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Flutter 绘制探索 1 | CustomPainter 正确刷新姿势 | 七日打卡

零:前言

1. 系列引言

可能说起 Flutter 绘制,大家第一反应就是用 CustomPaint 组件,自定义 CustomPainter 对象来画。Flutter 中所有可以看得到的组件,比如 Text、Image、Switch、Slider 等等,追其根源都是画出来的,但通过查看源码可以发现,Flutter 中绝大多数组件并不是使用 CustomPaint 组件来画的,其实 CustomPaint 组件是对框架底层绘制的一层封装。这个系列便是对 Flutter 绘制的探索,通过测试调试源码分析来给出一些在绘制时被忽略从未知晓的东西,而有些要点如果被忽略,就很可能出现问题。


2. 使用 CustomPainter 容易出现的疑问

本文是第一篇,就先从 CustomPaint 开始说起。你在 Flutter 绘制中,还在使用 State#setState 来刷新画板吗?你会不会也有和下面这位哥们相同的疑惑?你是不是只能将绘制抽离一个新组建来局部刷新?通过对源码的分析和研究后,会发现对于 CustomPainter 的重绘,有一个更高效的刷新方式。本文就来分享一下这个非常重要的知识点。


一、Flutter 中自定义绘制的方式

本文的测试案例效果如下,使用 CustomPaint 组件绘制一个圆,让其执行 3 秒红转蓝 的动画。


1.自定义画板 ShapePainter

如下自定义一个 CustomPainter,构造函数中传入颜色 color。需要复写两个方法 paintshouldRepaint。在 paint 方法中会回调 CanvasSize 对象,以供绘制使用。如下代码,绘制一个颜色为 color 的圆。

class ShapePainter extends CustomPainter {
  final Color color;

  ShapePainter({this.color});

  @override
  void paint(Canvas canvas, Size size) {
    Paint paint = Paint()..color = color;
    canvas.drawCircle(
        Offset(size.width / 2, size.height / 2), size.width / 2, paint);
  }

  @override
  bool shouldRepaint(covariant ShapePainter oldDelegate) {
    return oldDelegate.color!=color;
  }
}
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2. 使用画板

自定义的画板想要展示出来,需要使用 CustomPaint 组件,为其设置 painter 属性。如下代码,在实例化 ShapePainter 时传入红色。

class HomePage extends StatefulWidget {
  @override
  _HomePageState createState() => _HomePageState();
}

class _HomePageState extends State<HomePage> {
  
  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Scaffold(
      appBar: AppBar(),
      body:  Padding(
        padding: const EdgeInsets.all(20.0),
        child: CustomPaint( //<--- 使用绘制组件
            size: Size(100, 100),
            painter: ShapePainter(color: Colors.red),  //<--- 设置画板
          ),
      ),
    );
  }
}
复制代码

3.运行程序

将主程序运行后,就可以看到绘制的效果。

import 'package:flutter/material.dart';

void main() => runApp(MyApp());

class MyApp extends StatelessWidget {
  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return MaterialApp(
        title: 'Flutter Demo',
        theme: ThemeData(
          primarySwatch: Colors.blue,
        ),
        home: HomePage());
  }
}
复制代码

二、动画中画板的刷新

1. 较高层状态类使用的 setState (不推荐)

通过 ValueListenableBuilder 篇,我们应该知道在较上级的 State 类中执行 setState 会导致更多的 Build 过程。如下代码中通过监听 AnimationController ,并 setState 对当前 build 方法下的节点进行更新,从而实现颜色的变化。

class _HomePageState extends State<HomePage> with SingleTickerProviderStateMixin {
  AnimationController _ctrl;
  @override
  void initState() {
    super.initState();
    _ctrl = AnimationController(vsync: this, duration: Duration(seconds: 3))
      ..addListener(_update);
    _ctrl.forward();
  }
  
  @override
  void dispose() {
    _ctrl.dispose();
    super.dispose();
  }
  
  void _update() {
    setState(() {});
  }
  
  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Scaffold(
      appBar: AppBar(),
      body: Padding(
        padding: EdgeInsets.all(20),
        child: CustomPaint(
          size: Size(100, 100),
          painter: ShapePainter(
              color: Color.lerp(Colors.red, Colors.blue, _ctrl.value)),
        ),
      ),
    );
  }
}
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2.退而求其次的局部刷新 (不推荐)

那也许你会说,只要降低刷新的节点,将 画板组件 单独抽离出去,或使用 ValueListenableBuilder 局部刷新不就好了吗?如果看了 ValueListenableBuilder 的源码就会发现,其实它的本质就是 组件抽离,只不过对其进行封装,回调出 builder 简化用户使用。如下是使用 ValueListenableBuilder 局部构建的组件,这样可以不使用 setState 实现组件的重建,我还是想要着重强调一句:并不是说 setState 不好,而是看它重建的范围,ValueListenableBuilder 源码中也是基于 State#setState 进行重构的,并不是一个东西非好即坏,还需要看使用的场景和时机。

---->[_HomePageState#build]----
@override
Widget build(BuildContext context) {
  return Scaffold(
    appBar: AppBar(),
    body:  ValueListenableBuilder(
        valueListenable: _ctrl,
        builder:(ctx,value,child) => CustomPaint(
          size: Size(100, 100),
          painter: ShapePainter(color: Color.lerp(Colors.red, Colors.blue, value)),
        ),
      ),
  );
}
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也许你会觉得,现在不是很好吗,现在重建只是对于 CustomPaint 而言了,已经控制了重建的粒度。但重要的一点是 CustomPaint 被重建了,ShapePainter 也会随之重建,如下的调试,是动画过程中两次 paint 时情况。通过下面的 this 可以看出,当前对象的内存地址是不一样,说明每次更新画板都是不同的。这对于动画来说是灾难性的,每 16 ms 都会构建一次画板,这样的频率,即使是局部刷新,也不是最佳选择。那有没有一种方式,可以悄无声息的地进行绘制,而不会触发任何组件的重构?答案是 有的!

第一次第二次

3.画板基于监听器的重绘 (推荐)

在刚才 ValueListenableBuilder 版的基础上稍作修改,我们就可以完成这个需求。首先,剔除掉 ValueListenableBuilder,然后将 Animation<double> 作为 ShapePainter 的成员 factor,在构造函数中传入。并使用 super(repaint: factor) 为成员 repaint 赋值。repaint 是 CustomPainter 的成员,类型为 Listenable 可监听对象,当 repaint 值变化时,会通知画板进行 paint 重绘。


---->[_HomePageState#build]----
@override
Widget build(BuildContext context) {
  return Scaffold(
    appBar: AppBar(),
    body: CustomPaint(
      size: Size(100, 100),
      painter: ShapePainter(factor: _ctrl),
    ),
  );
}

class ShapePainter extends CustomPainter {
  final Animation<double> factor;
  ShapePainter({this.factor}) : super(repaint: factor);
  @override
  void paint(Canvas canvas, Size size) {
    Paint paint = Paint()
      ..color = Color.lerp(Colors.red, Colors.blue, factor.value);
    canvas.drawCircle(
        Offset(size.width / 2, size.height / 2), size.width / 2, paint);
  }
  @override
  bool shouldRepaint(covariant ShapePainter oldDelegate) {
    return oldDelegate.factor != factor;
  }
}
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通过这种方式,点击时在 paint 方法断点调试,结果如下。可以看出,在完成颜色变化的同时,没有任何组件的重建,ShapePainter 对象也没有变化,是不是感觉非常神奇。

第一次第二次

也许有人会问,这些你是怎么知道的?当一个疑问一直萦绕心头时,我就会想办法去研究它,而研究它最好的途径就是不断测试分析源码。目标可以是 CustomPainter 的源码本身,也可以是源码中使用到CustomPainter的地方。 其实很多知识,一直都写在源码中,只是很少人看到。通过 CustomPainter 的注释可以发现,触发重绘最高效的方式都是基于可监听对象 实现的。

触发重绘的最高效方式是:
[1]:继承 [CustomPainter] 类,并在构造函数提供一个 'repaint' 参数,
     当需要重新绘制时,该对象会进行通知它的监听者。
[2]:继承 [Listenable] (比如通过 [ChangeNotifier])并实现 [CustomPainter],
			这样对象本身就可以直接提供通知。
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三、CustomPainter 在 Flutter 框架中的应用

其实 CustomPainter 在 Flutter 框架源码中的应用并不是非常多,一共也就下面的 20 处。这些都是源码中对 CustomPainter 的使用,就表示这些使用的方式相对而言是 最正规 的。


1. _CupertinoActivityIndicatorPainter

第一次的 悟道 ,是在 _CupertinoActivityIndicatorPainter 源码中,也就是那个 iOS 的菊花转的绘制画板。 position 是一个 Animation<double> 类型的对象,Animation 也是一个 Listenable 。当时发现 CupertinoActivityIndicator 中没有使用 setState 却可以触发界面的刷新,我是非常惊喜的,经过分析和研究它的实现方式,我终于发现了 CustomPainterrepaint 秘密。


2. ScrollbarPainter

上面说的第二种是通过继承自 Listenable 并实现 CustomPainter 的方式,如源码中的 ScrollbarPainter。它是用来绘制 ScrollBar 组件的,通过这种方式可以让 ScrollbarPainter 即处理绘制,又处理通知。

这样,在 _CupertinoScrollbarState 中就可以将 ScrollbarPainter 作为成员变量,和 State 拥有同样的生命长度。并在某些恰当的时刻,使用该对象触发相应方法进行画布重绘。


3._GlowingOverscrollIndicatorPainter

当时还有一个疑惑是,repaint 中只是传入一个 Listenable 对象,那么多个属性如何去监听呢,比如多个动画同时执行。于是看到 _GlowingOverscrollIndicatorPainter 时便豁然开朗。它画的是滑动到顶底光晕的那个东西。 其中传入的 leadingControllertrailingController 两个可监听对象。除此之外,额外传入 repaint

可以通过 Listenable.merge 将多个可监听对象融合。


4. _PlaceholderPainter

但当我觉得 repaint 无敌之时,仍会发现,源码中有很多绘制的类并没使用 repaint,而是向外界暴露属性进行设置。比如 _PlaceholderPainter 的矩形×,_GridPaperPainter 的网格,于是陷入沉思。

_GridPaperPainter 的源码,只是向外界暴露绘制相关属性。

最终发现了一个共性:当绘制中含有动画和滑动处理时,都会使用 repaint 设置监听对象来触发刷新,对于仅是静态的绘制,则使用时将绘制属性暴露出去,交由外界处理,需要刷新的话,只能通过重建画板对象。其实这也很容易理解: 动画滑动 的触发频率非常高,所以才会用特殊的方式进行重绘。

那么画板的重绘必须只是通过 可监听对象 吗?并非如此,虽然可以通过可监听对象来触发画布刷新,比如_PlaceholderPainter 中 color 成员变为 ValueNotifier<Color> ,但这样就会增加用户使用的复杂性。对于非频繁刷新的场景,局部刷新也就够了,这应该就是源码中,在非 动画和滑动 中不使用 repaint 的原因。但对于频繁触发的绘制,如 动画滑动 一定要用。

最后想说一句:任何东西都不会完美无缺。成年人的世界,没有对错,只有适合与不适合。在一切的困惑、质疑、反驳之前,你应做的是 多测、多想、多看。本文就到这里,应该算是说清楚了 CustomPainter 正确的刷新姿势,但这也仅是 绘制探索 的冰山一角,CustomPainterCustomPaint 背后还有很多值得探寻的东西,会随着之后的探索,为你展开一个更加丰满的 Flutter 世界。


@张风捷特烈 2021.01.11 未允禁转
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