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”。

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。

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。

⚠️ 提前声明下，这里和后续的 Provider ，和第三方库 provider 没有关系。

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。

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。

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。

如果对于 InheritedWidget 还有疑问，可以看我掘金：《全面理解State与Provider》

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：

• 嵌套一个顶级 ProviderScope ；
• 创建了一个全局的 StateProvider；
• 使用 ConsumerWidget 的 ref 对创建的 counterProvider 进行 read 从而读取 State ，获取到 int 值进行增加 ；
• 使用另一个 Consumer 的 ref 对创建的 counterProvider 进行 watch ，从而读取到每次改变后的 int 值；

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。

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。

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：

在 RiverPod 里， ProviderScope 最大的作用就是提供一个 ProviderContainer 。

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。

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。

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” 。

⚠️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。

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。

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 。

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。

⚠️ 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。

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:

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） 。

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。

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 。

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。

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。

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 。

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

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。

这里不要把 Flutter 的 Element 和 RiverPod 里的 “ProviderElementBase” 搞混了。

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 。

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。

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。

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 。

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

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：

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。

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<State>。

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:

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：

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。

这就涉及到 Dart 语言的特性，如果有兴趣可以看 ： https://juejin.cn/post/6968369768596242469

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 。

⚠️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。