如何在Flutter上实现高性能的动态模板渲染

Flutter动态模板渲染的性能优化实践

背景

最近小组在尝试使用一套阿里dinamicX的DSL，通过动态模板下发，实现Flutter端的动态化模板渲染；本来以为只是DSL到Widget的简单映射和数据绑定，但实际跑起来的效果出乎意料的差，列表卡顿严重，帧率丢失严重。这就让我们不得不深入Flutter的Framework层，去了解Widget的创建、布局以及渲染的过程。

为什么Native可行的方案在Flutter效果这么差

在iOS和Android开发中，DSL到Native的方案其实并不陌生；Android中，我们就是通过编写XML文件来描述页面布局。Native的这种映射的方案，为什么在Flutter上，效果变得如此糟糕呢？

先通过一个简单的示例来看一下dinamicX DSL的定义：

可以看到DSL的设计与Android中的XML很相似，在我们的DSL中，每个节点的width和height属性，可以赋值两种特殊意义的值：match_parent和match_content。

match_parent：当前节点大小，尽量撑开到父节点大小；
match_content：当前节点大小，尽量缩小到容纳子节点大小；

在Flutter中，并没有match_parent和match_content的概念。最初我们的想法很简单，在Widget的build方法中，如果属性是match_parent，就不断向上遍历，直到找到一个父节点有确定的宽高值为止；如果是match_content，遍历所有的子节点，获取子节点大小；一旦子节点存在match_content属性，会递归调用下去。

表面上看，做好每个节点的宽高计算的缓存，虽然达不到一次性线性布局，这样的开销也并不是很大。但我们忽略掉了一个很重要的问题：Widget是immutable的，只是包含了视图的配置信息，是非常轻量级的。在Flutter中，Widget会被不断的创建销毁，这会导致布局计算非常的频繁。

要解决这些问题，单单处理Widget是不够的，需要Element以及RenderObject上做更多的处理，这也就是我们为什么要考虑自定义Widget的原因。

认识三棵树

我们通过一个简单的Widget------Opacity来了解一下Widget、Element、RenderObject。

在Flutter中，万物皆是Widget，Widget是immutable的，只是包含了视图的配置信息的描述，是非常轻量级的，创建和销毁的开销比较小。

Opacity继承自RenderObjectWidget，其定义了两个比较关键的函数：

dart 复制代码

RenderObjectElement createElement();
RenderObject createRenderObject(BuildContext context);

Element

在SingleChildRenderObjectWidget可以看到创建了SingleChildRenderObjectElement对象。

Element是Widget的抽象，在Widget初始化的时候，调用Widget.createElement创建，Element持有Widget和RenderObject；BuildOwner通过遍历Element Tree，根据是否标记为dirty，构建RenderObject Tree；在整个视图构建过程中，起到了串联Widget和RenderObject的作用。

RenderObject

Opacity的createRenderObject函数创建了RenderOpacity对象，RenderObject真正提供给Engine层渲染所需要的数据，RenderOpacity的Paint方法中找到了真正绘制的地方：

dart 复制代码

void paint(PaintingContext context, Offset offset) {
    if (child != null) {
        ...
        context.pushOpacity(offset, _alpha, super.paint);
    }
}

Flutter在Layout过程中的优化

Flutter采用一次布局的方式，O(N)的线性时间来做布局和绘制。

RelayoutBoundary优化

当一个节点满足如下条件之一，该节点会被标记为RelayoutBoundary，子节点的大小变化不会影响到父节点的布局：

parentUsesSize = false：父节点的布局不依赖当前节点的大小
sizedByParent = true：当前节点大小由父节点决定
constraints.isTight：大小为确定的值，即宽高的最大值等于最小值
parent is not RenderObject：如果父节点不是RenderObject，子节点layout变化不需要通知父节点更新

RelayoutBoundary的标记，子节点大小变化，不会通知父节点重新layout，重新paint，从而提高效率。

第一个版本的设计

在第一个版本的设计中，我们考虑的比较简单，所有的组件都继承与Object，实现一个build方法，根据DSL转换的nodeData设置Widget的属性：

第二个版本的设计

第二个版本，我们选择自定义Widget、Element以及RenderObject；下面是我们一部分组件的类图。

如何处理match_content

当前节点的宽高设置为match_content，需要先计算子节点的大小，然后再计算当前节点的大小。

如何处理match_parent

如果当前节点的宽高设置为match_parent，尽量扩充到父节点大小；这种情况下，在Constraints向下传递的时候，根据父节点的约束，无需子节点计算，就已经知道自己的大小。

前后方案对比

在第二个版本的设计中，一个Widget渲染，需要怎样一个计算过程呢呢？

经过新方案的优化，长列表滑动的平均帧率从28提升到了50左右。在实际开发过程中，使用像AppUploader这样的iOS开发助手工具可以更方便地测试和验证这些性能优化效果。

展望

目前我们实现了DSL到Widget的映射，这让Flutter动态模板渲染成为了可能。DSL是一种抽象，XML只是其中的一种选择，未来在不断完善性能的同时，还会提升整个方案的抽象，能够支持通用的DSL转换，沉淀一套通用解决方案，更好的通过技术赋能业务。

到Widget的映射，这让Flutter动态模板渲染成为了可能。DSL是一种抽象，XML只是其中的一种选择，未来在不断完善性能的同时，还会提升整个方案的抽象，能够支持通用的DSL转换，沉淀一套通用解决方案，更好的通过技术赋能业务。

对于iOS开发者来说，使用AppUploader这样的工具可以简化应用打包和上传流程，让开发者更专注于性能优化和功能实现。DSL到Widget的转换只是其中一环，从模板的编辑、本地验证、CDN下发、灰度测试、线上监控等整个闭环，仍然有很多需要不断打磨和完善的地方。