Flutter Riverpod 全面深入解析，为什么官方推荐它？

随着 Flutter 的发展，这些年 Flutter 上的状态管理框架如“雨后春笋”般层出不穷，而 「近一年以来最受官方推荐的状态管理框架无疑就是 Riverpod」 ，甚至已经超过了 Provider ，事实上 Riverpod官方也称自己为 “Provider，但与众不同”。

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Provider 本身用它自己的话来说是 “InheritedWidget 的封装，但更简单且复用能力更强。” ，而 Riverpod 就是在 Provider 的基础上重构了新的可能。
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关于过去一年状态管理框架的对比可以看 《2021 年的 Flutter 状态管理：如何选择？》 ， 「本文主要是带你解剖 RiverPod 的内部是如何实现，理解它的工作原理，以及如何做到比 Provider 更少的模板和不依赖 BuildContext 。」

前言

如果说 Riverpod 最明显的特点是什么，那就是外部不依赖 BuildContext (其实就是换了另外一种依赖形态)，因为不依赖 BuildContext ，所以它可以比较简单做到类似如下的效果：

也就是 「Riverpod 中的 Provider 可以随意写成全局，并且不依赖 BuildContext 来编写我们需要的业务逻辑」。

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:warning: 提前声明下，「这里和后续的 Provider ，和第三方库 provider 没有关系」。
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那 Riverpod 具体内部是怎么实现的呢？接下来让我们开始探索 Riverpod 的实现原理。

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Riverpod 的实现相对还是比较复杂，所以还耐心往下看，因为本篇是逐步解析，「所以如果看的过程有些迷惑可以先不必在意，通篇看完再回过来翻阅可能就会更加明朗」。
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从 ProviderScope 开始

在 Flutter 里只要使用了状态管理，就一定避不开 InheritedWidget ， Riverpod 里也一样，「在 Riverpod 都会有一个 ProviderScope， 一般只需要注册一个顶级的 ProviderScope。」

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如果对于 InheritedWidget 还有疑问，可以看我掘金：《全面理解State与Provider》
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先从一个例子开始，如下图所示，是官方的一个简单的例子，可以看到这里：

很简单的例子，「可以看到没有任何 of(context) ， 而全局的 counterProvider 里的数据，就可以通过 ref 进行 read/watch，并且正确地读取和更新。」

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那这是怎么实现的呢？counterProvider 又是如何被注入到 ProviderScope 里面？为什么没有看到 context？带着这些疑问我们继续往下探索。
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首先我们看 ProviderScope ，它是唯一的顶级 InheritedWidget ，所以 counterProvider 必定是被存放在这里：

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在 RiverPod 里， 「ProviderScope 最大的作用就是提供一个 ProviderContainer」 。
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更具体地说，就是通过内部嵌套的 UncontrolledProviderScope 提供，所以到这里我们可以知道：「ProviderScope 可以往下提供状态共享，因为它内部有一个 InheritedWidget ，而主要往下共享的是 ProviderContainer 这个类」。

所以首先可以猜测：「我们定义的各种 Providers， 比如上面的 counterProvider ， 都是被存到 ProviderContainer 中，然后往下共享。」

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事实上官方对于 ProviderContainer 的定义就是：用于保存各种 Providers 的 State ，并且支持 override 一些特殊 Providers 的行为。
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ProviderContainer

这里出现了一个新的类，叫 ProviderContainer ，其实一般情况下使用 RiverPod 你都不需要知道它，「因为你不会直接操作和使用它，但是你使用 RiverPod 的每个行为都会涉及到它的实现」，例如 ：

  • ref.read 会需要它的 Result read<Result> ；
  • ref.watch 会需要它的 ProviderSubscription<State> listen<State> ；
  • ref.refresh 会需要它的 Created refresh<Created>
    就算是各种 Provider 的保存和读取基本也和它有关系，所以它作为一个对各种 Provider 的内部管理的类，实现了 RiverPod 里很关键的一些逻辑。

“Provider” 和 “Element”

那前面我们知道 ProviderScope 往下共享了 ProviderContainer 之后，「Provider 又是怎么工作的呢？为什么 ref.watch/ ref.read 会可以读取到它 Provider 里的值？」

继续前面的代码，这里只是定义了 StateProvider ，并且使用了 ref.watch ，为什么就可以读取到里面的 state 值？

首先 StateProvider 是一个特殊的 Provider ，在它的内部还有一个叫 _NotifierProvider的帮它实现了一层转换，「所以我们先用最基础的 Provider 类作为分析对象」。

基本是各种类似的 Provider 都是 ProviderBase 的子类，所以我们先解析 ProviderBase。

在 RiverPod 内部，「每个 ProviderBase 的子类都会有其对应的 ProviderElementBase 子类实现」 ，例如前面代码使用的 StateProvider 是 ProviderBase 的之类，同样它也有对应的 StateProviderElement 是 ProviderElementBase 的子类；

「所以 RiverPod 里基本是每一个 “Provider” 都会有一个自己的 “Element” 。」

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:warning:「这里的 “Element” 不是 Flutter 概念里三棵树的 Element，它是 RiverPod 里 Ref 对象的子类」。Ref 主要提供 RiverPod 内的 “Provider” 之间交互的接口，并且提供一些抽象的生命周期方法，所以它是 RiverPod 里的独有的 “Element” 单位。
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那 “Provider” 和 “Element” 的作用是什么？

首先，在上面例子里我们**「构建 StateProvider 时传入的 (ref) => 0 ，其实就是 Create<State, StateProviderRef<State>>」** 函数，我们就从这个 Create 函数作为入口来探索。

Create<T, R extends Ref> = T Function(R ref)

RiverPod 里构建 “Provider” 时都会传入一个 Create 函数，而这个函数里一遍我们会写一些需要的业务逻辑，比如 counterProvider 里的 ()=> 0 就是初始化时返回一个 int 为 0 的值，「更重要的是决定了 State 的类型」。

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如果在上面代码的基础上增加了 <int> 就更明显，「事实上前面我们一直在说的 State 就是一个泛型，而我们定义 “Provider” 就需要定义这个泛型 State 的类型，比如这里的 int」 。

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回归到普通 Provider 的调用，「我们传入的 Create 函数，其实就是在 ProviderElementBase 里被调用执行」。

如上图所示，简单来说当 「ProviderElementBase 执行 “setState” 时，就会调用 Create 函数，从而执行获取到我们定义的泛型 State，得到 Result 然后通知并更新 UI」。

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:warning: 这里的 “setState” 也不是 Flutter Framework 里的 setState ，而是 RiverPod 内自己首先的一个 “setState” 函数，和 Flutter 框架里的 State 无关。
❞

所以每个 “Provider” 都会有自己的 “Element” ，而构建 “Provider” 时是传入的 Create 函数会在 “Element” 内通过 setState 调用执行。

「“Element” 里的 setState 主要是通过新的 newState 去得到一个 RiverPod 里的 Result 对象，然后通过 _notifyListeners 去把得到 Result 更新到 watch 的地方。」

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Result 的作用主要是通过 Result.data 、Result.error、 map 和 requireState 等去提供执行结果，一般情况下状态都是通过 requireState 获取，具体在 RiverPod 体现为:

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「我们调用 read() 时，其实最后都调用到 element.readSelf(); ，也就是返回 requireState」 （其实一般也就是我们的泛型 State） 。
❞

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是不是有点乱？

简单点理解就是：构建出 “Provider” 之后， “Element” 里会执行setState(_provider.create(this)); 调用我们传入的 Create 函数，并把 “Element” 自己作为 ref 传入进入，「所以我们使用的 ref 其实就是 ProviderElementBase」。

❝
所以 RiverPod 里的起名是有原因的，这里的 “Provider” 和 “Element” 的关系就很有 Flutter 里 Widget 和 Element 的即视感。
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分步骤来说就是：

  • 构建 Provider 时我们传入了一个 Create 函数；
  • Create 函数会被 ProviderElementBase 内部的 setState 所调用，得到一个 Reuslt；
  • Reuslt 内的 requireState 就可以让我们在使用 read() 的时候，获取到我们定义的 泛型 State 的值。

WidgetRef

前面介绍了那么多，但还是没有说 StateProvider 怎么和 ProviderScope 关联到一起，也就是 “Provider” 怎么和 ProviderContainer 关联到一起，「凭什么 ref.read 就可以读到 State ？」

那么前面代码里，我们用到的 ConsumerWidget 和 Consumer 都是同个东西，「而这个 ref 就是前面我们一直说的 “Element” ，或者说是 ProviderElementBase」 。
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在源码里可以看到， ConsumerWidget 的逻辑主要在 ConsumerStatefulElement， 而ConsumerStatefulElement 继承了 StatefulElement，并实现了 WidgetRef 接口。

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如上代码就可以看到前面很多熟悉的身影了： ProviderScope 、ProviderContainer 、 WidgetRef 。

首先我们看 ProviderScope.containerOf(this) ，终于看到我们熟悉的 BuildContext 有没有，「这个方法其实就是以前我们常用的 of(context) ，但是它被放到了 ConsumerStatefulElement 使用，用于获取 ProviderScope 往下共享的 ProviderContainer」。

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所以我们看到了，ConsumerWidget 里的 ConsumerStatefulElement 获取到了 ProviderContainer ，所以 「ConsumerStatefulElement 可以调用到 ProviderContainer 的 read/watch」 。

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然后回过头来看，ConsumerStatefulElement 实现了 WidgetRef 接口，所以 我们使用的 WidgetRef 就是 ConsumerStatefulElement 本身

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「也就是 ref.read 就是执行 ConsumerStatefulElement 的 read ， 从而执行到 ProviderContainer 的 read。」

所以我们可以总结： 「BuildContext 是 Element ， 然后 Element 又实现了 WidgetRef ，所以此时的 WidgetRef 就是 BuildContext 的替代」 。

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这里不要把 Flutter 的 Element 和 RiverPod 里的 “ProviderElementBase” 搞混了。
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所以 WidgetRef 这个接口成为了 Element 的抽象，替代了 BuildContext ，所以这就是 Riverpod 的“魔法”之一 。

read

所以前面我们已经理清了 ProviderScope 、 Provider 、 ProviderElementBase、 ProviderContainer 、 ConsumerWidget（ConsumerStatefulElement） 和 WidgetRef 等的关系和功能，那最后我们就可以开始理清楚 read 的整个工作链条。

我们理清和知道了 的概念与作用之后，结合 ref.read 来做一个流程分析，那整体就是：

  • ConsumerWidget 会通过内部的 ConsumerStatefulElement 获取到顶层 ProviderScope 内共享的 ProviderContainer ；
  • 当我们通过 ref 调用 read/watch 时，其实就是通过 ConsumerStatefulElement 去调用 ProviderContainer 内的 read 函数；

那最后就是 ProviderContainer 内的 read 函数如何读取到 State？

这就要结合前面我们同样介绍过的 ProviderElementBase ， 事实上 ProviderContainer 在执行 read 函数时会调用 readProviderElement 。

readProviderElement 顾名思义就是通过 Provider 去获取到对应的 Element，例如 ：

ref.read(counterProvider),

一般情况下 read/watch 简单来说就是从 ProviderContainer 里用 proivder 做 key 获取得到 ProviderElementBase 这个 “Element”，「这个过程又有一个新的对象需要简单介绍下，就是：_StateReader」。

readProviderElement 其中一个关键就是获取 _StateReader ，在 ProviderContainer里有一个 _stateReaders 的内部变量，它就是用于缓存 _StateReader 的 Map 。

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所以在 ProviderContainer 内部：

  • 1、首先会根据read 时传入的 provider 构建得到一个 _StateReader；
  • 2、以 provider 为 key ， _StateReader 为 value 存入 _stateReaders 这个 Map，并返回 _StateReader ；
  • 3、通过 _StateReader 的 getElement() 获取或者创建到 ProviderElementBase；

❝
这里的以 ProviderBase 为 Key ， _StateReader 为 value 存入 _stateReaders ，「其实就是把 “provider” 存入到了 ProviderContainer，也就是和 ProviderScope 关联起来，也就是自此 “provider” 和 ProviderScope 就绑定到一起」。
❞

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没用使用到明面上的 BuildContext 和多余的嵌套，就让 Provider 和 ProviderScope 关联起来。另外这里可以看到，「在 ref.read 时，如何通过 provider 构建或者获取到 ProviderElementBase」。

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得到 ProviderElementBase 还记得前面我们介绍 “Provider” 和 “Element” 的部分吗？ProviderElementBase 会调用 setState 来执行我们传入的 Create 函数，得到 Result 返回 State 。

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可以看到，这里获取的 ProviderElementBase 之后 return element.readSelf() ，其实就是返回了 requireState 。

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「自从整个 RiverPod 里最简单的 ref.read 流程就全线贯通了」：

  • ProviderScope 往下共享 ProviderContainer ；

  • ConsumerWidget 内部的 ConsumerStatefulElement 通过 BuildContext 读取到 ProviderContainer， 并且实现 WidgetRef 接口；

  • 通过 WidgetRef 接口的 read(provider) 调用到 ProviderContainer 里的 read；

  • ProviderContainer 通过 read 方法的 provider 创建或者获取得到 ProviderElementBase

  • ProviderElementBase 会执行 provider 里的 Create 函数，来得到 Result 返回 State ；

其他的watch，refresh 流程大同小异，就是一些具体内部实现逻辑更复杂而已，比如刷新时：

❝
通过 ref.refresh 方法， 其实触发的就是 ProviderContainer 的 refresh，然后最终还是会通过 _buildState 去触发 setState(_provider.create(this)) 的执行。
❞

「而从这个流程分析，也看到了 RiverPod 如何不暴露使用 BuildContext 实现全线关联的逻辑」。

额外分析

前面基本介绍完整个调用流程，这里在额外介绍一些常见的调用时如何实现，比如在 Riverpod 里面会看到很多 “Element” ，比如 ProviderElement 、StreamProviderElement 、 FutureProviderElement 等这些 ProviderElementBase 的子类。

我们结果过它们并不是 Flutter 里的 Element ，而是 Riverpod 里的的 State 单位，用于处理 Provider 的状态，比如 「FutureProviderElement 就是在 ProviderElementBase 的基础上提供一个 AsyncValue<State>，主要在 FutureProvider 里使用」。

AsyncValue

在 RiverPod 里正常情况下的 create 方法定义是如下所示：

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而在 FutureProvider 下是多了一个 _listenFuture，这个 Function 执行后的 value 就会是 AsyncValue<State> 的 State 类型。

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从 _listenFuture 的执行上看， 内部会对这个 future() 执行，会先进入 AsyncValue<State>.loading() 之后，根据 Future 的结果返回决定返回AsyncValue<State>.data 或者 AsyncValue<State>.error 。

「所以比如在 read / watch 时，返回的泛型 requireState 其实变成了 AsyncValue」。

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而针对 AsyncValue 官方做了一些 extension ，在 AsyncValueX 上，其中出了获取 AsyncData 的data \ asData 和 T value 之外，最主要提供了起那么所说的不同状态的构建方法，比如 when 方法：

autoDispose & family

在 Riverpod 里应该还很常见一个叫 autoDispose 和 family 的静态变量，几乎每个 Provider都有，又是用来干什么的呢？

举个例子，前面代码里我们有个 FutureProvider， 我们用到了里的 autoDispose：

「其实 FutureProvider.autoDispose 主要就是 AutoDisposeFutureProvider ，以此类推基本每个 Provider 都有自己的 autoDispose 实现，family 也是同理」。

如果说正常的 Provider 是继承了 AlwaysAliveProviderBase，那 AutoDisposeProvider 就是继承于 AutoDisposeProviderBase :

从名字可以看出来：

  • AlwaysAliveProviderBase 是一只活跃的；
  • AutoDisposeProviderBase 自然就是不 listened 的时候就销毁；
    也就是内部 _listeners 、_subscribers、_dependents 都是空的时候，当然它还有另外一个 maintainState 的控制状态，默认它就是 false 的时候，就可以执行销毁。

❝
「简单理解就是用“完即焚烧” 。」
❞

比如前面我们介绍调用 read 的时候，都会调用 mayNeedDispose 去尝试销毁:

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❝
销毁也就是调用 element.dispose()和从 _stateReaders 这个 map 里移除等等。
❞

同样的 family 对应是 ProviderFamily，它的作用是：「使用额外的参数构建 provider ，也即是增加一个参数」。

例如默认是把 ：

final tagThemeProvider  = Provider<TagTheme>

可以变成

final tagThemeProvider2  = Provider.family<TagTheme, Color>

然后你就可以使用额外的参数，在 read/watch 的时候 ：

final questionsCountProvider = Provider.autoDispose((ref) {
  return ref
      .watch(tagThemeProvider2(Colors.red));
});

之所以可以实现这个功能，就要看它的实现 ProviderFamily ，对比一般 Provider 默认的 create ，ProviderFamily 的是：

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可以看到 create 的是新的一个 Provider，「也就是 family 下其实是 Provider 嵌套 Provider」。

所以从上面的例子出发，以前我们是通过 ref.watch(tagThemeProvider);就可以了，因为我们的 tagThemeProvider 的直接就是 ``ProviderBase。

但是如果使用 ref.watch(tagThemeProvider2); 就会看到错误提示

The argument type 'ProviderFamily<TagTheme, Color>' can't be assigned to the parameter type 'ProviderListenable<dynamic>'.

是的，因为这里是 Provider 嵌套 Provider ，我们先得到是的 ProviderFamily<TagTheme, Color> ，所以我们需要改为 ref.watch(tagThemeProvider2(Colors.red)); 。

「通过 tagThemeProvider2(Colors.red) 执行一次变为我们需要的 ProviderBase」。

那 tagThemeProvider2 这个 ProviderFamily 为什么是这样执行？ ProviderFamily 明明没有这样的构造函数。

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❝
这就涉及到 Dart 语言的特性，如果有兴趣可以看 ：Dart 里的类型系统 - 掘金
❞
首先这里拿到的是一个 ProviderFamily<TagTheme, Color> ，在 Dart 中所有函数类型都是 Function 的子类型，所以函数都固有地具有 call 方法。

我们执行 tagThemeProvider2(Colors.red) 其实就是执行了 ProviderFamily 得 call方法，从而执行了 create 方法，得到 FamilyProvider<State> ，FamilyProvider 也就是 ProviderBase 的子类 。

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❝
:warning:注意这里有点容易看错的地方，「一个是 ProviderFamily ， 一个是 FamilyProvider」， 我们从 ProviderFamily 里面得到了 FamilyProvider， 作为 ProviderBase 给 ref.watch 。
❞

最后

很久没有写这么长的源码分析了，不知不觉就写到了半夜凌晨，其实相对来说，整个 Riverpod 更加复杂，所以阅读起来也更加麻烦，但是使用起来反而会相对更便捷，特别是**「没有了 BuildContext 的限制，但是同时也是带来了 ConsumerWidget 的依赖，所有利弊只能看你自己的需求，但是整体 Riverpod 肯定是一个优秀的框架，值得一试。」**

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    shuyu1991 发布于 声网开发者社区
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