控件UI性能调优 -- SizeChanged不是万能的

简介

我们在之前的“UWP控件开发——用NuGet包装自己的控件“一文中曾提到XAML的布局系统 和平时使用上的一些问题（重写Measure/Arrange还是使用SizeChanged？），这篇博文就来为大家简单地描述一下XAML布局系统的行为，并且归纳几个规则。当然真正的XAML布局系统十分复杂，本文无意把情况弄得太复杂，就从一个最简单最直观的例子入手，来为大家提供一点理解XAML布局的新思路。

问题描述

假设我们有一个Templated Control，其XAML描述如下：

<Style TargetType="local:CustomControl1">
    <Setter Property="Template">
        <Setter.Value>
            <ControlTemplate TargetType="local:CustomControl1">
                <Border x:Name="OuterBorder"
                    BorderBrush="Yellow"
                    BorderThickness="20">
                    <Border x:Name="InnerBorder"
                                BorderThickness="20"
                                BorderBrush="Red" />
                </Border>
            </ControlTemplate>
        </Setter.Value>
    </Setter>
</Style>

两个Border嵌套，边宽20。我们的目的就是通过代码来改变InnerBorder的大小。比如长宽都变成OuterBorder的一半大。

首次尝试

我们很容易就写出了这样的代码：

public sealed class CustomControl1 : Control
{
    public CustomControl1() {...}

    private Border _border;
    private Border _inner;
    protected override void OnApplyTemplate()
    {
        base.OnApplyTemplate();

        _border = GetTemplateChild("OuterBorder") as Border;
        _inner = GetTemplateChild("InnerBorder") as Border;
        if (_border != null && _inner != null)
        {
            _border.SizeChanged += (s, e) => {
                _inner.Width = _border.ActualWidth / 2;
                _inner.Height = _border.ActualHeight / 2;
            };
        }
    }
}

works perfectly。这一实现很好地达到了我们的需求。（而且对于这样的简单的情况设计器还是能够正常处理的）

对SizeChanged的概述

但是这却隐藏着问题。首先，SizeChanged事件是由一轮Measure/Arrange完成后触发的。

XAML的核心布局流程，是从根元素 即页面开始，递归向下。第一次挨个调用Measure，提供能用的大小，并确定每个子项所希望的空间大小；再来一次挨个调用Arrange，提供能用大小，按实际情况给子项分配空间（不一定能满足它们的需要）和确定位置。本例的过程中就涉及到OuterBorder和InnerBorder，它们以此能根据Border类布局规则确定自己的大小，即刨去BorderThickness。

这之后，OuterBorder和InnerBorder的实际大小就确定了。如果和上次布局的结果不一样，OuterBorder就会触发SizeChanged事件（是Chang*ed*哦），改变InnerBorder的设定大小。因为设定大小变化了，会引发新一轮递归Measure和Arrange。这一次之后，OuterBorder的大小不变，InnerBorder的大小变成OuterBorder的一半。之后没有事件和布局再被触发，大家相安无事。

但实际上，布局进行了两轮。如果Visual Tree很大的话，后果可想而知。

修改后的过程

那么，根据我们刚才介绍的过程，从Measure出发，实现如下（去掉SizeChanged的事件绑定并override MeasureOvrride方法）：

public sealed class CustomControl1 : Control
{
    public CustomControl1() {...}

    private Border _border;
    private Border _inner;
    protected override void OnApplyTemplate()
    {
        base.OnApplyTemplate();

        _border = GetTemplateChild("Border") as Border;
        _inner = GetTemplateChild("InnerBorder") as Border;
    }

    protected override Size MeasureOverride(Size availableSize)
    {
        // availableSize就是OuterBorder的大小
        if (_inner != null)
        {
            _inner.Width = availableSize.Width / 2;
            _inner.Height = availableSize.Height / 2;
        }

        return base.MeasureOverride(availableSize);
    }
}

设定大小后再进入真正的measure环节，一次性搞定布局。原因就在于我们在布局开始之前就搞定了Size信息，而不是在布局结束后再把它辛辛苦苦计算出来的Size踩在地上并让它重来一遍。在我们设定的需求看来，甚至无需插手Arrange流程。

当然，这免不了地要自己计算Size，可能需要手动减去BorderThickness的大小，甚至还可能要自行调用一次Measure。复杂的具体情况需要具体分析。

性能对比

通过调试工具，我们来对比一下两种方法的实际性能：

SizeChanged	MeasureOverride

在两种实现下，分别大力地快速拖动窗口大小。。。

其中柱形图是一段时间内UI线程的响应情况，占最大比重的橙色是布局行为。下面的扇形图是选中差不多的时间段内，布局消耗的占比情况。

可见通过提供Measure策略的方式，即使是这样简单的设定，性能提升也还看得出来。

如果我们发扬奥卡姆剃刀的精神，不要自己写这陌生的MeasureOverride，用Grid来做如何？

<Grid>
    <Grid.ColumnDefinitions>
        <ColumnDefinition Width="*"/>
        <ColumnDefinition Width="2*"/>
        <ColumnDefinition Width="*"/>
    </Grid.ColumnDefinitions>
    <Grid.RowDefinitions>
        <RowDefinition Height="*"/>
        <RowDefinition Height="2*"/>
        <RowDefinition Height="*"/>
    </Grid.RowDefinitions>
    <Border x:Name="Border"
            BorderBrush="Yellow"
            BorderThickness="20"
            Grid.RowSpan="3" Grid.ColumnSpan="3"/>
    <Border x:Name="InnerBorder"
            BorderThickness="20"
            BorderBrush="Red" 
            Grid.Column="1" Grid.Row="1"/>
</Grid>

OnApplyTemplate和MeasureOverride都可以不要了，整个code behind十分清爽。行为看起来差不多，那么性能呢？

想必Grid作为标准控件，优化得应该很好了，但它本身就有一点复杂，和MesureOverride的实现在性能上有一点点差距。但毕竟我们这样简单的例子对于Grid太不公平了，对于更为复杂的情况，还是要使用Grid的。

总结

说了这么多，主要是表现一下不必要的布局对于性能的影响，以及对于这样的简单情况如何替代原有实现。

对于布局有影响的操作大致有：

• 改变大小：设置Width、Height、MaxHeight（如果影响到ActualHeight），或者修改Margin、Thickness等
• 改变内容：设置Content、ContentTemplate、DataTemplate、TextBox.Text等
• 改变某些属性：如Visible、Orientation、Image.Stretch等
• 手动调用布局方法：InvalidateMeasure、UpdateLayout等

如果调用了这些属性方法，就需要顾虑一下是否会造成不必要的布局了，特别是在SizeChanged这样的由布局触发的事件里。当然这也是一般论，如果控件本来就隐藏了，或者Template改变了原有外型，这些内容也自然随之变化。

P.S. RenderTransform是不造成重新布局的。

另外，就本文的例子来说，并不是要大家都把SizeChanged改写成MeasureOverride。

MeasureOverride给了一个好处，就是第一时间获知高层布局的相关信息，也就能赶在布局前最后设置一次属性；SizeChanged能给出复杂布局计算后的最新尺寸，如果自己来计算的话没有意义。总之还是要因地制宜。

虽然本文的例子十分简单，可能没有多少实际意义，不过希望通过它介绍的流程，能为大家的开发提供一点新的思路。

参考

[1] 开源的WPF中的Border.MeasureOverride实现：http://referencesource.microsoft.com/#PresentationFramework/src/Framework/System/Windows/Controls/Border.cs,00c166b0e025bc8d

[2] WPF中的Grid.MeasureOverride实现：http://referencesource.microsoft.com/#PresentationFramework/src/Framework/System/Windows/Controls/Grid.cs,f9ce1d6be154348a

[3] SizeChanged事件参考：https://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/apps/windows.ui.xaml.frameworkelement.sizechanged