Flutter 状态管理之 InheritedWidget 使用和分析

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初识 Flutter 的 Demo 是一个点击按键然后数字增加的小应用，这小应用就涉及到了 Flutter 中的状态管理，核心就是 setState 方法。 setState 方法用于通知 Flutter 更新 Widget 的状态，比如重建当前 Widget 及其子树，它是从上到下进行通知的，但作用域仅停留在当前的 StatefulWidget 范围内。

如果有两个同级的 StatefulWidget ，比如 WidgetA 和 WidgetB ，当 WidgetA 的数据发生改变，想要通知 WidgetB 对应改变。

如果是 Android 的应用开发，采用 MVP 模式的话，需要 Controller 同时持有 WidgetA 和 WidgetB ，当 WidgetA 状态改变时，通过 Controller 对应改变 WidgetB 相关状态就行了。

而在 Flutter 中基于 InheritedWidget 控件，通过相应的封装库就可以实现 MVVM 模式的开发，相当快捷方便。

通过如下的例子来学习 InheritedWidget 控件的使用：左边栏和右边栏是两个同级的 Widget ，右边栏中点击修改名称，左边栏中显示对应的修改内容。

因为 InheritedWidget 是从上到下进行数据共享、传递的，所以要把 InheritedWidget 作为根节点，需要共享数据的节点作为子节点。

通过继承 InheritedWidget 实现自定义的控件类：

class DataModelWidget extends InheritedWidget {
  const DataModelWidget(
      {super.key,
      required super.child,
      required this.name,
      required this.changeName});

  // 当数据发生改变时，才会通知到子控件
  @override
  bool updateShouldNotify(covariant DataModelWidget oldWidget) {
    return oldWidget.name != name;
  }

  // 定义 static 快捷方法，方便在子控件中获取共享数据
  // 当子控件通过 of 方法使用了 InheritedWidget 中的数据，注册依赖关系
  // 此时数据变动会触发 didChangeDependencies 方法
  static DataModelWidget? of(BuildContext context) {
    return context.dependOnInheritedWidgetOfExactType<DataModelWidget>();
  }

  // 共享的数据
  final String name;
  final Function changeName;
}

要传递的数据就是 name 变量，在一个子控件中去修改 name 的值，在另一个子控件中显示修改内容。这里为了方便直接把要传递的数据放在了 Widget 里面，也可以封装对应的 Model 类，然后 Widget 持有 Model 类会更友好一些。

当数据发生改变时，会通过 updateShouldNotify 方法通知到子控件的 didChangeDependencies 方法。

didChangeDependencies 方法指的是子控件是否有依赖父 Widget 中 InheritedWidget 的数据，如果有就会响应回调。

子控件通过 of 静态方法获取 InheritedWidget 的时候调用了 dependOnInheritedWidgetOfExactType 方法，该方法会将 InheritedWidget 和获取数据的子控件进行注册，这才有了依赖关系。

child 参数就是接下来要写的子控件内容了。

class _DashboardState extends State<Dashboard> {
  String _name = "glumes";

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return MaterialApp(
      home: Scaffold(
        body: SafeArea(
          child: Row(
            children: <Widget>[
              // 初始化 InheritedWidget 并传递对应参数
              DataModelWidget(      
                name: _name,
                changeName: _changeUserName,
                child: const ContentBoard(),
              )
            ],
          ),
        ),
      ),
    );
  }
  // 右边栏调用 _changeUserName 方法修改共享数据的值
  void _changeUserName(String userName) {
    setState(() {
      _name = userName;
    });
  }
}

把子控件封装在 ContentBoard 中，分别是：

// 左边栏
Text("名称：${DataModelWidget.of(context)!.name}"),

@override
void didChangeDependencies() {
  super.didChangeDependencies();
  Log.d("left sidebar change dependencies");
}

// 右边栏
ElevatedButton(
  onPressed: () {
    DataModelWidget.of(context)!.changeName("change name ${count.toString()}");
    count++;
  },
  child: const Text("修改名称")),

@override
void didChangeDependencies() {
  super.didChangeDependencies();
  Log.d("right sidebar change dependencies");
}

由于左边栏和右边栏都调用到了 of 方法里的 dependOnInheritedWidgetOfExactType ，所以都注册上了依赖关系，didChangeDependencies 方法两边都会回调打印。

但是右边栏中并没有显示要共享的数据，只是内部改了它的值，实际上并不依赖 InheritedWidget 的数据，这时可以采用 getElementForInheritedWidgetOfExactType 方法获取 InheritedWidget ，它不会注册依赖关系，改造如下：

static DataModelWidget? of2(BuildContext context) {
  return context.getElementForInheritedWidgetOfExactType<DataModelWidget>()!.widget
      as DataModelWidget;
}

这样在右边栏中就不会响应 didChangeDependencies 的回调了。

回顾一下整体流程：在子控件右边栏中调用 changeName 方法改变了 InheritedWidget 中的数据，并且调用 setState 方法，触发了 Widget 的重建和刷新。而左边栏子控件中依赖了 InheritedWidget 中的数据，从而也随着刷新了。

重点分析 Flutter 三棵树和渲染流程以及 InheritedWidget 依赖关系的注册。

众所周知，Flutter 中有三棵树，Widget 树、Element 树、Render 树，如下图所示：

Widget 树就是日常开发中写的内容，它是描述 UI 元素的配置信息，实际渲染的内容并不是和 Widget 树一一对应的，比如上图中 Render 树的节点明显比 Widget 树少很多，是因为有些 Widget 是不用渲染的。

Widget 树和 Element 树是一一对应的，Render 树和 Element 树中的 RenderObjectElement 是一一对应的。

Widget 树的构建成本非常低，所以在运行过程中会经常刷新，也就是调用 setState 方法来重建，但是 Render 树就不会那么频繁了，这中间就是通过 Element 树来作为沟通的桥梁。

Element 树会在页面重建时比较 Widget 树前后的数据状态，当 Widget 前后不一致时会新创建 Element 并更新 Render 树，如果只是 Widget 的数据发生了改变，则不需要重建 Render 树，只更改对应的数据就行。

Element 树中有两种基本类型，ComponentElement 和 RenderObjectElement 。其中 ComponentElement 不参与渲染，实际参与渲染的是 RenderObjectElement 。

关于 Element 类继承关系结构图可以参考如下：

Render 树和 Widget 树不是一一对应的，因为有些 Widget 不需要渲染，比如 StatefullWidget 和 StatelessWidget ，而需要渲染的 Widget 都会继承自 RenderObjectWidget 。

比如上图中 Container 就继承自 StatelessWidget ，在 Render 树中没有对应的位置，是由它的 child Widget 来完成渲染操作的。

Text 同样继承自 StatelessWidget ，在 Render 树中没有对应的位置，是由内部的 RichText 来完成渲染的，而 RichText 继承自 MultiChildRenderObjectWidget ，间接继承 RenderObjectWidget 。

RenderObjectWidget 又可以细分两类：MultiChildRenderObjectWidget 和 SingleChildRenderObjectWidget 。常见的 Row、Column、Text 都是继承 MultiChildRenderObjectWidget ，而 SizedBox、Center、Padding 都是继承 SingleChildRenderObjectWidget 。

关于 Widget 类继承关系结构图可以参考如下：

像 Container、Row、Text 这些 Widget 实际上是一些组合型的节点，最终返回的 Widget 是由 child Widget 来完成的，比如 Container 的 build 方法，最终返回的 current 都是其他的 Widget 。

// Container 的 build 方法
Widget build(BuildContext context) {
  Widget? current = child;

  final EdgeInsetsGeometry? effectivePadding = _paddingIncludingDecoration;
  if (effectivePadding != null) {
    current = Padding(padding: effectivePadding, child: current);
  }

  if (color != null) {
    current = ColoredBox(color: color!, child: current);
  }

  if (decoration != null) {
    current = DecoratedBox(decoration: decoration!, child: current);
  }

  if (constraints != null) {
    current = ConstrainedBox(constraints: constraints!, child: current);
  }

  if (margin != null) {
    current = Padding(padding: margin!, child: current);
  }

  if (transform != null) {
    current = Transform(transform: transform!, alignment: transformAlignment, child: current);
  }

  return current!;
}

渲染流程最早的起点是 main 函数里面的 runApp 方法，传入的参数并不是 Widget 树的根节点，而是根节点的子节点。

Widget 树的根节点是由 Flutter 框架定义的 RootWidget 。

void runApp(Widget app) {
  final WidgetsBinding binding = WidgetsFlutterBinding.ensureInitialized();
  binding
    ..scheduleAttachRootWidget(binding.wrapWithDefaultView(app))
    ..scheduleWarmUpFrame();
}

void scheduleAttachRootWidget(Widget rootWidget) {
  Timer.run(() {
    attachRootWidget(rootWidget);
  });
}

// 最终把传入的 Widget 挂到 RootWidget 下面
void attachRootWidget(Widget rootWidget) {
  attachToBuildOwner(RootWidget(
    debugShortDescription: '[root]',
    child: rootWidget,
  ));
}

// 创建 RootElement 
void attachToBuildOwner(RootWidget widget) {
  final bool isBootstrapFrame = rootElement == null;
  _readyToProduceFrames = true;
  _rootElement = widget.attach(buildOwner!, rootElement as RootElement?);
  if (isBootstrapFrame) {
    SchedulerBinding.instance.ensureVisualUpdate();
  }
}

在 attachToBuildOwner 方法内会创建 Element 树的根节点 RootElement 。

@override
RootElement createElement() => RootElement(this);

RootElement attach(BuildOwner owner, [ RootElement? element ]) {
  if (element == null) {
    owner.lockState(() {
      element = createElement();
      element!.assignOwner(owner);
    });
    owner.buildScope(element!, () {
      element!.mount(/* parent */ null, /* slot */ null);
    });
  } else {
    element._newWidget = this;
    element.markNeedsBuild();
  }
  return element!;
}

RootWidget 的 createElement 会创建对应的 RootElement 。实际上每个 Widget 的 createElement 都会创建对应的 Element ，因为 Widget 树和 Element 树是一一对应的。

接下来调用 Element 的 mount 方法将该 Element 挂载到 Element 树对应的位置上。因为是 RootElement ，所以 parent 和 slot 都是 null 。

// RootElement 的 mount 实现
void mount(Element? parent, Object? newSlot) {
  super.mount(parent, newSlot);
  _rebuild();
  super.performRebuild(); // clears the "dirty" flag
}

// Element 基类的 mount 实现
void mount(Element? parent, Object? newSlot) {
  // 更新 parent 和 slot 的状态
  _parent = parent;
  _slot = newSlot;
  _lifecycleState = _ElementLifecycle.active;
  _depth = _parent != null ? _parent!.depth + 1 : 1;
  if (parent != null) {
    // Only assign ownership if the parent is non-null. If parent is null
    // (the root node), the owner should have already been assigned.
    // See RootRenderObjectElement.assignOwner().
    _owner = parent.owner;
  }
  final Key? key = widget.key;
  if (key is GlobalKey) {
    owner!._registerGlobalKey(key, this);
  }
  _updateInheritance();
  attachNotificationTree();
}

void _updateInheritance() {
  _inheritedElements = _parent?._inheritedElements;
}

当 Element 第一次被添加到 Element 树的时候会触发 mount 方法。

不同 Element 的子类对于 mount 的实现有所不同，子类可以覆写 update、visitChildren、insertRenderObjectChild、moveRenderObjectChild、removeRenderObjectChild 这些方法，但共同点是都要调用基类的 mount 方法。

RootElement 的 mount -> _rebuild -> updateChild 方法，updateChild 的作用在注释中已经说的很清楚了。

	newWidget == null	newWidget != null
child == null	Returns null.	Returns new [Element].
child != null	Old child is removed, returns null.	Old child updated if possible, returns child or new [Element].

Element? _child;

void _rebuild() {
  try {
    // RootElement 首次创建新的 _child 
    _child = updateChild(_child, (widget as RootWidget).child, /* slot */ null);
  }
}  

Element? updateChild(Element? child, Widget? newWidget, Object? newSlot) {
  final Element newChild;
  if (child != null) {
    // 省略一大串代码
  } else {
    newChild = inflateWidget(newWidget, newSlot);
  }
}

对于 RootElement 的第一次创建，child 肯定为 null ，直接调用 inflateWidget 来创建新的 Element 并赋值给 _child 变量。

在 Element 基类的 mount 实现中有个 _updateInheritance 方法，该方法将 _inheritedElements 指向父 Element 的 _inheritedElements 。

// Element 基类中定义的变量 _inheritedElements 和 _dependencies
PersistentHashMap<Type, InheritedElement>? _inheritedElements;
Set<InheritedElement>? _dependencies;

// Element 基类中的实现
void _updateInheritance() {
  _inheritedElements = _parent?._inheritedElements;
}

如果是 InheritedElement ，则除了将 _inheritedElements 指向父 Element 的 _inheritedElements ，还会添加或者替换类型为 widget.runtimeType 的 InheritedElement 为当前的 InheritedElement 。

// InheritedElement 类中的实现
void _updateInheritance() {
  final PersistentHashMap<Type, InheritedElement> incomingWidgets =
      _parent?._inheritedElements ?? const PersistentHashMap<Type, InheritedElement>.empty();
  _inheritedElements = incomingWidgets.put(widget.runtimeType, this);
}

如果 InheritedElement 的父类有多个类型为 widget.runtimeType 的 InheritedElement ，则都会替换成当前的这个，相当于子节点只能找到离它最近的那个 InheritedElement 。

比如 InheritedWidget 有个子类为 SharedDataWidget ，内部有个 String 类型的变量 name ，然后 Widget 树的结构为 SharedDataWidget(name = “A”) -> SharedDataWidget(name = “B”) -> Container -> Text(text = SharedDataWidget.name) ，此时 Text 显示的内容是字符串 B ，而不是 A 。

明确了 _inheritedElements 是从何而来的，接下来回到 dependOnInheritedWidgetOfExactType 和 getElementForInheritedWidgetOfExactType 这两个方法，它们都来自 BuildContext 抽象类，而 Element 正好继承了该抽象类。

dependOnInheritedWidgetOfExactType 注册依赖关系的实现如下，找到父节点的 InheritedElement ，然后实现双向的依赖。

@override
T? dependOnInheritedWidgetOfExactType<T extends InheritedWidget>({Object? aspect}) {
  // 如果 Widget 树上的父节点有 InheritedWidget ，那么 _inheritedElements 就不会为 null .
  final InheritedElement? ancestor = _inheritedElements == null ? null : _inheritedElements![T];
  if (ancestor != null) {
  // 当前节点和 InheritedWidget 注册依赖关系
    return dependOnInheritedElement(ancestor, aspect: aspect) as T;
  }
  _hadUnsatisfiedDependencies = true;
  return null;
}

@override
InheritedWidget dependOnInheritedElement(InheritedElement ancestor, { Object? aspect }) {
  _dependencies ??= HashSet<InheritedElement>();
  // 当前节点添加依赖的 InheritedElement
  _dependencies!.add(ancestor);
  // InheritedElement 同样也添加被依赖的节点
  ancestor.updateDependencies(this, aspect);
  return ancestor.widget as InheritedWidget;
}

// InheritedElement 更新依赖
class InheritedElement extends ProxyElement {

  final Map<Element, Object?> _dependents = HashMap<Element, Object?>();

  void updateDependencies(Element dependent, Object? aspect) {
    setDependencies(dependent, null);
  }

  void setDependencies(Element dependent, Object? value) {
    _dependents[dependent] = value;
  }
}

而 getElementForInheritedWidgetOfExactType 方法只是找到了父节点的 InheritedElement ，并没有注册依赖关系，不会回调 didChangeDependencies 方法。

@override
InheritedElement? getElementForInheritedWidgetOfExactType<T extends InheritedWidget>() {
  final InheritedElement? ancestor = _inheritedElements == null ? null : _inheritedElements![T];
  return ancestor;
}

注册依赖关系的作用体现在当调用 InheritedElement 的 updated 方法时会根据 updateShouldNotify 判断数据是否有更新，如果有则调用子节点的 didChangeDependencies 方法。

class InheritedElement extends ProxyElement {
  void updated(InheritedWidget oldWidget) {
    if ((widget as InheritedWidget).updateShouldNotify(oldWidget)) {
      // 调用基类 ProxyElement 的 updated 方法，从而调用 notifyClients 方法
      super.updated(oldWidget);
    }
  }

  // 通知被依赖的子节点有内容更新了，调用子节点的 didChangeDependencies 方法
  @override
  void notifyClients(InheritedWidget oldWidget) {
    for (final Element dependent in _dependents.keys) {
      notifyDependent(oldWidget, dependent);
    }
  }

  void notifyDependent(covariant InheritedWidget oldWidget, Element dependent) {
    dependent.didChangeDependencies();
  }
}

abstract class ProxyElement extends ComponentElement {
  void updated(covariant ProxyWidget oldWidget) {
    notifyClients(oldWidget);
  }
}

void didChangeDependencies() {
  markNeedsBuild();
}

didChangeDependencies -> markNeedsBuild 方法会标记当前 Element 需要重构，从而刷新对应的数据内容。

总结：

通过上面一大串的分析就梳理清楚了 InheritedWidget 的使用原理。

Element 在 mount 时会调用 _updateInheritance 方法，拿到父节点的 _inheritedElements 数据。

如果是 InheritedElement ，拿到父节点的 _inheritedElements 数据之外，还会将父节点某个类型的数据更改外自己所持有的。

Element 在调用 getElementForInheritedWidgetOfExactType 方法时，会根据拿到的父节点的 _inheritedElements 数据注册依赖关系，实现 InheritedElement 和 Element 的双向注册。

当 InheritedWidget 中的数据改变时，通过 InheritedElement 来通知对应的子节点，调用 didChangeDependencies 方法，标记需要重建，从而实现数据状态的刷新。

参考：

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