Flutter 性能优化：打造高性能 widget

本文是 Flutter 性能优化系列文章之一，记录了 Flutter 团队优化 Flutter Gallery（https://gallery.flutter.dev/#/）的实践。本文主要介绍了如何打造高性能的 widget。原文链接：https://medium.com/flutter/building-performant-flutter-widgets-3b2558aa08fa

所有无状态和有状态 widget 都会实现 build() 方法，这个方法决定了它们是如何渲染的。app 中的一屏就可能有成百上千个部件，这些部件可能只会构建一次，或者在有动画或者某种特定的交互情况下，也有可能构建多次。如果想构建快速的 widget，你一定要很谨慎地选择构建哪些 widget，以及在什么时候构建。

这篇文章主要讨论只构建必要的和只在必要时构建，然后会分享我们是如何使用这个办法来显著提高 Flutter Gallery 的性能。我们还会分享一些高级技巧用于诊断你的 web app 中类似的问题。

只在必要时构建

一个重要的优化方法是，只在绝对必要时才构建 widget。

谨慎地调用 `setState()`

调用 setState 方法会引起 build() 方法调用。如果调用太多次，会使性能变慢。

看一下下面的动画，显示在前面的黑色 widget 向下滑动，露出后面类似棋盘的面板，类似于 bottom sheet 的行为。前面黑色 widget 很简单，但是后面的 widget 很忙碌。

Stack(
   children: [
     Back(),
     PositionedTransition(
       rect: RelativeRectTween(
         begin: RelativeRect.fromLTRB(0, 0, 0, 0),
         end: RelativeRect.fromLTRB(0, MediaQuery.of(context).size.height, 0, 0),
       ).animate(_animationController),
       child: Front(),
     )
   ],
 ),

你可能会像以下这样写父 widget，但在这个场景下，这样是错误的：

// BAD CODE
@override
void initState() {
  super.initState();
  _animationController = AnimationController(
    duration: Duration(seconds: 3),
    vsync: this,
  );
  _animationController.addListener(() {
    setState(() {
      // Rebuild when animation ticks
    });
  });
}

这样性能并不好。为什么？因为动画在做不必要的工作。

以下是有问题的代码：

// BAD CODE
_animationController.addListener(() {
  setState(() {
    // Rebuild when animation ticks.
  });
});

这种类型的动画只在你需要让整个 widget 动起来时才推荐使用，但这并不是我们在这种布局中需要的。
在动画监听器中调用 setState() 会引起整个 Stack 重新构建，这是完全没必要的
PositionedTransition 部件已经一个 AnimatedWidget 了，所以它会在动画开始的时候自动重新构建
不需要在这里调用 setState()

即使后面的组件是很忙碌的，前面的组件动画也可以达到 60 FPS。更多有关合理地调用 setState 方法的内容，请看 Flutter 卡顿的动画：你不该这样 setState

只构建必要的部分

除了只在必要的时候进行构建，你还需要只构建 UI 中变化的部分。接下来的章节主要关注如何创建一个高性能的 list。

优先使用 ListView.builder()

首先，让我们简单地看看显示 list 的基础：

竖 list 使用 Column
如果 list 需要滚动，使用 ListView
如果 list 有很多 item，使用 ListView.builder，这个方法会在 item 滚动进入屏幕的时候才创建 item，而不是一次性创建所有的 item。这在 list 很复杂和 widget 嵌套很深的情况下，有明显的性能优势。

为了解释多 item 情况下 ListView.builder 相较于 ListView 的优势，我们来看几个例子。

在这个 DartPad 例子中运行以下 ListView。你可以看到 8 个 item 都创建好了。（点击左下角的 Console 按钮，然后点击Run按钮。右边的输出面板没有滚动条，但是你可以滚动内容，然后通过控制台看到什么被创建了以及什么时候进行构建）

ListView(
  children: [
    _ListItem(index: 0),
    _ListItem(index: 1),
    _ListItem(index: 2),
    _ListItem(index: 3),
    _ListItem(index: 4),
    _ListItem(index: 5),
    _ListItem(index: 6),
    _ListItem(index: 7),
  ],
);

接下来，在这个 DartPad 例子中运行 ListView.builder。你可以看只有可见的 item 被创建了，当你滚动时，新的 item 才被创建。

ListView.builder(
  itemBuilder: (context, index) {
    return _ListItem(index: index);
  },
  itemCount: 8,
);

现在，运行这个例子。在这里例子中，ListView的孩子都是提前一次性创建好的。在这种场景下，使用 ListView 的效率更高。

final listItems = [
  _ListItem(index: 0),
  _ListItem(index: 1),
  _ListItem(index: 2),
  _ListItem(index: 3),
  _ListItem(index: 4),
  _ListItem(index: 5),
  _ListItem(index: 6),
  _ListItem(index: 7),
];
@override
Widget build(BuildContext context) {
  // 这种情况下 ListView.builder 并不会有性能上的好处
  return ListView.builder(
    itemBuilder: (context, index) {
      return listItems[index];
    },
    itemCount: 8,
  );
}

更多有关延迟构建 list 的内容，请看 Slivers, Demystified。

怎样通过一行代码，提升超过两倍的性能

Flutter Gallery 支持超过 100 个地区；这些地区，可能你也猜到了，是通过 ListView.builder() 来展示的。通过查看 widget 重新构建的次数，我们注意到这些 item 会在启动时进行不必要的构建。这个情况有点难发现，因为这些 item 藏在折叠了两层的菜单下：设置面板和地区列表。（后来我们发现，因为使用了 ScaleTransitioin ，设置面板在不可见状态下也会进行渲染，意味着它会不断地被构建）。

通过简单地将 ListView.builder 的 itemCount 在未展开状态下设置为 0，我们确保了 item 只会在展开的、可见的设置面板中才进行构建。这一行改动提高了在 web 环境下渲染时间将近两倍，其中的关键是定位过度的 widget 构建。

虽然 Flutter 的构建是很高效的，但是也会出现过度构建导致性能问题的情况。有几种方法可以帮助定位过度的 widget 构建：

使用 Android Studio/IntelliJ

Android Studio 和 IntelliJ 开发者可以使用自带的工具来查看 widget 重新构建信息。

修改 Flutter 框架本身

如果使用的不是以上的编辑器，或者希望可以知道 web 环境下 widget 的重新构建次数，你可以在 Flutter 框架中加入几行简单的代码。

先看一下输出效果：

RaisedButton 1
RawMaterialButton 2
ExpensiveWidget 538
Header 5

先定位到文件：<Flutter path>/packages/flutter/lib/src/widgets/framework.dart ，然后加入以下代码。这些代码会在启动时统计 widget 的构建次数，并在一段时间（这里设置的是 10 秒）后输出结果。

bool _outputScheduled = false;
Map<String, int> _outputMap = <String, int>{};
void _output(Widget widget) { 
  final String typeName = widget.runtimeType.toString();
  if (_outputMap.containsKey(typeName)) {
    _outputMap[typeName] = _outputMap[typeName] + 1;
  } else {
    _outputMap[typeName] = 1;
  }
  if (_outputScheduled) {
    return;
  }
  _outputScheduled = true;
  Timer(const Duration(seconds: 10), () {
    _outputMap.forEach((String key, int value) {
      switch (widget.runtimeType.toString()) {
        // Filter out widgets whose build counts we don't care about
        case 'InkWell':
        case 'RawGestureDetector':
        case 'FocusScope':
          break;
        default:
          print('$key $value');
      }
    });
  });
}

然后，修改 StatelessElement 和 StatelessElement 的 build 方法来调用 _output(widget)。

class StatelessElement extends ComponentElement {
  ...
@override
  Widget build() {
    final Widget w = widget.build(this);
    _output(w);
    return w;
   }
class StatefulElement extends ComponentElement {
...
@override
  Widget build() {
    final Widget w = _state.build(this);
    _output(w);
    return w;
  }

你可以在这里查看修改后的 framework.dart 文件。

需要注意的是，几次重新构建不一定会引起问题，但是这个办法可以通过验证不可见的 widget 是否在构建来帮你 debug 性能问题。

web 专用 tips：你可以添加一个 resetOutput 函数（可以在浏览器的控制台中调用）来获取随时获取 widget 的构建次数。

import 'dart:js' as js;

void resetOutput() {
 _outputScheduled = false;
 _outputMap = <String, int>{};
}
void _output(Widget widget) {
  // Add this line
  js.context['resetOutput'] = resetOutput;
  ...

查看修改后的 framework.dart 文件。

结语

高效的性能调优需要我们明白底层的工作原理。文章里的 tips 可以帮助你决定什么时候构建 widget 来使你的 app 在所有场景都保持高性能。

这篇文章是我们在提高 Flutter Gallery 性能中学习到的系列内容之一。希望对你有所帮助，能让你学到可以在你的 Flutter app 中用上的内容。系列文章如下：

你还可以查看适用所有水平开发者的 Flutter UI 性能文档。

上次更新：2021-01-15 00:02:23