：JSX->虚拟DOM->浏览器DOM
React Native：JSX->虚拟DOM->Android/iOS原生控件
Flutter：Widget->Element（类似虚拟DOM，只是一种数据结构）-> RenderObject 交给底层渲染