面试题：Flutter有状态Widget动态更新的底层原理及自定义机制

Question

深入解释Flutter有状态Widget动态更新在框架底层的工作原理，包括Element树、BuildOwner和脏检查机制。如果需要自定义一种有别于setState的状态更新机制，你会从哪些方面入手并简要说明实现思路。

Answer 1

Flutter有状态Widget动态更新在框架底层的工作原理

1. Element树
   • Flutter采用Widget - Element - RenderObject三层结构。Widget是不可变的配置数据，描述了UI的外观和行为。而Element是Widget在树中的实例，它是可变的，关联了Widget、父Element和子Element，并且可以在Widget更新时被复用。例如，当有状态Widget的状态改变触发重新构建时，新的Widget可能与旧的Widget类型相同但配置不同，此时对应的Element会复用，只是更新关联的Widget。
   • Element树负责管理Widget的生命周期，如插入、删除和更新。当Widget状态改变，Element会标记为脏，以便在后续的构建过程中更新。
2. BuildOwner
   • BuildOwner负责管理Widget的构建过程。它维护了一个需要重新构建的Element列表（dirtyElements）。
   • 当有状态Widget调用setState时，会通知其对应的Element，Element进而标记自己为脏，并将自身添加到BuildOwner的dirtyElements列表中。
   • BuildOwner在适当的时机（如在下一帧绘制前），遍历dirtyElements列表，调用每个脏Element的rebuild方法，重新构建Widget树的相关部分。
3. 脏检查机制
   • 脏检查机制是Flutter实现状态更新的核心。当有状态Widget的状态改变调用setState时，Widget对应的Element被标记为脏。
   • 在构建阶段，BuildOwner从根Element开始深度优先遍历dirtyElements列表。对于每个脏Element，它会调用该Element的build方法来构建新的Widget。
   • 在构建新Widget时，Flutter会对比新旧Widget的类型和Key（如果有）。如果类型相同且Key相同，Element会复用，只更新Widget的配置；否则，会创建新的Element。例如，一个ListView中的ListItem，当数据改变但ListItem的类型和Key不变时，对应的Element会复用，只是更新显示的数据。

自定义有别于setState的状态更新机制的入手点及实现思路

1. 数据管理
   • 状态存储：可以考虑使用独立于Widget的状态管理类，例如类似于Redux的状态存储方式，将应用的状态集中存储在一个状态容器中。这样所有需要访问或更新状态的部分都从这个容器获取或修改数据，而不是像setState那样分散在各个Widget中。
   • 数据监听：为状态容器添加监听机制，类似于Rx - Dart的Observable模式。当状态发生变化时，通知相关的Widget进行更新。
2. Widget更新触发
   • 自定义通知方式：创建一种新的通知机制来代替setState。可以是事件总线的方式，当状态改变时，通过事件总线发布事件，订阅了该事件的Widget接收到事件后进行更新。
   • Widget标识：为了精准通知需要更新的Widget，需要一种方式标识哪些Widget依赖哪些状态。可以在Widget中注册其依赖的状态，当这些状态变化时，对应的Widget才进行更新，避免不必要的重建。
3. Element树管理
   • 手动标记脏Element：在自定义机制中，需要手动标记那些因状态变化需要更新的Element为脏。可以通过扩展Element类，添加自定义的标记方法，在状态变化且确定需要更新某个Widget对应的Element时，调用该方法标记其为脏，让BuildOwner在合适时机重新构建。
   • 优化Element复用：在自定义更新机制下，进一步优化Element的复用逻辑。例如，根据自定义的状态依赖关系，更精准地判断是否可以复用Element，而不仅仅依赖于Widget的类型和Key，以提高性能。