Widget，构建Flutter界面的基石

首先我来分享一张来自Flutter官方的架构图：

从该架构图中可以看出，Widget是整个视图描述的基础。

那么，Widget到底是什么呢？

Widget是Flutter开发框架中最基本的概念。前端框架中常见的名词，比如视图（View）、视图控制器（View Controller）、应用（Application）、布局（Layout）等，在Flutter中都是Widget。

事实上，Flutter的核心设计思想便是“一切皆Widget”。

Widget渲染过程

在进行APP开发时，我们往往会关注的一个问题是：如何结构化地组织视图数据，提供给渲染引擎，最终完成界面显示。

通常情况下，不同的UI框架中会以不同的方式处理这一问题，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。

这三部分之间的关系，如下所示：

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会以重新创建Widget树的方式进行数据更新，以数据来驱动UI构建的方式简单高效。

但是这样做的缺点是，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。

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的渲染过程，可以分为以下三步：

• 首先，通过Widget树生成对应的Element树；
• 然后，创建对应的RenderObject并关联到Element。renderObject属性上；
• 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，真正去干活的只有RenderObject。那你可能会问，既然都是发号施令，那么为什么需要增加中间这层Element树呢？直接由Widget命令RenderObject去干活不好吗？

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，但是Element是可变的。实际上，Element树这一层将Widget树的变化做了抽象，可以只将真正需要修改的部分同步到真实的RenderObject树中，最大程序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。

Element是可复用的，只要Widget前后类型一样。比如Widget是蓝色的，重建后变成红色了，那Element就会复用。所以是多个Widget（销毁前后）会对应一个Element。

这，就是Element树存在的意义。

RenderObject

从其名字，我们就可以很直观地知道，RenderObject是主要负责实现视图渲染的对象。

通过前文我们知道，Flutter通过控件树（Widget Tree）中的每个控件（Widget）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中的展示过程分为四个阶段：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，确定树中各对象的位置和尺寸，并把他们绘制到不同的图层上。绘制完毕后，合成和渲染工作则交给Skia搞定。关于布局、绘制、合成和渲染的详细介绍，可以参考Flutter区别于其他技术的关键是什么？

Flutter 通过引入Widget、Element和RenderObject这三个概念，把原本从视图数据到视图渲染的复杂构建过程拆分得更简单直接，在易于集中治理的同时，保证了较高的渲染效率。

RenderObjectWidget介绍

到目前为止，我们都应该已经接触和使用过StatelessWidget和StatefulWidget了。不过，StatelessWidget和StatefulWidget只不过是用来组装控件的容器，并不负责组件最后的布局和绘制。在Flutter中，布局和绘制工作实际上是在Widget的另一个子类RenderObjectWidget内完成的。

首先我们来看一下RenderObjectWidget类的定义:

abstract class RenderObjectWidget extends Widget {
  @override
  RenderObjectElement createElement();
  @protected
  RenderObject createRenderObject(BuildContext context);
  @protected
  void updateRenderObject(BuildContext context, covariant RenderObject renderObject) { }
  ...
}

RenderObjectWidget是一个抽象类。我们通过源码可以看到，这个类中同时拥有创建Element、RenderObject，以及更新RenderObject的方法。

但实际上，RenderObjectWidget本身并不负责这些对象的创建和更新。

对于Element的创建，Flutter会在遍历Widget树时，调用 createElement 去同步Widget自身配置，从而生成对应节点的Element对象。而对于RenderObject的创建与更新，其实是在 RenderObjectElement 类中完成的。

abstract class RenderObjectElement extends Element {
  RenderObject _renderObject;

  @override
  void mount(Element parent, dynamic newSlot) {
    super.mount(parent, newSlot);
    _renderObject = widget.createRenderObject(this);
    attachRenderObject(newSlot);
    _dirty = false;
  }
   
  @override
  void update(covariant RenderObjectWidget newWidget) {
    super.update(newWidget);
    widget.updateRenderObject(this, renderObject);
    _dirty = false;
  }
  ...
}

在Element创建完毕后，Flutter会调用Element的 mount 方法。在这个方法里，会完成与之关联的RenderObject对象的创建，以及渲染树的插入工作，插入到渲染树后的Element就可以显示到屏幕中了。

如果Widget的配置数据发生了变化，那么持有该Widget的Element节点也会被标记为dirty。在下一个周期的绘制时，Flutter就会触发Element树的更新，并使用最新的Widget数据更新自身以及关联的RenderObject对象，接下来就会进入Layout和Paint的流程。而真正的布局和绘制过程，则完全交由RenderObject完成：

abstract class RenderObject extends AbstractNode with DiagnosticableTreeMixin implements HitTestTarget {
  ...
  void layout(Constraints constraints, { bool parentUsesSize = false }) {...}
  
  void paint(PaintingContext context, Offset offset) { }
}

布局和绘制完成以后，接下来的事情就交给Skia了。在Vsync信号同步时直接从渲染树合成Bitmap，然后提交给GPU。可以在Flutter区别于其他技术的关键是什么？这篇文章中查看这部分内容的详细介绍，这里就不赘述了。

接下来，我以下面的界面示例为例，与你说明Widget、Element与RenderObject在渲染过程中的关系。在下面的例子中，一个Row容器放置了4个子Widget，左边是Image，而右边是一个Column容器下排布的两个Text。

那么，在Flutter遍历完Widget树，创立了各个子Widget对应的Element的同时，也创建了与之关联的、负责实际布局与绘制的RenderObject。

总结

1，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RenderObject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。

2，在日常开发中，绝大多数情况下，我们只需要了解各种Widget特性及使用方法，而无需关心Element及RenderObject。因为Flutter已经帮我们做了大量的优化工作，因此我们只需要在上层代码完成各类Widget的组装配置，其他的事情完全交给Flutter就可以了。

3，Widget是不可变的，因此只要有一丁点儿的改变，Widget都要销毁重新创建。而只要Widget的前后类型一样，那么其对应的Element就是可以复用的，比如Widget原本是蓝色，重建后变成红色了，那么其对应的Element就会复用。所以说，多个Widget（销毁前后）会对应一个Element。

4，渲染对象树（RenderObject Tree）在Flutter中的展示过程分为四步：布局、绘制、合成、渲染。布局和绘制在RenderObject内部完成，合成和渲染则交由Skia完成。绘制强调绘图命令，调用GPU之前执行；渲染强调最终呈现，需要调用GPU。

以上。