手写一个Flutter State Widget，来让你彻底理解State的来龙去脉

i校长
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前言

在上期，我们手写了一个Widget的实现，并接触到了Element，经过一系列的分析，我们对Widget和Element的认识更进一步，那么这期我们就来深入理解下State，相信大家在开发过程中，总会用到StatefulWidget，那么官方为什么设计一个含有State的Widget？State生命周期是怎么来的？为什么State可以更新UI？带着一些疑问，我们不直接分析源码，而是手写一个带有State的Widget怎么样？我们来做一个带State的Widget，让它有生命周期和更新UI的能力。

本次主要内容

  • 宏观看state是什么，微观看State
  • State类继承关系图
  • 手写一个带State的Widget

宏观看state是什么，微观看State

从宏观来看，flutter的UI是声明式的，那为什么是声明式？这就要从Win32到Web再到Android和Ios说起，他们都是命令式的编程风格，如下：

//android
TextView tv = TextView()
tv.setText("text")

当UI发生变化的时候，你必须调用setText来实现，但flutter恰相反，它为了减轻开发人员的负担，让开发人员只关心当前应用的状态，并交给框架自动将状态通过函数渲染在UI上，那么这样做有什么好处呢？

  • 开发人员只关心状态的变化，从架构上做到了UI和数据的分离
  • 更深入的讲，其实flutter 真实的UI对象是RenderObjects，Widget是不变的，每次刷新UI都会构建新的子Widget树，并通过Element过滤，最终RenderObject只是很小的改动，提高了渲染的效率。

那么有什么缺点吗？

  • 不合理的状态管理，导致整个页面的频繁build
  • 在Widget树中加入了状态的计算，会导致状态管理的混乱，不统一

最理想的就是如上图的公式：UI= f(state) 举个例子：

class TestState extends StatefulWidget {
  @override
  _TestState createState() => _TestState();
}

class _TestState extends State<TestState> {
  FunState _funState = FunState();

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Container(
      child: Column(
        children: [
          Text(_funState.state + "state"), /// 不推荐
          Text(_funState.getState()) /// 推荐写法，f(state) 
        ],
      ),
    );
  }
}

class FunState {
  String state = "state";
  getState() {
    return state + "Test";
  }
}

看到了吧，我们不推荐你这样哦

Text(_funState.state + "state"), /// 不推荐

这就是我要说的宏观state，我们简单做个定义：state其实就是反应出当前UI的状态。那么微观呢？其实就是StatefulWidget的State，都知道每个StatefulWidget会对应一个State，上期我们也学习了Widget，了解到Widget实际上是通过Element来展示UI的，那么State到底是什么角色，有什么作用呢？或者说，为什么google要这么设计呢？让我们来慢慢揭晓答案，并最终总结一下。

State类继承关系图

像我常用的Form，FormField,Overlay,Scaffold Widget，它们都会对应一个自己的State，当然也有更深一层的继承关系如AnimatedWidgetBaseState，但它的子类都是私有的。以及其他的State，通过类的继承关系，大致了解到，State类不需要特别深入的继承关系，比Widget和Element都稍微简单一些，flutter在设计之初，就一致贯穿一个设计思想就是组合大于继承，所以这也是整个UI框架的特点，也是类图都很简单的主要原因。

手写一个带State的Widget

我们还是上期的套路，继承最底层的Widget来实现，这次加一个State，来伪装成StatefulWidget，来吧。

class StateWidget extends Widget{
  /// 构造函数
  const StateWidget({ Key key }) : super(key: key);
  
  @override
  Element createElement() {
    // TODO: implement createElement
    throw UnimplementedError();
  }
}

创建StateWidget类，继承自Widget，它让我们实现一个Element，那我们就再创建一个Element,这次我们用ComponentElement，上期我们使用过Element了，实现起来较麻烦，这期我们要了解的是State对吧，所以我们继承ComponentElement来快速的实现并理解State

class StateWidget extends Widget{
  /// 构造函数
  const StateWidget({ Key key }) : super(key: key);

  @override
  Element createElement() {
    return StateElement(this);
  }
}

class StateElement extends ComponentElement{
  
  StateElement(Widget widget) : super(widget);

  @override
  Widget build() {
    
  }
}

我们印象中State有很多属性和函数，都有那些呢？请看图

那我们就模仿一下，把这些函数定义一下，代码如下

abstract class States<T extends StateWidget> {

  T get widget => _widget;
  T _widget;

  BuildContext get context => _element;
  StateElement _element;
  
  @protected
  @mustCallSuper
  void initState() {}

  @protected
  @mustCallSuper
  void didUpdateWidget(covariant T oldWidget) {}

  @protected
  @mustCallSuper
  void reassemble() {}

  @protected
  @mustCallSuper
  void setState(VoidCallback fn) {}

  @protected
  @mustCallSuper
  void deactivate() {}

  @protected
  @mustCallSuper
  void dispose() {}

  @protected
  Widget build(BuildContext context);

  @protected
  @mustCallSuper
  void didChangeDependencies() { }

}

好了我们的States就这样被定义完了，protected关键字跟java的作用域应该是一样的，mustCallSuper是让子类实现必须调用super.当前函数，当然它还有debugFillProperties等debug相关的函数，这些我们先不关心，我们先把最核心的问题搞定，接下来，如何将States接入Widget呢？想想我们之前怎么用的？

  @override
  _TestState createState() => _TestState();

对的，Widget有个createState函数，我们也来加一下，如下：

abstract class StateWidget extends Widget {
  /// 构造函数
  const StateWidget({Key key}) : super(key: key);

  @override
  Element createElement() {
    return StateElement(this);
  }

  @protected
  @factory
  States createState();
}

factory的注释含义： 用于注释实例或静态方法。 表示该方法要么是抽象的，要么必须返回新分配的对象或“null”。另外，每个实现或覆盖该方法都是隐式的使用相同的注释进行注释。

通过实现，我们发现State其实同时有Widget和Element的引用的，Widget已经完成了，那再来看看Element如何做呢？我们再来看下Element的代码

class StateElement extends ComponentElement {

  ///这里将之前的Widget改为StateWidget，免得强转
  StateElement(StateWidget widget) : super(widget);

  @override
  Widget build() {

  }
}

继承自ComponentElement，覆盖build函数，而State里面恰巧有个抽象函数build，那么肯定是这里了

class StateElement extends ComponentElement {

  States<StateWidget> get state => _state;
  States<StateWidget> _state;

  StateElement(StateWidget widget) : super(widget);

  @override
  Widget build() {
    return _state.build(this);
  }
}

在Element里缓存一下State，并在build中调用_state.build(this), 这个this就是我们熟悉的BuildContext，而BuildContext的实例就是当前Element对象。现在你会发现，_state并没有赋值对吧，它是widget里的createState函数返回的，那我们什么时候调用合适呢？为了避免它多次createState，在构造函数里是不是更合适呢？放进去如下

class StateElement extends ComponentElement {

  States<StateWidget> get state => _state;
  States<StateWidget> _state;

  StateElement(StateWidget widget)
        ///创建State
      : _state = widget.createState(),
        super(widget){
    ///断言判断
    assert(_state._element == null);
    ///给State里的element赋值，也就是你在State里获取的context
    _state._element = this;
    assert(_state._widget == null);
    ///state里的widget赋值
    _state._widget = widget;
  }

  @override
  Widget build() {
    return _state.build(this);
  }
}

在构造函数里已经将State里的element，widget统统赋值了，紧接着就是State的initState()函数，这是我们经常用的初始化函数，那么它是在Element什么时候被调用的呢？或者说什么时候调用比较合适，首先一点，它肯定只调用一次，不可能初始化两次把，这样不太合理，有人说放构造里行吗？我们再来看看Element的生命周期

系统调用createElement后，当Element真正被挂载到树中的时候，才会调用mount，如果Element根本没有挂载到UI上，我们是不是就没必要初始化呢？那放在构造合适吗？不合适对吧，所以实现如下：

class StateElement extends ComponentElement {

  States<StateWidget> get state => _state;
  States<StateWidget> _state;
  bool isNeedInit;

  StateElement(StateWidget widget)
        ///创建State
      : _state = widget.createState(),
        super(widget){
    ///断言判断
    assert(_state._element == null);
    ///给State里的element赋值，也就是你在State里获取的context
    _state._element = this;
    assert(_state._widget == null);
    ///state里的widget赋值
    _state._widget = widget;
  }

  @override
  void mount(Element parent, newSlot) {
    super.mount(parent, newSlot);
    assert(isNeedInit == null);
    _state.initState();
    isNeedInit = false;
  }

  @override
  Widget build() {
    return _state.build(this);
  }
}

在mount函数中调用initState函数，并通过isNeedInit变量控制只调用一次。紧接着看didChangeDependencies函数，为什么说它呢？当此State对象的依赖项更改时调用，还有就是在initState后调用，官方解释：子类很少重写此方法，因为框架总是在依赖项更改后调用build。一些子类确实重写了此方法，因为当它们的依存关系发生变化时，它们需要做一些昂贵的工作（例如，网络获取），并且对于每个构建而言，所做的工作都太昂贵了。

详细理解请看大佬分析：www.jianshu.com/p/9cb6c57b7…

其实说白了就是Widget类型发生变化时，就会触发，State里的didChangeDependencies触发需要满足两个条件，一个就是第一次加载，它认为Widget类型从null转换为具体的Widget，再一个就是Element的Widget确实有了变化，系统调用Element的didChangeDependencies，这个时候才有必要执行State的didChangeDependencies，代码实现如下：

class StateElement extends ComponentElement {

  States<StateWidget> get state => _state;
  States<StateWidget> _state;
  bool isNeedInit;

  bool _didChangeDependencies = false;


  StateElement(StateWidget widget)
        ///创建State
      : _state = widget.createState(),
        super(widget){
    ///断言判断
    assert(_state._element == null);
    ///给State里的element赋值，也就是你在State里获取的context
    _state._element = this;
    assert(_state._widget == null);
    ///state里的widget赋值
    _state._widget = widget;
  }

  @override
  void mount(Element parent, newSlot) {
    super.mount(parent, newSlot);
    assert(isNeedInit == null);
    _state.initState();
    ///第一次加载的时候，Widget从Null变为具体的Widget
    _state.didChangeDependencies();
    isNeedInit = false;
  }

  @override
  void didChangeDependencies() {
    super.didChangeDependencies();
    ///Element的Widget确实有了变化
    _didChangeDependencies = true;
  }
  
  @override
  void performRebuild() {
    ///这个时候才有必要执行State的didChangeDependencies
    if (_didChangeDependencies) {
      _state.didChangeDependencies();
      _didChangeDependencies = false;
    }
    super.performRebuild();
  }

  @override
  Widget build() {
    return _state.build(this);
  }
}

在element的performRebuild函数中执行State的didChangeDependencies，条件就是在系统执行了Element的didChangeDependencies函数。

再往下，我们看下reassemble函数，这个函数是干嘛的呢？此回调是专门为了开发调试而提供的，在热重载(hot reload)时会被调用，此回调在Release模式下永远不会被调用。这个我们不必关心太多，直接在Element里调用即可，实现如下：

  @override
  void reassemble() {
    _state.reassemble();
    super.reassemble();
  }

再来看下didUpdateWidget函数，在widget重新构建时，Flutter framework会调用Widget.canUpdate来检测Widget树中同一位置的新旧节点，然后决定是否需要更新，如果Widget.canUpdate返回true则会调用此回调。正如之前所述，Widget.canUpdate会在新旧widget的key和runtimeType同时相等时会返回true，也就是说在在新旧widget的key和runtimeType同时相等时didUpdateWidget()就会被调用，但你发现Element里面没有这个函数，它只有update函数。然后我看了下StatefulElement的实现就是在这里调用的didUpdateWidget，那我们来实现下，看看都什么逻辑

class StateElement extends ComponentElement {
  States<StateWidget> get state => _state;
  States<StateWidget> _state;
  bool isNeedInit;

  bool _didChangeDependencies = false;

  StateElement(StateWidget widget)

      ///创建State
      : _state = widget.createState(),
        super(widget) {
    ///断言判断
    assert(_state._element == null);

    ///给State里的element赋值，也就是你在State里获取的context
    _state._element = this;
    assert(_state._widget == null);

    ///state里的widget赋值
    _state._widget = widget;
  }

  @override
  void mount(Element parent, newSlot) {
    super.mount(parent, newSlot);
    assert(isNeedInit == null);
    _state.initState();

    ///第一次加载的时候，Widget从Null变为具体的Widget
    _state.didChangeDependencies();
    isNeedInit = false;
  }

  @override
  void didChangeDependencies() {
    super.didChangeDependencies();

    ///Element的Widget确实有了变化
    _didChangeDependencies = true;
  }

  @override
  void performRebuild() {
    ///这个时候才有必要执行State的didChangeDependencies
    if (_didChangeDependencies) {
      _state.didChangeDependencies();
      _didChangeDependencies = false;
    }
    super.performRebuild();
  }

  @override
  void reassemble() {
    _state.reassemble();
    super.reassemble();
  }

  @override
  void update(Widget newWidget) {
    super.update(newWidget);
    assert(widget == newWidget);

    /// 先拿到旧的widget
    final StateWidget oldWidget = _state._widget;

    /// 强制将状态至为可更新
    markNeedsBuild();

    /// 将State的Widget更新为新的Widget
    _state._widget = widget as StateWidget;
    /// 回调_state.didUpdateWidget
    _state.didUpdateWidget(oldWidget);
    /// 调用rebuild函数，最终调用performRebuild，更新Element
    rebuild();
  }

  @override
  Widget build() {
    return _state.build(this);
  }
}

update函数如上实现，你会发现ditUpdateWidget参数是旧的Widget，这点使用的时候要注意哦。update函数结束了，来看下deactivate，当State对象从树中被移除时，会调用此回调。在一些场景下，Flutter framework会将State对象重新插到树中，如包含此State对象的子树在树的一个位置移动到另一个位置时（可以通过GlobalKey来实现）。如果移除后没有重新插入到树中则紧接着会调用dispose()方法。看实现很简单：

  @override
  void deactivate() {
  	/// 不需要特殊处理
    _state.deactivate();
    super.deactivate();
  }

再来看下dispose函数，dispose意义上是释放，那Element是什么时候释放的呢？那肯定是unmount函数了，所以不言而喻，实现如下：

  @override
  void unmount() {
    super.unmount();
    _state.dispose();
    /// 至null来释放调引用
    _state._element = null;
    _state = null;
  }

压轴的函数setState来了，几乎State所有的生命周期函数里，没有几个是有实现的，而setState需要实现，它是Widget能够重建的核心，直接上代码分析哈：

abstract class States<T extends StateWidget> {
  T get widget => _widget;
  T _widget;

  BuildContext get context => _element;
  StateElement _element;

  @protected
  @mustCallSuper
  void initState() {}

  @protected
  @mustCallSuper
  void didUpdateWidget(covariant T oldWidget) {}

  @protected
  @mustCallSuper
  void reassemble() {}

  @protected
  @mustCallSuper
  void setState(VoidCallback fn) {
    assert(fn != null);
    ///...省略了状态判断
    final dynamic result = fn() as dynamic;
    assert(() {
      if (result is Future) {
        throw FlutterError.fromParts(<DiagnosticsNode>[
          ErrorSummary('setState() callback argument returned a Future.'),
          ErrorDescription(
              'The setState() method on $this was called with a closure or method that '
                  'returned a Future. Maybe it is marked as "async".'
          ),
          ErrorHint(
              'Instead of performing asynchronous work inside a call to setState(), first '
                  'execute the work (without updating the widget state), and then synchronously '
                  'update the state inside a call to setState().'
          ),
        ]);
      }
      // We ignore other types of return values so that you can do things like:
      //   setState(() => x = 3);
      return true;
    }());
    /// 最重要的一句，markNeedsBuild，让Element处与可更新状态，等下framework层主动刷新。
    _element.markNeedsBuild();
  }

  @protected
  @mustCallSuper
  void deactivate() {}

  @protected
  @mustCallSuper
  void dispose() {}

  @protected
  Widget build(BuildContext context);

  @protected
  @mustCallSuper
  void didChangeDependencies() {}
}

它首先判断了fn是否为空，然后加入了state状态的判断，这里我省略了，想看的可以直接看State源码哦。往下就是对fn函数的Future情况处理，最最后调用了_element.markNeedsBuild();对哦，这其实才是我们Widget重新构建的关键，它其实就是改了一个标志位_dirty，设置true后，framework层就知道它要更新，会执行响应的更新，由于实际的更新是异步的，所以你可以在setState函数的前后或者函数中，都可以更新状态。

好了终于实现完了，是骡子是马，总要拉出来溜溜，我们自己实现的States能用吗？来实验一发。代码如下：

class TestStateWidget extends StateWidget {
  @override
  States<StateWidget> createState() {
    return TestStates();
  }
}

class TestStates extends States<TestStateWidget> {

  String data;
  int num = 0;

  @override
  void initState() {
    data = "123";
    super.initState();
  }

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Container(
      padding: EdgeInsets.all(8),
      child: Column(
        children: [
          Text(data),
          MaterialButton(
            onPressed: () {
              setState(() {
                data = "456${num++}";
              });
            },
            child: Text("更新"),
          )
        ],
      ),
    );
  }
}

放入main.dart中：

 @override
  Widget build(BuildContext context) {
    // This method is rerun every time setState is called, for instance as done
    // by the _incrementCounter method above.
    //
    // The Flutter framework has been optimized to make rerunning build methods
    // fast, so that you can just rebuild anything that needs updating rather
    // than having to individually change instances of widgets.
    return Scaffold(
      appBar: AppBar(
        // Here we take the value from the MyHomePage object that was created by
        // the App.build method, and use it to set our appbar title.
        title: Text(widget.title),
      ),
      body: Column(
        children: [
          // Center(
          //   // Center is a layout widget. It takes a single child and positions it
          //   // in the middle of the parent.
          //   child: isShow ? const TestWidget() : Container(),
          // ),
          // MaterialButton(
          //   onPressed: () {
          //     showialog(context);
          //   },
          //   child: Text('showDialog'),
          // ),
          // Center(
          //   // Center is a layout widget. It takes a single child and positions it
          //   // in the middle of the parent.
          //   child: isShow
          //       ? TestWidget(
          //           key: key,
          //         )
          //       : Container(
          //           padding: EdgeInsets.all(9),
          //           child: TestWidget(
          //             key: key,
          //           ),
          //         ),
          // ),
          TestStateWidget()
        ],
      ),
      floatingActionButton: FloatingActionButton(
        onPressed: () {
          setState(() {
            isShow = !isShow;
          });
        },
        tooltip: 'Increment',
        child: Icon(Icons.add),
      ), // This trailing comma makes auto-formatting nicer for build methods.
    );
  }

运行效果：

点击更新

再点击

没毛病把，完成了，效果很好，实现了一套带State的Widget对吧。下面我们来个总结。

总结

生命周期总结一张图

  • State的状态都是来源于Element，说白了就是Element的中介，或者叫委托更合适
  • Context可以是Element，但State不能，因为他们不是继承关系。
  • 掌握Element的重要性又出来了，因为State的功能受限于Element。
  • 在MVVM架构中，State是不是充当着VM的角色？我觉得可以这么认为。

等等把，好了，讲到这里该告一段落了，期待你的认可，点个赞就行。感谢。

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