ListView流畅度翻倍！Flutter卡顿分析和优化方案

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最近因为在做Flutter中相关的性能优化，在收集很多性能数据之后发现ListView组件在一些场景下（例如加载更多）容易引起页面卡顿，看到了闲鱼的Flutter 高性能、多功能的全场景滚动容器。但奈何该组件没有开源，因此准备从文章给出的思路尝试研究和开发一个高性能的ListView。这个系列预计会分为4-5篇文章，前两篇主要对现有问题研究和分析，后三篇实际的进行开发。

原理篇：

1、Widget、Element、Render树究竟是如何形成的？

2、ListView的构建过程与性能问题分析

实战篇：

1、Flutter如何设计一个高性能，多功能的ListView组件

2、ListView性能问题与优化方案

3、开源！！！！

ps: 组件目前已基本完成基本功能和性能上的优化，即将开源，关注点赞不要错过最新信息！！

上一期我们分析了ListView组件的功能设计，这一期我们着重从性能方向分析ListView卡顿的根本原因和优化方案。

一、ListView存在性能问题么？

日常业务开发中，我们会在多种场景下使用ListView组件。使用它可以快速完成一个列表页面，或者去适配一些小屏的设备。那么使用原生的ListView组件会存在性能上的问题么？答案是肯定的，在实际的业务场景中，我就遇到了这样一个页面（UI不长这样）

这是一个竖向的列表，其中每一行的item是三个 TextField。如图中 Performance OverLay 显示一般，profile 模式下这个页面在我的 Vivo X23(骁龙 660)上出现了严重的卡顿。

二、为什么出现了卡顿?

基本原理

我们知道，对于滑动列表的这个过程，其实是由一个个的画面组成，术语称为帧。对于大部分人而言，当每秒的画面达到60，也就是俗称60FPS的时候，整个过程就是流畅的。而不及60FPS的时候，就会产生卡顿的感觉。

一秒 60 帧，也就意味着平均两帧之间的间隔为 16.7ms。如果超过 16.7ms，在观感上就会出现卡顿。通过系统提供的 DevToools 工具可以查看到，上面的例子中出现卡顿时一帧的耗时高达 130ms。

系统为了绘制一帧需要经历哪些阶段？

为什么一帧的耗时会超过16.7ms？为了搞清楚这个问题我们需要知道，Flutter为了绘制一帧会做些什么？

其实我们只需要在任意Flutter工程中，搜索drawFrame() 便可以得到答案。

这个方法上英文注释写得非常详细，推荐大家去看看。一共有10步骤，其中，与开发者关系比较密切的有下面几步。

动画->构建->布局->绘制->合成

发生卡顿的原因

结合DevTools的分析图，我们可以看出。在上面130ms的构建的主要耗时集中在Layout中调用的build方法

根据上面提到帧绘制的流程，我们可以看到，build了之后layout，这里为什么layout中又进行了build？

对于ListView里面的每一个item，并不会在build阶段全部进行构建。而是在layout阶段，根据屏幕当前的尺寸以及缓存区的范围，动态的构建每一个item，过程如图（图片来自upYang）

所以上面的分析图中，layout主要是ListView进行布局，而其中的build是每一个child节点。其实仔细一点看，每一个build下面的结构基本都是KeyedSubTree、AutomaticKeepAlive、KeepAlive等，这是ListView在构建时，为每一个item包裹的，详细原理在Flutter增强列表-ListView性能问题分析有提到。

所以引起卡顿的原因非常明显主要由于，在某一帧内，ListView构建多个复杂的item。例如分析图中，在Layout阶段同时build了多个item，一个item的构建耗时已经接近10ms，同时构建自然超过了16ms。

三、哪些场景下容易出现卡顿？

既然我们知道了引起ListView的卡顿原因，那么卡顿主要会发生在什么时候？结合我自身的测试发现，主要在下面三个阶段。

• 1、首次进入，列表构建时

当我们打开一个ListView构建的页面时，由于这时ListView中没有任何一个item，所以会进行多次的构建，上面例子的130ms就是如此。

• 2、快速滑动，一帧内构建多个item

当我们在快速滑动的过程中，因为滑动范围比较大，同样可能引起多个item的构建。

• 3、setState进行加载更多

第三个场景是在一些分页列表上，我们往往在数据请求完成后进行setState()更新列表，最终会调用到ListView对应Element的performRebuild()中

其中的_childElements是缓存的item节点（即当前屏幕上以及缓存区的所有item），这里会对每一个item进行update。同时，由于有了更多子节点（item数量增加），所以还会去构建新的item，同样容易引起卡顿。

三、如何优化ListView卡顿？

优化思路

1、分帧上屏

卡顿的本质原因是在一帧内，模块的运行时间过长，这不光是ListView的问题，所有有复杂元素的页面都一样。那么我们有没有一种通用的方案解决这个问题？其实答案很简单，我们可以从两条路去思考：第一种 优化模块时间（例如安卓上的布局优化等） 这个需要我们具体问题具体分析，因为导致模块卡顿的原因是多样的，有可能是Widget太复杂，没有合适的局部刷新，或者 UI isolate进行了大量计算等。第二条思路是在不优化模块的情况下，对时间进行分片，提升流畅度 也就是俗称的分帧运行，一张图了解原理：

假设，我们屏幕能显示4个item，每个item构建耗时是10ms。在现有的ListView布局过程中，会在第一帧的时候，同时构建这四个item，总共40ms。

采用分帧之后，在页面的第一帧我们先通过构建简单的占位item，占位的item可以是个简单的Container。由于其构建基本不耗时，在第一帧的时候构建四个Container不会导致卡顿。 之后将实际的四个item，分别延迟到后面四帧进行渲染。这样对于每个16.7ms而言，都没有发生超时渲染，整个流程不会发生卡顿。

这样分帧上屏之后，会影响用户体验么？看看大厂怎么说：

在体验方面，前面讲列表控件结构时已知有一个不可见的 Cache 区域，所以分帧上屏大部分是在这个不可见区域完成的，为此在高端机或正常滑动情况下用户并无感知。而在低端机上快速滑动能明显看到卡片空白情况，但整体相比严重顿挫体感要好。

结合我这段时间的测试，这个方案确实对于高端机（测试机：一加7Pro）几乎没有影响（和实现方案有关），在中低端机优化明显，使用过程几乎不会出现卡顿。

2、LoadMore增量更新

上面我们提到了，item的构建是由ListView的layout驱动，所以如果是增量更新的情况，我们只要修改itemCount之后，标记ListView进行layout即可。闲鱼在文中提到了这个在layout之前需要做Widget缓存的更新，但是实际上在1.22之后，因为这个缓存几乎没有任何优化作用，官方已经去掉了这个Widget缓存，所以这个过程变得更加简单。

3、Element复用？

闲鱼在一文中还提到了一点：element的复用。这个优化点在和lwlizhe交流之后，我个人认为可能效果没那么明显。因为如果从Native的角度出发以ViewHolder为例，他的复用本质是对于同类型的item减少创建view和解析xml的时间，其中有个关键的方法：onBindViewHolder将数据绑定到View上。

但是对于Flutter而言，即使item的类型相同，对于不同数据的item而言，并没有一个数据绑定Widget的方法。所以仅仅只能做建立一个缓存池来保存element，创建的时候优先从缓存获取。但这样问题就来了，其实官方本来就有一个cacheExtent缓存区的设计，缓存在cacheExtent内的的Element。个人认为没多大必要额外在做一个缓存。最简单的，将cacheExtent设置大一点就行。

实现方案

有了基本思路如何来实现这个功能？主要和大家聊聊分帧上屏的实现。

分帧上屏简单来说就是占位和实际Widget的替换，但关键点在于如何分帧?。

这里借助条件分帧任务队列实现，其原理如图所示。

首先，为了不影响系统本身的渲染过程，任务会被添加到当前isolate的队列中，这样在系统执行完渲染等事务之后开始调度任务。但是任务并非立刻执行，而是需要满足一定的条件，参考系统的做法，有一个权重值的枚举，我们为每个任务定义一个权重值，当满足对应的条件才可执行。

例如，如果我们的任务权重是Priority.idle时，这样的任务只会在完全空闲时刻执行（与定义的调度策略有关）。如果此时屏幕上有一个不间断的动画，那么整个task队列就会被阻塞。

其中的任务很简单，就是将占位Widget和实际的child进行替换，不过这里可玩性挺高。

最简单的方式就就是直接替换，为了突出加载过程，我将占位和实际的item改成了对比强烈的颜色，实际使用的时候，可以根据item的样式设置接近的占位Widget，效果更佳。

这样看起来有点生硬，我们可以给他加个透明度的变化~

或者来个从左向右的滑动入场~

OHHHHHHHHHHH

其实可以看出整个过程，慢速滑动时，由于预加载，是看不到Widget的切换过程。而快速滑动过程中虽然偶尔出现一帧超时渲染，但是其峰值比以前低了接近一半，而且整体fps稳定了很多，滑动过程中并没有出现明显的顿感。

不过因为添加了很多动画，可能会导致部分UI卡顿~ HAHAHAHHA

四、非列表的卡顿解决

对于由构建类导致的卡顿，我们同样可以将复杂的一帧分解到多帧中优化卡顿，来个栗子康康：

复杂的页面肯定由复杂的元素组成组成，这里我们column下放了多个row，每个row中放入多个复杂的Widget。这样的例子中，我们可以对每一个row模块嵌套我们的分帧Widget，让每个row进行分帧渲染，实际优化效果如下图：

这是对于页面的横向优化，同样的可以通过这样的方式对复杂的Widget进行纵向优化，这里就不举例了~

五、目前profile模式下，性能优化数据：

首次进入 列表构建性能提升90%

快速滑动 几乎没有出现卡顿

加载更多性能提升80%

内存上的对比

ListView快速滑动

BKListView快速滑动

我也给大家分享一下这些都是我现在闲暇还会反复翻阅的精品资料。里面对近几年的大厂面试高频知识点都有详细的讲解。相信可以有效的帮助大家掌握知识、理解原理。

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作者：Nayuta
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来源：掘金