flutter mixin探秘

本文是根據(jù)flutter v1.9.1版本分析編寫。依賴的dart版本是V2.5.0

本文分為兩個部分，第一部分介紹mixin的使用，第二部分是with的實現(xiàn)原理。

一、mixin的用法

在最近看flutter SDK中的源碼時對其中復(fù)雜的mixin和on搞的糊里糊涂的，所以就去詳細了解了mixin的用法。
在了解如何使用mixin之前，先簡單介紹下mixin，下面是官方的解釋：

Mixins are a way of reusing a class’s code in multiple class hierarchies.

mixin提供了一種在復(fù)雜類層次結(jié)構(gòu)中復(fù)用代碼的方法。
我們知道，F(xiàn)lutter使用的Dart語言是一種面向?qū)ο笳Z言，在面向?qū)ο笾锌梢詮?fù)用代碼的方式有繼承和組合兩種常用的方式，那么mixin本質(zhì)是繼承還是組合還是它們的變體或者其它新穎的實現(xiàn)方式呢？這里賣個關(guān)子，我們繼續(xù)看下去。
下面首先介紹和mixin使用相關(guān)的一些dart保留字。

1.1 保留字介紹

• mixin：
  mixin用來聲明一個“類”，其中除了不能聲明構(gòu)造函數(shù)，其它和一個普通類沒有區(qū)別。

mixin mixinM {
 //error
 mixinM();

 int i;

 void test() {}
}

• with：
  使用with關(guān)鍵字，后跟一個或多個mixin或者普通類。
  ps：本文分析時，with后面可以跟mixin或者類（類中不能有構(gòu)造方法），但在官方更新計劃文檔中，會在后續(xù)版本中把mixin和class進一步隔離開來，with后面不能在后面聲明類，為了減少后續(xù)代碼的適配成本，大家開發(fā)時多加注意（不過適配成本并不大）

class ClassDemo with mixinM {
  String name;

  ClassDemo();

  void testClass() {}
}

• on的解釋
  要指定只有某些特定類型可以使用mixin，使用on來指定所需的超類或者mixin，可以讓你編寫的mixin可以調(diào)用它未定義的方法，并且可以使用super像繼承一樣調(diào)用父類方法。
  如下面代碼所示，詳細看代碼注釋。

mixin mixinA {
  testA() {}
}

mixin mixinM on mixinA {
  
  int fieldM;

  void test() {
    testA();//調(diào)用mixinA的testA方法
  }
}
//要使用mixinM，必須要繼承mixinM on的類或者with mixinM on的mixin/類
class ClassDemo with mixinA, mixinM {
  String name;

  ClassDemo();

  void testClass() {
     test();// 使用mixinM的test方法
  }
}

1.2 使用詳解

在上面我們介紹了mixin使用中所用到的一些保留字，并在一些簡單的代碼中看到了mixin作為一種代碼邏輯復(fù)用的方式的使用。我們看到mixin和普通繼承的使用非常像，我們定義一個mixin，在要使用的地方對其進行with，就可以使用mixin中聲明的方法或者變量，那么他具體和繼承有什么區(qū)別呢？
首先，當(dāng)你的類去with一個mixin/類時，他并不影響你再去繼承一個其它的類，如下：
class A extends T with B, C {}
其次在上面我們也說了，mixin本身是個打了引號的類，他不能聲明構(gòu)造方法，說明官方不希望我們編寫初始化它的代碼，我們不能通過初始化獲得它的引用，并通過引用在其他的地方調(diào)用它的方法；要使用它我們只能通過with的方式，把他混入到某個類上。
這個是因為如果這樣使用是不安全的，上面我們說到，mixin中可以調(diào)用在其本身未聲明的方法，可以通過on的方式帶來來了一種擴展mixin本身能力的方式，但是前提是我們混入的類需要繼承或者with mixin上on的類型，當(dāng)我們直接引用而不是通過with的方式，這種調(diào)用可以能會使用到未聲明的方法，產(chǎn)生運行安全問題;
二是因為因為在底層的實現(xiàn)上不允許這樣的使用，文章第二部分會分析到。
上面可以看到，with后面是可以添加多個mixin類型的，那么它是一種“多繼承”么？我們看下面這個例子。

mixin A {
  test() {
    print('A');
  }
}
mixin B {
  test() {
    print('B');
  }
}

class C {
  test() {
    print('C');
  }
}

class D extends C with A, B {}

class E extends C with B, A {}

void main() {
  D d = D();
  d.test();

  E e = E();
  e.test();
}

上面的main方法最終print的是什么呢？
BA
這是什么情況呢，好像我們第一印象中應(yīng)該是“CC”才是，這個with帶來的效果好像是“遠者近也”，什么意思呢？我們知道在繼承中，在類的層次結(jié)構(gòu)中方法的父類方法調(diào)用實際上調(diào)用的誰離類本身父類層級中最近的類中的方法，但是with相反，難道它顛覆了面向?qū)ο笾欣^承的實現(xiàn)么，起碼表象看來如此，但是實際如此么？
這個mixin到底是什么的變種呢？其實還是離不開繼承與實現(xiàn)，mixin本身以及with和on的底層實現(xiàn)都是通過繼承以及實現(xiàn)接口的方式實現(xiàn)的，那么這種“遠者近也”是怎么產(chǎn)生的呢，在本文下面第二個部分“脫糖”中我們詳細描述。

二、mixin的脫糖

承接上文，我們知道了mixin的使用，但是對于其中的一些具體細節(jié)還是有一些疑惑，接下來我們會具體介紹其底層原理，也即mixin的脫糖過程。
在flutter的編譯過程中，dart代碼在編譯過程中會會被先編譯成dill文件，分析這個dill文件我們發(fā)現(xiàn)了mixin以及with脫糖后的字節(jié)碼，下面我們一一介紹。

2.1 mixin“類”

在編譯產(chǎn)物中，我們發(fā)現(xiàn)程序中mixin代碼會做如下的轉(zhuǎn)化：
源碼：

mixin B {
  testB() {}
}
mixin C {
  testC() {}
}
mixin D {
  testD() {}
}
mixin A on B, C, D {
  testA() {
    testB();
    testC();
    testD();
  }
}

轉(zhuǎn)化后：

abstract class B extends Object {
  abstract testB() {}
}

abstract class C extends Object {
  abstract testC() {}
}

abstract class D extends Object {
  abstract testD() {}
}
//mixin A轉(zhuǎn)化
abstract class _A&B&C extends Object implements B, C{}
abstract class _A&B&C&D extends Object implements _A&B&C ,D {}
abstract class A extends _A&B&C&D {
  abstract testA() {
    testB();
    testC();
    testD();
  }
}

從上面的轉(zhuǎn)化過程中我們就知道了為什么當(dāng)on后面限定了類型，在使用mixin時需要繼承或者實現(xiàn)on后面的類型,它們都被當(dāng)作接口implements。mixin上省略的on子句等效于on Object。
mixin會被轉(zhuǎn)化為抽象類，其on的類型會被以普通接口的方式實現(xiàn)，但是為了字節(jié)碼的大小問題，我們用抽象類，可以不用實現(xiàn)on的類型中的方法，這也說明了上面我們說為什么我們不能直接使用mixin，它沒有構(gòu)造方法的問題，因為它的底層實現(xiàn)是不允許的，mixin只有被混入到普通類上，才能建立完整的類結(jié)構(gòu)，下面我們就說下混入到的普通類上的mixin形成的混合類是如何脫糖的，以及怎樣建立完整的可使用的類結(jié)構(gòu)的。

2.2 混合類

上面是mixin的脫糖后的代碼，那么混入mixin的普通類會被轉(zhuǎn)化為什么樣的代碼呢？
源碼：

mixin B {
  testB() {}
}
mixin C {
  testC() {}
}

mixin A on B, C {
  testA() {
    testB();
    testC();
  }
}

class E {}

class F extends E with B, C, A {
    testF(){}
}

脫糖后：

//類F轉(zhuǎn)化后的代碼，上面的同上省略了
abstract class _F&E&B extends E implements B{
    testB() {}
}
abstract class _F&E&B&C extends _F&E&B implements C{
    restC() {}
}
abstract class _F&E&B&C&A extends _F&E&B&C implements A{
    testA() {
        testB();
        testC();
    }
}
class F extends _F&E&B&C&A {
    testF(){}
}

從上面我們可以看到，dart把我們的繼承以及with形成的混合類給捋直了，還是倒著捋的，這也回答了上面的例子的問題，“遠者近也”確實只是表象內(nèi)容，其內(nèi)在的實現(xiàn)還是繼承和實現(xiàn)那一套。
只是為什么是倒著來的呢，為了保證mixin“類”代碼調(diào)用不屬于它的擴展的代碼，也即on的類型的代碼，我么需要把on的對象放到類層級上層（也包括extends的對象），那么即使with是正的順序，和extends的順序就會分割開來，導(dǎo)致with是正的，但是extends在前，但實際在類層級結(jié)構(gòu)中的上面，就會帶來更多的歧義，所以還不如統(tǒng)一倒著來。
從上面也可以看到，在脫糖過程中為了捋順代碼層級結(jié)構(gòu)，會增加許多私有的抽象類，它們主要負責(zé)連接mixin，以及承擔(dān)在implements中方法的實現(xiàn)，其實就是方法拷貝。
在我閱讀sdk中使用的一些復(fù)雜的mixin使用，它的易讀性非常差，因為他本質(zhì)是繼承，所以mixin中可以重寫on 后面的類或者mixin中方法，也可以通過super調(diào)用on中被重寫的方法，這進一步增難了代碼的閱讀以及理解；并且在使用mixin時，形成的繼承結(jié)構(gòu)導(dǎo)致，with的對象要按照mixin本身在后，其on的類/mixin在前的順序排列，其實也增加了維護和迭代的成本。我本身覺得其確實在編寫簡單的邏輯上上可以減少代碼的編寫，比接口好用，比繼承有更多的功能，但這都是犧牲了，比如上面提到的一些東西的。
所以我編寫這篇文章，希望能幫助你在使用以及在閱讀別人的mixin代碼時，更加輕松，對其真正的實現(xiàn)也有個整體了解。