Flutter性能优化实践 —— UI篇

Posted 2022-08-02 一叶飘舟

1.前言

flutter_deer这个项目开源也近一年了，目前收获了3100+的star，这无疑是对这个项目的最大认可。虽然从功能和UI看来和一年前的没什么区别。不过这期间我不断在优化它，希望它的性能和体验越来越好。这篇集中整理了deer在UI流畅上的优化细节，以实践为主，源码为辅。分享出来，希望对你有所启发和帮助。

既然要优化，那么首先就要掌握定位问题、分析性能问题的方法，这样才可以对比优化前后的效果。具体方法这里我就不详细介绍了，可以参考官方文档，或是看这个视频：Flutter 的性能测试和理论。

在官方文档中，性能分析需要确保使用真机并在profile模式下运行。不过我们可以使用debug模式来寻找卡顿，因为我觉得它可以放大你的“问题”。

下面正式进入正题。（为了显得口语化一点，我会将Flutter的构建（build）用“刷新”表示。本篇源码基于Flutter SDK版本 1.17.0）

2.控制刷新范围

我们使用setState方法就可以轻松刷新页面，但是要尽力控制刷新范围。我举一个例子：

 在注册账户时，通常需要获取验证码。这时会有一个倒计时功能，那么我们就需要每隔一秒刷新一下这个倒计时数字并显示出来。

如果这个倒计时的逻辑处理你放在了注册页面，那么每当setState时都是一整个页面的刷新。而这整页刷新显然是不必要的。而它并不会让你感知到卡顿，所以也不易发现，

解决方法就是将这个倒计时的按钮单独封装到一个StatefulWidget，在这个StatefulWidget中使用setState刷新，控制刷新范围。

同样的，你也可以使用provider等状态管理框架来实现局部刷新。精准控制你的刷新范围，千万不要setState刷新一把梭。

3.控制刷新次数

比起控制刷新范围，控制刷新次数（避免无效刷新）甚至更加重要。这部分我整理了四点，下面逐一说明一下。

需求控制
还是上面的注册场景，这里需要我们输入的内容满足条件才可以点击注册按钮。

那么我们的做法就是监听TextField的文字输入，每次输入时判断是否满足条件，更新按钮是否可点击的状态。代码大致如下：

bool _clickable = false;

void _verify() 
  String phone = _phoneController.text;
  String vCode = _vCodeController.text;
  String password = _passwordController.text;
  _clickable = true;
  if (phone.isEmpty || phone.length < 11) 
    _clickable = false;
  
  if (vCode.isEmpty || vCode.length < 6) 
    _clickable = false;
  
  if (password.isEmpty || password.length < 6) 
    _clickable = false;
  
  setState(() 
    
  ); 


MyButton(
  onPressed: _clickable ? _register : null,
  text: '注册',
)

其实这里可以优化一下。因为现在的每次输入都必定刷新，我们可以在_clickable参数有变化时再刷新，避免无效的刷新。优化的代码如下：

void _verify() 
  String phone = _phoneController.text;
  String vCode = _vCodeController.text;
  String password = _passwordController.text;
  bool clickable = true;
  if (phone.isEmpty || phone.length < 11) 
    clickable = false;
  
  if (vCode.isEmpty || vCode.length < 6) 
    clickable = false;
  
  if (password.isEmpty || password.length < 6) 
    clickable = false;
  
  /// 状态不一致时刷新
  if (clickable != _clickable) 
    setState(() 
      _clickable = clickable;
    );
  

就这样一个简单的处理，试想一下可以减少多少次的刷新。

类似的，在CustomPainter中有个shouldRepaint的重写方法，我们可以根据需求控制CustomPainter是否进行重绘。

预构建Widget

动画的使用在实际开发中很常见，但是一旦使用不当也会造成不必要的刷新，甚至会带来卡顿。

举一个deer中的例子，商品列表页中有一个商品操作菜单的呼入呼出动画（这里就不谈具体的实现效果了，有兴趣的可以去看源码）。一开始的写法如下：

AnimatedBuilder(
  animation: animation,
  builder:(_, __) 
    return MenuReveal(
      revealPercent: animation.value,
      child: _buildGoodsMenu(context),
    );
  
)

效果如下：

 这个动画看起来还是比较流畅的。顶部的性能图表(Performance Overlay)中，UI花费的时间平均在7.2ms/frame。比起16ms的安全标准来说已经非常好了。

但是我们来看看构建次数（呼入呼出各一次）：

这里仔细看就有点问题，动画执行时我们只希望可变的部分刷新（MenuReveal），但实际上连菜单中的按钮也一起刷新构建了。

 那么优化的方法就是预构建菜单中的按钮，将_buildGoodsMenu(context)方法放在AnimatedBuilder之前执行再传入或是放在AnimatedBuilder的child中。

AnimatedBuilder(
  animation: animation,
  child: _buildGoodsMenuContent(context), // <-----放在这里
  builder:(_, child) 
    return MenuReveal(
      revealPercent: animation.value,
      child: child  // <----这里使用
    );
  
)

效果如下：

可以看到UI线程花费的时间在6ms/frame左右。这个提升还是比较大的（16%左右），虽然对于用户来说是无感知的。

 再次看一下构建次数：

那么提升的原因也就找到了，因为避免了不必要的构建。所以针对这类不依赖于动画的子Widget，预构建它可以显著提高性能。

 类似这种builder/child的模式还有不少，你可以多多留意一下。

复用

尽量使用const来定义一些不变的Widget，这相当于缓存一个Widget并复用它。

我之前看到过一篇博客，作者测试一个页面上构建1000个重复图标，结果使用const构造函数的，FPS大约高8.4％，内存使用量降低约20％。

当然作者也说了，实际一个页面上有1000个Widget也不现实。其实说这个点的原因也是希望大家能养成一个好习惯。

添加GlobalKey也能复用widget。这个使用场景相对较少，可以了解一下。相关内容链接：说说Flutter中的Key

RepaintBoundary

这个我之前有详细介绍过，可以直接查看：说说Flutter中的RepaintBoundary，这里我就不重复说了。合理的使用RepaintBoundary可以减少不必要的刷新提升性能。

4.加载策略

按需加载

推荐使用ListView.builder来动态实现列表，而不是直接使用ListView静态创建。注意这里在使用ListView.builder的itemBuilder来构建item时，可不要预构建Widget了。类似的Widget还有PageView.builder 和 GridView.builder。

PS：按需加载是一种策略，并不是仅仅依靠这几个类型的Widget。比如之前阿里AliFlutter的分享中，就有提到列表中加载图片的优化。通过判断图片的在屏和离屏，来合理回收图片，这样减小了内存的波动，同样也可以带来性能的提升。

错峰加载

错峰加载的目的是为了避免因同一时间的大量构建，而产生卡顿现象。这里我举一个例子：

在使用PageView.builder这个Widget时，我发现在左右滑动切换页面时会有卡顿的现象。使用timeline来分析发现两个问题，一是切换的页面比较复杂，比较耗时。二是页面构建的时间点在滑动中。

页面复杂的问题我进行了一定的优化，虽然有效果，但还是有卡顿发生。那么只能针对第二点再进行优化，我们先看一下PageView.相关源码：

return NotificationListener<ScrollNotification>(
  onNotification: (ScrollNotification notification) 
    if (notification.depth == 0 && widget.onPageChanged != null && notification is ScrollUpdateNotification) 
      final PageMetrics metrics = notification.metrics;
      final int currentPage = metrics.page.round();
      if (currentPage != _lastReportedPage) 
        _lastReportedPage = currentPage;
        widget.onPageChanged(currentPage);
      
    
    return false;
  ,
  child: Scrollable(),
);

代码很简单，如果我们设置了onPageChanged的监听，那么在滑动中（ScrollUpdateNotification）计算当前页的页码并返回（round方法，四舍五入）。所以在滑动到一半的时候，onPageChanged就会回调结果，我因为在这里触发了页面的刷新代码，导致了卡顿的发生。

其实在我熟知的安卓中，默认行为都是在滑动结束后才去加载页面数据。所以按照这个思路处理，调整一下加载策略。

修改代码如下：

NotificationListener<ScrollNotification>(
  onNotification: (ScrollNotification notification) 
    if (notification.depth == 0 && notification is ScrollEndNotification) 
      final PageMetrics metrics = notification.metrics;
      final int currentPage = metrics.page.round();
      if (currentPage != _lastReportedPage) 
        _lastReportedPage = currentPage;
        _onPageChange(currentPage);
      
    
    return false;
  ,
  child: PageView.builder(),
)

我们在PageView.builder上添加一个NotificationListener，同时修改ScrollUpdateNotification为ScrollEndNotification。这样就自定义了滑动监听事件，通过错峰加载保证了UI的流畅。

PS：在Flutter 1.17的重要改动中就有一条：在高速滚动时推迟图像解码。这也是用了错峰加载的思路。

5.耗时计算

避免将一些耗时计算放在UI线程，我们可以把耗时计算放到Isolate去执行（多线程）。

举一个Flutter源码中的例子： 

 Future<String> loadString(String key,  bool cache = true ) async 
    final ByteData data = await load(key);
    if (data == null)
      throw FlutterError('Unable to load asset: $key');
    if (data.lengthInBytes < 10 * 1024) 
      // 10KB takes about 3ms to parse on a Pixel 2 XL.
      // See: https://github.com/dart-lang/sdk/issues/31954
      return utf8.decode(data.buffer.asUint8List());
    
    return compute(_utf8decode, data, debugLabel: 'UTF8 decode for "$key"');
  

  static String _utf8decode(ByteData data) 
    return utf8.decode(data.buffer.asUint8List());
  

因为utf8.decode方法处理10KB数据大约需要3ms的时间（手机Pixel 2 XL），所以在超过10KB的数据就使用了compute方法将耗时计算放到Isolate。这里根据数据大小选择不同的方式，是因为Isolate的创建使用也是有空间和时间上的消耗，所以Isolate虽好，可不要滥用哦！

同样的，我们项目中的json解析操作也可以这样处理，以保证在一些性能较差的机子上可以不造成UI的卡顿。具体实现可以看：在后台处理 JSON 数据解析

这里我简单说明一下原因：Flutter应用中的Dart代码执行在UI Runner中，而Dart是单线程的，我们平时使用的异步任务Future都是在这个单线程的Event Queue之中，通过Event Loop来按顺序执行。（这个单线程模型和js是一样的）

也就是说即使我们是异步执行这段计算代码，但由于这段代码耗时过长，那么这段时间内线程没有空闲（可以理解为任务代码都是插空执行？），也就是线程过载了。导致期间Widget的layout等计算迟迟无法执行，那么时间越长，卡顿的现象就越明显。

因此使用Isolate来处理耗时计算，利用多线程来做到代码的并行执行。

可能这里你会有疑问，那我网络请求也是Dart代码而且有时也挺耗时的，怎么不见页面卡顿？其实这是因为网络请求在io线程，不会占用ui线程。且实际的网络请求也并不是在Dart层做的，Dart代码部分只是一层封装，真正的请求是由底层的操作系统去实现的。

6.GPU

上面的几点大都是关于UI线程的优化。其实在观察Performance Overlay时，我们发现有时UI很流畅，但是GPU却会很耗时。这里主要是绘制上的压力比较大（GPU Runner）导致的，可能包括对Skia的saveLayer、clipPath等耗时函数调用。

saveLayer会在GPU中分配一块新的绘图缓冲区（离屏渲染），切换绘图目标，这些操作是在GPU中非常的耗时，尤其在比较老的设备上。

使用clipPath会影响接下来每一个绘图指令。尤其这个Path比较复杂的时候都需要和这个复杂的Path做相交操作，而且把Path之外的部分剔除掉。

在Flutter源码中搜索canvas.saveLayer可以发现一些需要注意的：

• 当Text的overflow属性为TextOverflow.fade，且文字超出范围时，会调用saveLayer。
• 使用Clip.antiAliasWithSaveLayer作为剪切行为时，会调用saveLayer（据说早期Flutter版本中大都使用这一方式）。建议优先使用Clip.hardEdge和Clip.antiAlias。这部分属性一般在ClipRect、ClipOval和ClipPath等裁剪功能Widget中用到。
• 修改RawChip的isEnabled属性，触发enableAnimation动画时，会调用saveLayer。

而对于clipPath，相对没有saveLayer耗时。但需要注意对于裁剪行为。优先考虑使用BoxDecoration的borderRadius属性来解决。比如Inkwell的borderRadius属性就可以裁剪它的外形，如果borderRadius实在不能满足，可以使用customBorder属性（使用clipPath）。

到这里你可能会很庆幸，你说的这些我都没有用到。其实。。。

除过上面所说的显式调用耗时方法，还存在部分隐式调用的（Opacity、ShaderMask、ColorFilter、PhysicalModel、BackdropFilter等）。

 比如在Opacity的文档注释中有以下描述：

该类将其子组件绘制到中间缓冲区中，然后将子组件混合回透明的场景中。 对于0和1以外的不透明度值，该类相对昂贵，因为它需要将子组件绘制到中间缓冲区中。对于opacity为0，根本不绘制子组件。对于opacity为1.0，将立即绘制子组件，而不使用中间缓冲区。

所以使用Opacity且opacity属性不为0和1时，需要注意。如果真的需要使用它，可以先看能否使用替换方案：

• 如果有透明度变化需求，可以使用AnimatedOpacity实现。
• 对于透明图像，可以修改color属性实现，而不是包裹一层Opacity。例如：

Image.network(
  'https://xxxx.jpeg',
  color: Color.fromRGBO(255, 255, 255, 0.5),
  colorBlendMode: BlendMode.modulate
)

PS：虽然看似许多Widget存在一定性能问题，但是具体场景具体对待。这里只是提醒大家使用前三思，尽量寻找替代方案，并不是完全不让使用。就比如用BackdropFilter实现高斯模糊效果，CupertinoAlertDialog和CupertinoActionSheet就用到了它，我们不可能因此就不使用了。

虽然有了上述的经验，但是监测发现问题的手段还是需要掌握，下面简单说明一下，详细的可以看深入了解 Flutter 的高性能图形渲染。

在MaterialApp中添加 checkerboardOffscreenLayers: true 来检查是否使用了 saveLayer（包含显式或隐式调用），如果使用了会有一个"棋盘网格"覆盖在上方。不过很遗憾，目前我只发现对于BackdropFilter的使用可以通过这个直接检查到。下图是使用CupertinoActionSheet的效果：

 

既然checkerboardOffscreenLayers受限，那么可以使用timeline查看Flutter 对 Skia 的调用。这里以CupertinoActionSheet的弹出过程举例。

首先profile模式运行：

flutter run --profile --trace-skia

安装成功后会有“观测台”的链接：

 timeline表现如下：

 图中的Sk开头就是Skia的函数， 可以看到调用了saveLayer方法。不过这样看起来并不直观，显得也很复杂。所以可以通过捕捉 SKPicture 来分析每一条绘图指令。

继续运行以下命令：

flutter screenshot --type=skia --observatory-uri=uri

这个uri就是“观测台”的链接。

 这里会生成一个skp格式的文件在你的项目根目录，然后上传文件到 https://debugger.skia.org/ （需fq）进行分析。

 这个分析工具包含播放暂停逐条的绘图指令、查看Clip区域、指令调用次数统计等强大的功能。

 图中可以看到调用了saveLayer方法以及调用次数。利用这个分析工具，可以详细了解页面的绘图过程，便于我们去除不必要的绘制部分，提升性能。

7.其他

• 注意FlatButton等复杂Widget的使用。

 举例：deer中的订单列表Item中有三个按钮，所以一开始就用FlatButton实现了，结果发现页面滑动时有点卡顿。就用timeline检测了一下：

 发现最多的时候一个FlatButton就用了1.5ms，平均一个1ms。但是因为一屏一般显示3个Item，这累积起来不卡顿才怪。原因呢也是FlatButton这个Widget功能过多，层级复杂，导致了Widget build耗时。

那么就用GestureDetector + Container + Text自己去实现一个这样的按钮去替换。再次看下效果：

 修改后，build所用时间大大的减少了（平均0.3ms）。可以看到层级也简单了很多。所以使用FlatButton没有问题，但是要注意它的复杂度，合理使用。

• 优先使用StatelessWidget，而不是用StatefulWidget。
• 尽量给Widget指定大小，避免不必要的Layout计算。比如ListView的itemExtent使用。
• 尽量避免更改子树的深度或更改子树中Widget的类型。因为这一操作会重新构建、布局和绘制整个子树。

如果需要更改深度，可以考虑给子树的公共部分添加GlobalKey。

如果需要修改Widget的类型，比如显示隐藏的需求，可以使用Visibility。顺便想一下下面这三种方式的区别：

  Column(
    children: <Widget>[
      if (_visible) const Text('1'),
      _visible ? const Text('2') : const SizedBox.shrink(),
      Visibility(
        visible: _visible,
        child: const Text('3'),
      ),
    ],
  )

可以使用一些Curves曲线动画（先快后慢）。这样在相同的时间内，视觉上会比线性动画显得快，让人觉得流畅。

8.参考

StatefulWidget performance considerations

Flutter | 性能优化——如何避免应用 jank

Flutter Europe: Optimizing your Flutter App

Flutter 线程管理

Flutter卡顿优化锦辑