Widget、Element和RenderObject之间的转化

开篇

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Flutter中页面的渲染渲染离不开三个重要的元素：Widget、Element、RenderObject。是一个从Widget到Element再到RenderObject的过程。而具体到源码中，这个转换的工作时如何实现的呢，今天我们就来跟着源码简略分析一下。为了更流程的分析它们三者之间的关系，我们先根据Framework层源码的注释了解一下它们，然后再从Flutter项目入口进行分析。

Widget、Element和RenderObject

根据源码注释我么可以大致知道：

1. Widget是对UI的一种廉价的、不可变的，描述（如何配置子树）Element的配置，并可以生成Element
2. Widget本身没有状态，所有属性都是final，Element持有Widget和RenderObject的实例
3. 给定Widget可不断加入到树中不同的位置，并生成Element作为它在树中的实例，它们是一对多的关系
4. RenderObject是实际的渲染对象，Element就可以理解为将变化的Widget转化为较为稳定的RenderObject

Flutter工程的入口

新建一个Flutter项目后，我们会看到其工程目录如下

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其中，main.dart文件中有main函数作为程序的入口：

void main() {
  runApp(MyApp());
}

其中MyApp()就是一个Widget，我们忽略其他代码，只关心它在代码中的走向，发现它最终作为一个child用于RenderObjectToWidgetAdapter的初始化，并且通过attachToRenderTree方法生成了一个Element。

  void attachRootWidget(Widget rootWidget) {
    _readyToProduceFrames = true;
    _renderViewElement = RenderObjectToWidgetAdapter<RenderBox>(
      container: renderView,
      debugShortDescription: '[root]',
      child: rootWidget,
    ).attachToRenderTree(buildOwner, renderViewElement as RenderObjectToWidgetElement<RenderBox>);
  }  

继续看它的attachToRenderTree方法：

 RenderObjectToWidgetElement<T> attachToRenderTree(BuildOwner owner, [ RenderObjectToWidgetElement<T> element ]) {
    if (element == null) {
      owner.lockState(() {
        element = createElement();
        assert(element != null);
        element.assignOwner(owner);
      });
      owner.buildScope(element, () {
        element.mount(null, null);
      });
      // This is most likely the first time the framework is ready to produce
      // a frame. Ensure that we are asked for one.
      SchedulerBinding.instance.ensureVisualUpdate();
    } else {
      element._newWidget = this;
      element.markNeedsBuild();
    }
    return element;
  }
  RenderObjectToWidgetElement<T> createElement() => RenderObjectToWidgetElement<T>(this);

可以发现：在我们创建的“根”Widget之前，会有一个RenderObjectToWidgetAdapter作为真正的根Widget，而与之对应的是一个RenderObjectToWidgetElement作为根Element。通过调用createElement方法初始化与之对应的Element。该方法在抽象类Widget中被定义，可被子类重写。
而观察Element的初始化方式以及定义：

Element(Widget widget)
    : assert(widget != null),
      _widget = widget;

不难发现：Element初始化时接受了当前的Widget并作为私有变量持有。那么我们的Widget，MyApp是在何时转换成Element的呢？

自上而下的调用创建Element

继续追踪attachToRenderTree方法源码，我们发现在Element被初始化后，会调用element.mount(null, null)方法（只保留关键代码），该代码在framework.dart文件中的Element类中。

void mount(Element parent, dynamic newSlot) {
    assert(parent == null);
    super.mount(parent, newSlot);
    _rebuild();
  }
void _rebuild() {
    try {
      //_child是其子Element，也就是`MyApp`将要生成的Element，此时进行初始化
      //widget.child是我们的`MyApp`
      _child = updateChild(_child, widget.child, _rootChildSlot);
      assert(_child != null);
    } catch (exception, stack) {
      ...
    }
  }
Element updateChild(Element child, Widget newWidget, dynamic newSlot) {
    if (newWidget == null) {
       //如果newWidget为空，说明没有子树，返回null
      if (child != null)
        deactivateChild(child);
      return null;
    }
    Element newChild;
    //此时_child为null
    if (child != null) {
      ...
    } else {
      //初始化
      newChild = inflateWidget(newWidget, newSlot);
    }
    return newChild;
  }
  
Element inflateWidget(Widget newWidget, dynamic newSlot) {
    final Key key = newWidget.key;
    if (key is GlobalKey) {
      final Element newChild = _retakeInactiveElement(key, newWidget);
      if (newChild != null) {
        assert(newChild._parent == null);
        assert(() {
          _debugCheckForCycles(newChild);
          return true;
        }());
        newChild._activateWithParent(this, newSlot);
        final Element updatedChild = updateChild(newChild, newWidget, newSlot);
        assert(newChild == updatedChild);
        return updatedChild;
      }
    }
    //调用`MyApp`的`createElement`方法进行初始化
    final Element newChild = newWidget.createElement();
    assert(() {
      _debugCheckForCycles(newChild);
      return true;
    }());
    //执行monut方法，继续下一个Widget的转换
    newChild.mount(this, newSlot);
    assert(newChild._debugLifecycleState == _ElementLifecycle.active);
    return newChild;
  }

可以发现，当我们的程序启动时，runApp会创建一个根Widget并调用其createElement方法生成element。并执行element的mount方法。之后，element会读取并判断自己所持有的Widget对象是否有子Widget，就是上面代码中widget.child。当发现child不为空，就会继续执行createElement()方法，并执行mount()方法进入下一次子树。依次类推直至遍历完所有子树。

依旧是自上而下的调用却有点不一样

在追踪上述代码时，我们并没有直接发现类似createElement的createRenderObject()方法被调用，我们观察RenderObjectToWidgetElement的继承关系：

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最终可在RenderObjectElement的mount()方法里看到这样的代码：

@override
  void mount(Element parent, dynamic newSlot) {
    super.mount(parent, newSlot);
    ....
    _renderObject = widget.createRenderObject(this);
    ....
  }

在这里，我们发现了初始化RenderObject的地方。可以发现，RenderObjectWidget实在Element里被初始化，并且和Widget一样被Element所持有。并且，采取和Element一样，自上而下的不断遍历整个树进行初始化。
但是有一点我们需要注意：
createElement()方法在所有widget的基类Widget中被定义了。但是createRenderObject()方法是在Widget的子类RenderObjectWidget中被定义的，于此同时，createRenderObject()方法也只会在RenderObjectElement中被调用。
这说明：每个Widget都会生成一个Element，但并不是每个Element都会创建一个RenderObject，只有RenderObjectWidget类型的子类的Widget创建的继承自RenderObjectElement类型的element才会创建RenderObject。也就是说，widget树、element树和RenderObject树并不是一是一对应的。

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总结

本文只是Flutter UI相关的冰山一角，并没有深入了解Flutter的绘制原理。旨在通过源码了解Widget、Element和RenderObject直接的关系，理清他们之间的逻辑。