Flutter状态管理 — 探索Flutter中的状态

前言

随着响应式编程的理念&Flutter被大众所了解以来，状态管理一直是一个引人深思的话题。如果想要学习好Flutter这样的响应式的编程框架就一定是离不开状态管理的。我遇到过很多没有了解过响应式编程框架的，或者从事后端开发，自己想用Flutter写个app玩玩的朋友，一上来，不管在哪里都用setState，我问为啥不用状态管理，大部分都回了一句：啥是状态管理？当然，曾经的我也一样，啥也不懂，一上来就用上了GetX这个“大杀器”从而导致走了许多弯路。

ps：都2023年了，已经有那么多的大佬写了与状态管理相关的文章，为啥我还要“炒冷饭”？因为一句话：GetX你害得我好惨！同样，不同的人对于状态管理有不同的看法，一千个读者眼中就会有一千个哈姆雷特。我希望能通过几篇文章来帮助和我类似经历的朋友，更好的明白，啥是状态管理。

需要我们管理的状态有哪些

在一个应用中，存在着大量的状态，例如某个组件的动画状态、界面的外观效果、字体…当然，很多的状态并不需要我们自己去做管理，框架本身就已经做了这部分的工作了，例如：将Widget树转换为底层的图像或纹理、无需手动跟踪和管理动画状态，以及处理布局，包括大小、位置和约束，无需手动计算和管理布局状态。这才可以让我们开发者更专注于构建用户界面和交互逻辑，而无需过多关注底层的状态细节。而需要我们开发者去管理的状态可以分为两类：

短时状态

你可以简单的将其理解为：某些数据状态只需要在当前的Widget中使用，不需要将这些数据和状态共享给其他组件或者页面。通常这样的情况，你不需要用到一些provider、GetX这样的状态管理框架，你仅仅需要一个StatefulWidget，依靠其自身的State管理即可，这种状态也不会以复杂的方式而改变。像一个提示消息状态（Toast）、页面切换时的一些动画（淡入淡出效果）、动画状态（一个淡入淡出的动画或一个旋转动画都是短时状态）。

class _MyHomePageState extends State<MyHomePage> {
  Color _buttonColor = Colors.blue; // 初始颜色
  void _changeButtonColor() {
    setState(() {
      _buttonColor = Colors.green; // 更新颜色为绿色
    });

    // 等待1秒后恢复原样
    Future.delayed(Duration(seconds: 1), () {
      setState(() {
        _buttonColor = Colors.blue; // 恢复原样
      });
    });
  }

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Scaffold(
      appBar: AppBar(
        title: Text('短时状态'),
      ),
      body: Center(
        child: ElevatedButton(
          onPressed: _changeButtonColor,
          style: ElevatedButton.styleFrom(
            backgroundColor: _buttonColor, // 使用当前状态中的颜色
            padding: EdgeInsets.symmetric(horizontal: 20, vertical: 10),
          ),
          child: const Text(
            'Change Color',
            style: TextStyle(fontSize: 18),
          ),
        ),
      ),
    );
  }
}

当用户点击 “Change Color” 按钮时，按钮的颜色会在一秒钟内变为绿色，然后恢复为蓝色。这里的按钮颜色变化过程就是一个短时状态，因为它只在特定的时间段内有效，不需要长期存储，也不需要共享。

应用状态

当数据或状态需要被共享时，就是当一个组件的状态发生变化后，其他的组件也会跟着发生变化，这就是应用状态。建议通过状态管理库（如Provider）来管理。应用状态的生命周期更长，通常会影响应用全局行为，例如用户身份、主题、国际化等。

状态提升

在使用状态管理之前，我们还需学习下状态提升，它能使我们更好的理解到状态管理的作用！话不多说，直接上案例：

可以从图中发现，第一个页面的值与第二个页面的值是不同步的。在很多业务场景下，都需要将二级的详情页面的值与一级页面的值同步，例如文章的点赞数。那么这个时候会有一种简单的方法，就是将这个值提取到父级页面，由父级页面把状态传递下去。

我们抽离出一个Count类，并在父级界面实例化一个Count类，通过这种方式，第一个页面和第二个页面将共享同一个计数器对象，因此无论在哪个页面中增加计数器的值，都会同步地影响另一个页面中的计数器。这就实现了状态的提升和同步。不过，我们虽然通过状态提升的方法做到了状态同步这一点，但是，仅仅是一个Count数字的改变，却需要将第一个页面和第二个页面上的所有组件进行重新build，简单的页面当然看不出什么，一旦页面复杂，渲染的成本实在是太高，也违背了我们使用状态管理的一个初衷：控制组件局部刷新。为了能更好的解决这样的问题，我们需要探索新的方法，这时，状态管理就起到作用了！

Flutter中有哪些可以做到状态管理

1.setState

我相信无论是新手还是老手，只要是体验过Flutter框架99%的朋友都知道setState，大部分情况只需要在改变UI数据的逻辑外面套上一个setState就可以实现对界面的更新。在本文中我们不过多讨论setState的使用方式以及原理，我们聊聊它的优点和缺点。

优点

相信大家在各种Flutter交流群中应该都有遇到过群友问性能相关的问题。而一些新手朋友这个时候看的多了就会有一个疑惑：我写的一些页面也卡卡的，帧率只有30几帧，会不会是因为我使用了setState去刷新页面啊？其实不然，setState不但不会造成性能困扰，它反而在帮你！最关键的一点，是因为Flutter在底层实现了一些机制来减少不必要的重绘。

具体一点来说，当去调用setState时，Flutter会将新的状态放入队列中，并计划在下一个绘制周期（Frame）中更新UI。在下一个绘制周期到来之前，Flutter会执行一些优化步骤：

- 差异校验：Flutter会比较前后两个状态，确定实际上哪些部分需要更新。这种差异校验能够有效地减少不必要的布局、绘制和合成操作。例如：
- 合并多个setState调用：如果在同一个绘制周期内连续调用了多次setState，Flutter会将它们合并成一个，以避免不必要的重复工作。setState只是调用了_element的markNeedsBuild方法，以标记这个元素需要在下一个绘制周期中进行重建。这个标记会将新的状态放入队列中，并在下一个帧（绘制周期）中触发重建。
- 重绘策略：Flutter会尽量减少需要重新绘制的部分。如果某个部分没有发生变化，那么不会重新绘制它，从而节省CPU和GPU资源。将组件单独抽离为一个widget，就可以通过setState来更新局部状态，实现局部刷新。

所以，只要能正确的使用setState，setState的节点越远离根部，那么布局、绘制渲染的开销就会越少。（使用绝对宽高也可以减少开销哦~）

缺点

聊完了setState的优点，那么我们再来聊聊它的缺点：

- **无法做到跨组件共享数据
  **setState是State的函数，一般我们会将State的子类设置为私有，所以无法做到让别的组件调用State的setState函数来刷新。
- 维护成本极高
  在文章的开头，就提到过，一些新手写Flutter时，不管在哪里都用setState，搞的哪哪都是。随着页面状态的增多，调用setState的地方会越来越多，不能统一管理。难以维护。
- **状态和UI耦合
  **使用状态管理很重要的一点就是解耦，而随意使用setState会导致数据逻辑和视图混合在一起，比如数据库的数据取出来setState到ui上，这样编写代码，会导致状态和UI耦合在一起，不利于测试，不利于复用。
- 实现局部刷新复杂度高
  setState是整个Widget重新构建（子Widget也会跟着销毁重建），如果页面足够复杂，就会导致非常严重的性能损耗。而如果想要通过setState进行局部刷新，就需要对组件进行提取，如果每个组件都要封装提取一下，这个工作量太多了！

2.ChangeNotifier

为了解决setState带来的一些问题，可以通过ChangeNotifier作为状态管理的方案。 ChangeNotifier可以将状态逻辑和UI逻辑分开，从而使得状态管理更加集中和可控。通过创建一个单独的ChangeNotifier类来管理某一部分状态，然后在需要使用这些状态的地方进行订阅。

class CounterModel extends ChangeNotifier {
  int _counter = 0;

  int get counter => _counter;

  void increment() {
    _counter++;
    notifyListeners();
  }
}

class MyApp extends StatelessWidget {
  final CounterModel _counterModel = CounterModel();

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return MaterialApp(
      home: Scaffold(
        appBar: AppBar(title: Text('ChangeNotifier Example')),
        body: Column(
          mainAxisAlignment: MainAxisAlignment.center,
          children: [
            CounterDisplay(_counterModel),
            CounterControl(_counterModel),
          ],
        ),
      ),
    );
  }
}

class CounterDisplay extends StatefulWidget {
  final CounterModel counterModel;

  CounterDisplay(this.counterModel);

  @override
  _CounterDisplayState createState() => _CounterDisplayState();
}

class _CounterDisplayState extends State<CounterDisplay> {
  @override
  void initState() {
    super.initState();
    widget.counterModel.addListener(_update);
  }

  @override
  void dispose() {
    widget.counterModel.removeListener(_update);
    super.dispose();
  }

  void _update() {
    setState(() {});
  }

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Center(
      child: Text('Value: ${widget.counterModel.counter}'),
    );
  }
}

class CounterControl extends StatelessWidget {
  final CounterModel counterModel;

  const CounterControl(this.counterModel, {Key? key}) : super(key: key);

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Center(
      child: ElevatedButton(
        onPressed: () {
          counterModel.increment();
        },
        child: Text('+'),
      ),
    );
  }
}

不过，虽然ChangeNotifier解决了一些问题，但在大型应用中，仍然可能遇到一些挑战。例如，当应用状态较为复杂时，可能需要多个ChangeNotifier，从而导致状态分散和层级复杂。

3.ChangeNotifier+InheritedWidget

在前面我们提到可以通过状态提升的方法，实现跨组件之间的数据传递。但是一些简单的小项目都会有很多很多的组件，组件之间的继承关系会很复杂，如果只是使用状态提升，然后通过传参和回调函数这样的方式，那么你会发现，在继承关系中间的一些组件需要传入大量的参数，相当麻烦！那怎么让底层的子组件直接去访问被我们提升到父级的状态呢？Flutter已经帮我们解决了这个问题，就是使用InheritedWidget，它可以高效快捷的实现共享数据的跨组件传递。一些初学者可能会觉得InheritedWidget很陌生，但是，你一定使用过InheritedWidget传递状态的场景：

Theme.of(context).primaryColor //获取主题色
MediaQuery.of(context).size.width;  // 获取屏幕宽度

点击他们的实现源码就可以看到使用了context.dependOnInheritedWidgetOfExactType。使用inheritedWidget的时候，会有一个取数据的过程，这个时候就会通过子节点的BuildContext使用context.getElementForInheritedWidgetOfExactType 或 context.dependOnInheritedWidgetOfExactType来获取到这个widget（element），从而获取到数据。

InheritedWidget通常用于子组件共享父组件中的数据，但它不具备修改更新父组件中数据的能力。它解决了访问状态和根据状态更新的问题，但是没有改变状态的能力，所以通常会把InheritedWidget和ChangeNotifier结合一起使用，通过ChangeNotifier去跟踪变化的数据。

class CounterModel extends ChangeNotifier {
  int _counter = 0;

  int get counter => _counter;

  void increment() {
    _counter++;
    notifyListeners(); // Notify listeners when the state changes
  }
}

class CounterProvider extends InheritedWidget {
  final CounterModel counterModel;
  final Widget child;

  CounterProvider({required this.counterModel, required this.child})
      : super(child: child);

  static CounterProvider? of(BuildContext context) {
    return context.dependOnInheritedWidgetOfExactType<CounterProvider>();
  }

  @override
  bool updateShouldNotify(CounterProvider oldWidget) {
    return counterModel != oldWidget.counterModel;
  }
}

class MyApp extends StatelessWidget {
  final count = CounterModel();

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return MaterialApp(
      home: Scaffold(
        appBar: AppBar(title: Text('ChangeNotifier + InheritedWidget')),
        body: CounterProvider(
            counterModel: count,
            child: Column(
              mainAxisAlignment: MainAxisAlignment.center,
              children: [
                CounterDisplay(),
                CounterControl(),
              ],
            )),
      ),
    );
  }
}

class CounterDisplay extends StatefulWidget {
  @override
  _CounterDisplayState createState() => _CounterDisplayState();
}

class _CounterDisplayState extends State<CounterDisplay> {
  late CounterModel counterModel;
  late VoidCallback listener;

  @override
  void didChangeDependencies() {
    super.didChangeDependencies();
    counterModel = CounterProvider.of(context)!.counterModel;
    listener = () {
      if (mounted) setState(() {});
    };
    counterModel.addListener(listener);
  }

  @override
  void dispose() {
    counterModel.removeListener(listener);
    super.dispose();
  }

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Center(
      child: Text('Counter Value: ${counterModel.counter}'),
    );
  }
}

class CounterControl extends StatelessWidget {
  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    final counterModel = CounterProvider.of(context)!.counterModel;
    return Center(
      child: GestureDetector(
        onTap: () {
          counterModel.increment();
        },
        child: Text('+'),
      ),
    );
  }
}

通过这样一个简单的例子来体验InheritedWidget结合ChangeNotifier实现状态管理的功能。不过InheritedWidget也存在缺点，InheritedWidget的通知机制是基于它的数据发生变化时触发，而不是针对特定的子小部件，无法定向通知，这可能导致不必要的刷新，尤其是在大型小部件树中。它会触发整个子小部件树的重建，即使只有一部分子小部件受到了影响，这也有可能导致性能问题，尤其是在需要精细控制刷新的情况下。当然，在后续的文章中，我们也会详细分析InheritedWidget的实现机制，来帮助更好的理解整套流程。同时，考虑到这些缺点，在后续的文章也会分析更好的状态管理解决方案。

4.Notification

Notification是一种用于在小部件树中传递信息的机制，它可以用于实现子树中的特定部分之间的通信。Notification并不像状态管理或全局状态传递那样普遍，它主要用于特定场景下的通信，比如当某个事件发生时，需要在小部件树的各个部分之间传递消息。Notification的工作方式是通过Notification对象在小部件树中传递，然后从父级小部件开始逐级向上冒泡，直到找到一个处理该通知的小部件为止。每个处理通知的小部件可以根据需要执行特定的操作。你可以把InheritedWidget 理解为从上到下传递、共享的方式，而Notification则是从下往上。Notification它提供了dispatch方法，沿着context对应的Element节点向上逐层发送通知。

class MyNotification extends Notification {
  final String message;

  MyNotification(this.message);
}

class MyApp extends StatelessWidget {
  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return MaterialApp(
      home: Scaffold(
        appBar: AppBar(title: Text('Notification')),
        body: Center(
          child: Column(
            mainAxisAlignment: MainAxisAlignment.center,
            children: [
              NotificationListener<MyNotification>(
                onNotification: (notification) {
                  print(notification.message);
                  return true;
                },
                child: ChildWidget(),
              ),
            ],
          ),
        ),
      ),
    );
  }
}

class ChildWidget extends StatelessWidget {
  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return ElevatedButton(
      onPressed: () {
        MyNotification('Hello 这里是子Widget!').dispatch(context);
      },
      child: Text('ChildWidget'),
    );
  }
}

当点击按钮后，就会向上传递消息，被NotificationListener所监听，在控制台打印出消息。你可以尝试InheritedWidget + Notification来控制状态之间的访问。

5.Stream

Stream是一种用于在应用程序中管理状态和数据流的重要工具。Stream是异步数据流的抽象表示，它可以在应用程序中传递和监听数据的变化。但是它和Flutter关系并不大，它是通过纯dart去实现的。你可以理解为flutter只是通过StreamBuilder去构建了一个Stream通道。它的使用其实也并没有复杂太多，通常只需要创建StreamController，然后去监听控制器（可以直接去监听StreamController，然后通过setState更新UI，也可以通过StreamBuilder），最后将更新后的数据通过Stream的sink属性添加到Stream中即可。知名的状态管理库Bloc，就是基于Stream的封装。

class Todo {
  final String text;
  bool isCompleted;

  Todo(this.text, this.isCompleted);
}

class _TodoAppState extends State<TodoApp> {
  final _controller = StreamController<List<Todo>>();
  List<Todo> _todos = [];

  @override
  void initState() {
    super.initState();
    // 初始化Stream，将空列表添加到Stream中
    _controller.sink.add(_todos);
  }

  @override
  void dispose() {
    _controller.close(); // 关闭StreamController以释放资源
    super.dispose();
  }

  void _addTodo(String text) {
    // 添加新的Todo项并将更新后的列表添加到Stream中
    final newTodo = Todo(text, false);
    _todos.add(newTodo);
    _controller.sink.add(_todos);
  }

  void _toggleTodoCompletion(int index) {
    // 切换指定Todo项的完成状态并将更新后的列表添加到Stream中
    _todos[index].isCompleted = !_todos[index].isCompleted;
    _controller.sink.add(_todos);
  }

  void _deleteTodo(int index) {
    // 删除指定Todo项并将更新后的列表添加到Stream中
    _todos.removeAt(index);
    _controller.sink.add(_todos);
  }

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Scaffold(
      appBar: AppBar(
        title: Text('备忘录 —— Stream'),
      ),
      body: Column(
        children: [
          Padding(
            padding: EdgeInsets.all(16.0),
            child: TextField(
              onSubmitted: (text) {
                if (text.isNotEmpty) {
                  _addTodo(text);
                }
              },
              decoration: InputDecoration(
                labelText: '添加任务',
                border: OutlineInputBorder(),
              ),
            ),
          ),
          Expanded(
            child: StreamBuilder<List<Todo>>(
              stream: _controller.stream,
              builder: (context, snapshot) {
                if (snapshot.hasData) {
                  return ListView.builder(
                    itemCount: snapshot.data!.length,
                    itemBuilder: (context, index) {
                      final todo = snapshot.data![index];
                      return ListTile(
                        title: Text(todo.text),
                        trailing: Checkbox(
                          value: todo.isCompleted,
                          onChanged: (_) => _toggleTodoCompletion(index),
                        ),
                        onLongPress: () => _deleteTodo(index),
                      );
                    },
                  );
                } else {
                  return Center(child: CircularProgressIndicator());
                }
              },
            ),
          ),
        ],
      ),
    );
  }
}

Stream的缺点也同样是它的优点：

缺点：需要对其定制化，才能满足更复杂的场景。
优点：可以针对业务进行定制化，足够灵活，可以基于它做一个好的设计。

总结

看完这篇文章后，相信您对Flutter中的状态应该有了一个更深刻的记忆。对Flutter自带的状态管理的方式也有了一定的了解，那么在后续的文章中，我们将进一步深入学习ChangeNotifier+InheritedWidget的一些机制，以及主流的状态管理框架。在文章的最后，我想引用一下flutter.cn的一句话：状态管理是一个相当复杂的话题。如果您在浏览后发现一些问题并未得到解答，或者并不适用于您的具体需求场景，自信些，您的实现就是对的。