Flutter性能分析与优化实践

码农艾拉 1
Viewed 0

高性能高流畅度一直是Flutter团队宣传的一大亮点，也是当初选择Flutter的重要因素之一，但是随着复杂业务的应用落地，通过Flutter页面和原生页面滑动流畅度对比，我们开始产生怀疑，因为部分Flutter页面流畅度明显低于Native，是Flutter的宣传言过其实还是我们开发人员使用姿势有问题，今天我们就来具体分析下。

Flutter有四种运行模式：Debug、Release、Profile和test，这四种模式在build的时候是完全独立的。

  • Debug模式：可以在真机和模拟器上同时运行，会打开所有的断言，包括debugging信息、debugger aids（比如observatory）和服务扩展。优化了快速develop/run循环，但是没有优化执行速度、二进制大小和部署。命令flutter run就是以这种模式运行的，通过sky/tools/gn --android或者sky/tools/gn --ios来build。有时候也被叫做“checked模式”或者“slow模式”。

  • Release模式：只能在真机上运行，不能在模拟器上运行，会关闭所有断言和debugging信息，关闭所有debugger工具。优化了快速启动、快速执行和减小包体积。禁用所有的debugging aids和服务扩展。这个模式是为了部署给最终的用户使用。命令flutter run --release就是以这种模式运行的，通过sky/tools/gn --android --runtime-mode=release或者sky/tools/gn --ios --runtime-mode=release来build。

  • Profile模式：只能在真机上运行，不能在模拟器上运行，基本和Release模式一致，除了启用了服务扩展和tracing，以及一些为了最低限度支持tracing运行的东西（比如可以连接observatory到进程）。命令flutter run --profile就是以这种模式运行的，通过sky/tools/gn --android --runtime-mode=profile或者sky/tools/gn --ios --runtime-mode=profile来build。因为模拟器不能代表真实场景，所以不能在模拟器上运行。

  • test模式：headless test模式只能在桌面上运行，基本和Debug模式一致，除了是headless的而且你能在桌面运行。命令flutter test就是以这种模式运行的，通过sky/tools/gn来build。

Flutter的架构主要分成三层：Framework，Engine，Embedder。

Framework使用dart实现，包括Material Design风格的Widget,Cupertino(针对iOS)风格的Widgets，文本/图片/按钮等基础Widgets，渲染，动画，手势等。此部分的核心代码是:flutter仓库下的flutter package，以及sky_engine仓库下的io,async,ui(dart:ui库提供了Flutter框架和引擎之间的接口)等package。

Engine使用C++实现，主要包括:Skia,Dart和Text。Skia是开源的二维图形库，提供了适用于多种软硬件平台的通用API。

Embedder是一个嵌入层，即把Flutter嵌入到各个平台上去，这里做的主要工作包括渲染Surface设置,线程设置，以及插件等。从这里可以看出，Flutter的平台相关层很低，平台(如iOS)只是提供一个画布，剩余的所有渲染相关的逻辑都在Flutter内部，这就使得它具有了很好的跨端一致性。

Flutter渲染原理简介

优化之前我们先来介绍下Flutter的渲染原理，通过这部分基础了解渲染流程以及主要耗时花费。flutter视图树包含了三颗树：Widget、Element、RenderObject。

  • Widget: 存放渲染内容、它只是一个配置数据结构，创建是非常轻量的，在页面刷新的过程中随时会重建。
  • Element: 同时持有Widget和RenderObject，存放上下文信息，通过它来遍历视图树，支撑UI结构。
  • RenderObject: 根据Widget的布局属性进行layout，paint，负责真正的渲染。

从创建到渲染的大体流程是：根据Widget生成Element，然后创建相应的RenderObject并关联到Element.renderObject属性上，最后再通过RenderObject来完成布局排列和绘制。

例如下面这段布局代码：

Container(
      color: Colors.blue,
      child: Row(
        children: <Widget>[
          Image.asset('image'),
          Text('text'),
        ],
      ),
    );

对应三棵树的结构，其中Widget树描述配置，Element树管理生命周期，RenderObject树处理渲染。

当需要更新UI的时候，Framework通知Engine，Engine会等到下个Vsync信号到达的时候，会通知Framework进行animate, build，layout，paint，最后生成layer提交给Engine。Engine会把layer进行组合，生成纹理，最后通过Open Gl接口提交数据给GPU，GPU经过处理后在显示器上面显示。

结合前面的例子，如果text文本或者image内容发生变化会触发哪些操作呢？Widget是不可改变，需要重新创建一颗新树，build开始，然后对上一帧的element树做遍历，调用他的updateChild，看子节点类型跟之前是不是一样，不一样的话就把子节点扔掉，创造一个新的，一样的话就做内容更新，对renderObject做updateRenderObject操作，updateRenderObject内部实现会判断现在的节点跟上一帧是不是有改动，有改动才会被标记dirty，重新layout、paint，再生成新的layer交给GPU。

性能分析工具及方法 Dart DevTool

下面来看下性能分析工具，注意，统计性能数据一定要在真机+profile模式下运行，拿到最接近真实的体验数据。Dart DevTool，就是早期的Observatory，官方提供的性能检测工具。它的timeline界面可以逐帧分析应用的UI性能。但是目前还是预览版，存在一些问题。

profile模式下运行起来，点击android studio底部的菜单按钮，会弹出一个网页，点击顶部的Timeline菜单。这个时候滑动页面，每一帧的耗时会以柱形bar的形式显示在页面上，每条bar代表一个frame，同时用不同颜色区分UI/GPU线程耗时。分析卡顿的场景需要选中一条红色的bar（总耗时超过16.6ms），中间区域的Frame events chart显示了当前选中的frame的事件跟踪，UI和GPU事件是独立的事件流，但它们共享一个公共的时间轴。

选中Frame events chart中的某个事件，例如Layout耗时最长，我们选中它，会在底部Flame chart区域显示一个自顶向下的堆栈跟踪，每个堆栈帧的宽度表示它消耗CPU的时长，消耗大量CPU时长的堆栈是我们首要分析的重点，后面就是具体分析堆栈，定位卡顿问题。或者用android studio自带的插件分析，这个效率高，速度响应快。

另外还有一些debug调试工具可以辅助查看更多信息，注意，只能在debug模式下使用分析，拿到的数据不能作为性能标准：

  • debugProfileBuildsEnabled：向Timeline事件中添加每个widget的build信息。
  • debugProfilePaintsEnabled：向timeline事件中添加每个renderObject的paint信息。
  • debugPaintLayerBordersEnabled：每个layer会出现一个边框，帮助区分layer层级。
  • debugPrintRebuildDirtyWidgets：打印标记为dirty的widgets。
  • debugPrintLayouts：打印标记为dirty的renderObjects。
  • debugPrintBeginFrameBanner/debugPrintEndFrameBanner：打印每帧开始和结束。

实例分析

了解这些工具下面我们来看个简单的demo具体分析下，一个由Column、Container、ListView嵌套的布局，其中有个定时器控制Text中显示的文本实时更新，类似于倒计时。

代码示例：

import 'dart:async';
import 'package:flutter/material.dart';

/// 常规布局
class One extends StatefulWidget {
  @override
  State<StatefulWidget> createState() {
    return _OneState();
  }
}
class _OneState extends State<One> {
  int _count = 0;
  Timer _timer;

  @override
  void initState() {
    super.initState();
    Timer.periodic(Duration(milliseconds: 1000), (t) {
      setState(() {
        _count++;
      });
    });
  }
  @override
  void dispose() {
    if (_timer != null && _timer.isActive) {
      _timer.cancel();
    }
    super.dispose();
  }
  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return MaterialApp(
      home: Scaffold(
        appBar: AppBar(
          title: Text("性能测试1"),
        ),
        body: Column(
          children: <Widget>[
            Container(
              margin: EdgeInsets.fromLTRB(10, 10, 10, 5),
              height: 100,
              color: Colors.amberAccent,
            ),
            Container(
              margin: EdgeInsets.fromLTRB(10, 10, 10, 5),
              height: 100,
              color: Colors.blue,
            ),
            Container(
              height: 100,
              child: ListView.builder(
                  scrollDirection: Axis.horizontal,
                  itemCount: 12,
                  itemBuilder: (context, index) {
                    return Container(
                        width: 70,
                        height: 70,
                        child: Image.asset(
                          "assets/2.png",
                          width: 50,
                          height: 50,
                        ));
                  }),
            ),
            Container(
              height: 100,
              color: Colors.yellow,
              child: Center(
                child: Text(
                  _count.toString(),
                  style: TextStyle(fontSize: 18, fontWeight: FontWeight.bold),
                ),
              ),
            )
          ],
        ),
      ),
    );
  }
}

大部分widget都是静态的，只有黄色Container中包含一个内容一直刷新的Text，这个时候我们打开debugProfileBuildsEnabled，用Timeline分析下它的渲染耗时，可以通过Frame events chart中显示的build层级非常深，结合第一部分渲染原理我们了解到，每次定时器刷新text数字的时候，整个页面widget树都会重新build，但其实只有最底层Container中的Text内容在改变，没有必要刷新整颗树。

所以优化方案是提高build效率，降低Widget tree遍历的出发点，将setState刷新数据尽量下发到底层节点，因此将Text单独抽取成独立的Widget，setState下发到抽取出的Widget内部。优化后的代码：

import 'dart:async';

import 'package:flutter/material.dart';

class Two extends StatefulWidget {
  @override
  State<StatefulWidget> createState() {
    return _TwoState();
  }
}

class CountText extends StatefulWidget {
  @override
  State<StatefulWidget> createState() {
    return _CountTextState();
  }
}

class _CountTextState extends State<CountText> {
  int _count = 0;
  Timer _timer;

  @override
  void initState() {
    super.initState();
    Timer.periodic(Duration(milliseconds: 1000), (t) {
      setState(() {
        _count++;
      });
    });
  }

  @override
  void dispose() {
    if (_timer != null && _timer.isActive) {
      _timer.cancel();
    }
    super.dispose();
  }

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Text(
      _count.toString(),
      style: TextStyle(fontSize: 18, fontWeight: FontWeight.bold),
    );
  }
}

class _TwoState extends State<Two> {
  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return MaterialApp(
      home: Scaffold(
        appBar: AppBar(
          title: Text("性能测试2"),
        ),
        body: Column(
          children: <Widget>[
            Container(
              margin: EdgeInsets.fromLTRB(10, 10, 10, 5),
              height: 100,
              color: Colors.amberAccent,
            ),
            Container(
              margin: EdgeInsets.fromLTRB(10, 10, 10, 5),
              height: 100,
              color: Colors.blue,
            ),
            Container(
              height: 100,
              child: ListView.builder(
                  scrollDirection: Axis.horizontal,
                  itemCount: 12,
                  itemBuilder: (context, index) {
                    return Container(
                        width: 70,
                        height: 70,
                        child: Image.asset(
                          "assets/2.png",
                          width: 50,
                          height: 50,
                        ));
                  }),
            ),
            Container(
              height: 100,
              color: Colors.yellow,
              child: Center(child: CountText()),
            )
          ],
        ),
      ),
    );
  }
}

修改后的Timeline显示build层级明显减少，总耗时也明显降低。进一步优化paint效率，可以使用RepaintBoundary创建单独layer减少重绘区域。例如，将频繁更新的部分用RepaintBoundary包裹：

import 'dart:async';

import 'package:flutter/material.dart';

class Three extends StatefulWidget {
  @override
  State<StatefulWidget> createState() {
    return _ThreeState();
  }
}

class CountText extends StatefulWidget {
  @override
  State<StatefulWidget> createState() {
    return _CountTextState();
  }
}

class _CountTextState extends State<CountText> {
  int _count = 0;
  Timer _timer;

  @override
  void initState() {
    super.initState();
    Timer.periodic(Duration(milliseconds: 1000), (t) {
      setState(() {
        _count++;
      });
    });
  }

  @override
  void dispose() {
    if (_timer != null && _timer.isActive) {
      _timer.cancel();
    }
    super.dispose();
  }

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Text(
      _count.toString(),
      style: TextStyle(fontSize: 18, fontWeight: FontWeight.bold),
    );
  }
}

class _ThreeState extends State<Three> {
  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return MaterialApp(
      home: Scaffold(
        appBar: AppBar(
          title: Text("性能测试3"),
        ),
        body: Column(
          children: <Widget>[
            Container(
              margin: EdgeInsets.fromLTRB(10, 10, 10, 5),
              height: 100,
              color: Colors.amberAccent,
            ),
            Container(
              margin: EdgeInsets.fromLTRB(10, 10, 10, 5),
              height: 100,
              color: Colors.blue,
            ),
            Container(
              height: 100,
              child: ListView.builder(
                  scrollDirection: Axis.horizontal,
                  itemCount: 5,
                  itemBuilder: (context, index) {
                    return Container(
                        width: 70,
                        height: 70,
                        child: Image.asset(
                          "assets/2.png",
                          width: 50,
                          height: 50,
                        ));
                  }),
            ),
            RepaintBoundary(
                child: Column(
                  children: <Widget>[
                    Container(
                      margin: EdgeInsets.fromLTRB(10, 10, 10, 5),
                      height: 100,
                      color: Colors.yellow,
                      child: Center(child: CountText()),
                    ),
                    Container(
                      margin: EdgeInsets.fromLTRB(10, 10, 10, 5),
                      height: 100,
                      color: Colors.cyanAccent,
                    ),
                  ],
                ))
          ],
        ),
      ),
    );
  }
}

这样可以为频繁更新的部分建立单独的layer，减少重绘区域。

总结常见问题

  1. 提高build效率：setState刷新数据尽量下发到底层节点，避免重建整个Widget树。
  2. 提高paint效率：使用RepaintBoundary创建单独layer减少重绘区域。
  3. 减少build中逻辑处理：因为widget在页面刷新的过程中随时会通过build重建，build调用频繁，应该只处理跟UI相关的逻辑。
  4. 减少saveLayer、clipPath的使用：saveLayer（如ShaderMask、ColorFilter、Text Overflow）会在GPU中分配新的绘图缓冲区，切换绘图目标，非常耗时；clipPath会影响每个绘图指令，做相交操作，也是耗时操作。
  5. 减少Opacity Widget使用：尤其是在动画中，因为它会导致widget每一帧都会被重建，可以用AnimatedOpacity或FadeInImage进行代替。

以上内容介绍了Flutter常见的性能问题以及如何用工具检测和优化，在开发过程中要留意规避这类问题。

flutter
0 Answers
Related
FlutterUnit Win版桌面应用开发入门指南
Flutter桌面应用开发完整指南
Flutter桌面开发：Windows应用初体验
Flutter桌面应用开发完整步骤与注意事项
Flutter桌面应用开发完整指南
Flutter插件开发全面指南