Jetpack Compose 1.5 发布：全新 Modifier 系统带来性能大幅提升

不久前 Compose 1.5.0 稳定版发布，在组合的性能方面得到明显改善，这主要归功于对 Modifier API 的持续重构。

Modifier 是 Compose 中的重要概念，为 Composition 中的 LayoutNode 配置各种样式信息以用于后续渲染。在 1.3.0 之前的 Modifier 在实现机制上存在性能问题，从 1.3.0 起 Modifier 系统得到重构，通过 Modifier.Node 的引入，性能大幅提升。从 1.3.0 起，既有的 Modifier 操作符逐渐重构到新的架构。

1.3.0 之前的 Modifier

通常，我们会为 Composable 像 modifier = Modifier.xxx 这样添加多个 Modifier 操作符

@Composable
fun Box(
    modifier = Modifier
        .background(..)
        .size(..)
        .clickable(..)
)

操作符内部会通过 composed {} 生成 ComposedModifier 。

以下以 .clickable() 为例：

fun Modifier.clickable(..onClick: () -> Unit): Modifier = composed {
    val onClickState = rememberUpdatedState(onClick)
    val pressedInteraction = remember { mutableStateOf<PressInteraction.Press?>(null) }
    ..

    return this
        ..
        .composed { remember { FocusRequesterModifier() } } 
}

而 ComposedModifier 会通过 Composer.materialize() 进一步展开 Modifier.Element 的链式结构，在 Element 构建过程中（factory 调用），remember { } 将必要的状态作为 LayoutNode 的关联信息存入 Composition

/** 
* Materialize any instance-specific [composed modifiers][composed] for applying to a raw tree node. 
* Call right before setting the returned modifier on an emitted node. 
* You almost certainly do not need to call this function directly. 
*/

@Suppress("ModifierFactoryExtensionFunction")
fun Composer.materialize(modifier: Modifier): Modifier {
     val result = modifier.foldIn<Modifier>(Modifier) { acc, element ->
          acc.then(
              val factory = element.factory as Modifier.(Composer, Int) -> Modifier
              val composedMod = factory(Modifier, this, 0)
              materialize(composedMod)
          )
          ..
     }

     return result
}

composed {} 和 Composer.materialize() 的初衷是可以 Just-In-Time 地为不同 LayoutNode 生成不同的状态。即使是共用同一个 Modifier ，例如下面这样的 case ，虽然共用 m，但是 Content1 的 onClick 带来的水波纹效果不应该影响到 Content2

@Composable
fun App() {
    val m = Modifier
        .padding(10.dp)
        .background(Color.Blue)
        .clickable {...}
    Row {
        Content1(m)
        Content2(m)
    }
}

但是，这样的机制也带来了性能问题。Modifier 现场展开 Modifier.Element 数量远多于表面上看到的操作符数量，这个过程会造成大量内存的开销和更高的 GC 概率。而且 Modifier 的调用处不在 Composable 中，无法智能的跳过重组，每次重组都会执行。

Modifier.Node 的引入

解决上述问题的思路，一是减少 Modifier.Element 的创建数量，二是让 Modifier 的状态也可以参与比较，更智能地重组。 因此，Compose 引入了 Modifier.Node

interface Modifier {
    /**     
    * The longer-lived object that is created for each [Modifier.Element] applied to a     
    * [androidx.compose.ui.layout.Layout]..     
    */
    abstract class Node : DelegatableNode, OwnerScope {
        final override var node: Node = this
        private setinternal var parent: Node? = null
        internal var child: Node? = null
        
        ..
    }
}

新的系统下，每个 Modifier 操作符不会再生成过多的 Modifier.Element，只会生成一一对应的 Modifier.Node

总体来说 Modifier.Node 带来三个好处：

• 更少的分配： 生成的 Element 的数量大大降低，避免了内存抖动和内存占用。

• 更轻量的树：状态存在 Node 上，不再依靠 remember {} 存储，Composition 的节点数也随之减少，树的遍历速度也更快了。

• 更快的重组：Modifier.Node 为重组提供可比较标的物， 非必要不重新生成 Node，重组性能得到提升。

迁移到新的 Modifier 系统

Compose 预置的 Modifier 操作符会逐渐迁移到新系统，对于上层使用没有影响，对于自定义 Modifier 如何向新系统迁移呢？以下以 roundRectangle 举例，这个操作符用来绘制带颜色的圆角矩形

// Draw round rectangle with a custom color
fun Modifier.roundRectangle(
    color: Color
) = composed {
    // when color changed，create and return new RoundRectanleModifier instance
    val modifier = remember(color) {
        RoundRectangleModifier(color = color)
    }
    return modifier
}

// implement DrawModifier 
class RoundRectangleModifier(
    private val color: Color,
): DrawModifier {
    override fun ContentDrawScope.draw() {
        drawRoundRect(
            color = color,
            cornerRadius = CornerRadius(8.dp.toPx(), 8.dp.toPx())
        )
    }
}

调用效果如下：

val color by animateColorAsState(..)

Box(modifier = Modifier..roundRectangleNode(color = color)) { .. }

Step 1 ：定义 Modifier.Node

首先，创建 RoundRectangleModifierNode ，实现自 Modifier.Node,，同之前的 RoundRectangleModifier 签名保持一致即可

@OptIn(ExperimentalComposeUiApi::class)
class RoundRectangleModifierNode(
    var color: Color,
): Modifier.Node()

注意参数 color 用 var 而非 val，理由稍后说明

Step 2：实现 DrawModifierNode

第二步为 Modifier 提供原本的绘画能力，需要添加接口 DrawModifierNode，并像 DrawModifier 一样重写 ContentDrawScope.draw 方法：

class RoundRectangleNodeModifier(
    var color: Color,
): DrawModifierNode, .. {
    override fun ContentDrawScope.draw() {
        drawRoundRect(
            color = color,
            cornerRadius = CornerRadius(8.dp.toPx(), 8.dp.toPx())
        )
    }
}

这个 DrawModifierNode 实现自 DelegatableNode，后者是对 Modifier.Node 的包装，顾名思义起到代理的作用

/** 
* Represents a [Modifier.Node] which can be a delegate of another [Modifier.Node]. Since 
* [Modifier.Node] implements this interface, in practice any [Modifier.Node] can be delegated. 
*/
@ExperimentalComposeUiApi
interface DelegatableNode {
    val node: Modifier.Node
}

interface DrawModifierNode : DelegatableNode {
    fun ContentDrawScope.draw()
    ..
}

类似的代理类还有很多

/** ..
 * @see androidx.compose.ui.node.LayoutModifierNode
 * @see androidx.compose.ui.node.DrawModifierNode
 * @see androidx.compose.ui.node.SemanticsModifierNode
 * @see androidx.compose.ui.node.PointerInputModifierNode
 * @see androidx.compose.ui.node.ParentDataModifierNode
 * @see androidx.compose.ui.node.LayoutAwareModifierNode
 * @see androidx.compose.ui.node.GlobalPositionAwareModifierNode
 * @see androidx.compose.ui.node.IntermediateLayoutModifierNode
 */
 @ExperimentalComposeUiApi
 abstract class Node : DelegatableNode, OwnerScope { .. }

Step 3：创建 ModifierNodeElement

新系统下，Element 生成的数量会大大减少，但并非没有。我们仍然需要创建 Node 数量匹配的 Element，即 ModifierNodeElement 。它需要在重组中参与 Node 比较的。Modifier.roundRectangle 的定义的核心就是使用 modifierElementOf 构建 ModifierNodeElement 。

@OptIn(ExperimentalComposeUiApi::class)
fun Modifier.roundRectangle(
    color: Color
) = this then modifierElementOf(
        params = color,
        create = { RoundRectangleModifierNode(color) },
        update = { currentNode -> currentNode.color = color },
        definitions = ..
    )

这里的几个关键参数比较好懂，简单说明如下：

• param : 标识 Modifier 是否变化的参数 。当该参数发生变化时，将调用 update 回调函数。类似于前面 RoundRectangleModifier 的例子中的 remember 的用途

• create: 用于创建新的 Modifier.Node ，我们可以在此处编写 Modifier.Node 的初始化逻辑。

• update: 用于更新 Modifier.Node 实例。当前的 Modifier.Node 实例将作为参数传递给此回调函数，并返回更新后的 Modifier.Node。在这里，可以重新设置颜色（ 为什么设置成 var ），并在下次绘制时使用更新后的颜色

最新进展 (截止到 2023/08)

众所周知，Compose 库自底向上分为多层，Modifier API 重构也是在自底向上稳步进行，目前 Compose UI 的全部 和 Compose Foundation 中的低级别 Modifier API 都完成了迁移，开始向更多高级 Modifier API 覆盖。1.5.0 中覆盖率进一步扩大，Clickable 这样的常用 API 也完成了迁移，因此才带了明显的性能提升，在某些情况下甚至提高了 80%，预计不久将来 Modifier 完成全部迁移时， Compose 的性能定会上一个新台阶。

参考

• https://www.youtube.com/watch?v=BjGX2RftXsU
• https://goodpatch-tech.hatenablog.com/entry/modifier-node-summary
• https://android-developers.googleblog.com/2023/08/whats-new-in-jetpack-compose-august-23-release.html