Flutter动态模板渲染架构升级

​ 最近小组在尝试使用集团DinamicX的DSL，通过下发DSL模板，实现Flutter端的动态化模板渲染。我们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。我们该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？

挑战与思路

​ 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。

​ 我们分析了这些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. 初版我们尝试通过自定义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，我们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，因而我们需要以RenderObject为中心，对渲染架构做重新的设计。

​ 我们基于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。

1. 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。
2. Render层：Render层用于表达Node在转化后的布局规则与尺寸大小。
3. 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，我们可以开始设计我们的基类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，我们这次就直接聚焦于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，我们将layout方法做了简化，代码如下：

abstract class RenderObject {
  Constraints get constraints => _constraints;
  Constraints _constraints;
    
  bool get 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。

abstract class DXRenderBox extends RenderBox {

    DXRenderBox({@required this.nodeData});
    DXWidgetNode nodeData;

    @override
    bool get 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DX_EXACTLY时，performResize方法才会被调用。而若widthMeasureMode和heightMeasureMode均为DX_EXACTLY，则证明nodeData的宽高要么是具体值，要么是match_parent，所以在performResize方法里，我们只需要处理宽/高为具体值或match_parent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。

abstract class DXRenderBox extends RenderBox {
       ......
        
    @override
    void performResize() {
        double width = nodeData.width ?? constraints.maxWidth;
        double height = nodeData.height ?? constraints.maxHeight;
        size = constraints.constrain(Size(width, height));
    }
    
    ......
}

非布局控件如何实现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。接下来我们以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。

abstract class DXSingleChildLayoutRender extends DXRenderBox
    with RenderObjectWithChildMixin<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DXSingleChildLayoutRender是否是sizedByParent。如果是，那么DXSingleChildLayoutRender的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，我们需要在调用child.layout时将parentUsesSize参数设置为true，通过child.size来计算DXSingleChildLayoutRender的size。可是我们该如何根据child.size来计算DXSingleChildLayoutRender的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));
}

1）如果宽/高所对应的measureMode为DX_EXACTLY，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match_parent，取constraints的最大值。

2）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。

布局控件如何实现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。我们以FrameLayout为例来说明一下布局控件的performLayout该如何实现。

class DXFrameLayoutRender extends DXMultiChildLayoutRender {  
  @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match_content，而其children的宽/高均为match_parent。这种情况在Android下会对同一个child进行"两次measure"，那么在Flutter下，我们该如何实现呢？

Flutter如何解决"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match_content，它包含了两个TextView，width均为match_parent，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：

1. 先在performResize中计算自身size，再通过child.layout确定children sizes
2. 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，我们需要找到一个方案，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。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。如果我们需要重写，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，因此我们得以在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，我们还是以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);
    return 0.0;
  }

​ 上述代码比较简单，不再赘述。

​ 那么我们可以来解决例子中的问题了。我们先通过child.getMaxIntrinsicWidth来计算每个child需要的width。接着我们将这些宽度的最大值确定LinearLayout的width，最后我们通过child.layout对每个孩子进行布局，传入的constraints的maxWidth和minWidth均为LinearLayout的width。

成果与展望

效果展示

​ 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。

性能对比

​ 我们对新老版本的渲染性能做了测试对比，在新版渲染架构下，我们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。

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。

参考文章

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

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

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