在移动应用开发中，调用设备原生功能（如相机、相册、定位等）是提升用户体验的关键。Flutter 提供了丰富的第三方插件，让我们可以轻松实现这些功能。

动画是提升用户体验的关键因素，能够使应用界面更加生动、直观，增强用户交互感。Flutter 提供了强大的动画系统，支持各种复杂的动画效果实现。

在移动应用开发中，本地存储是一项关键功能，用于保存用户偏好设置、离线数据、登录状态等信息。Flutter 提供了多种本地存储方案，适用于不同的场景需求。本节课将介绍 Flutter 中常用的本地存储方式，包括轻量级的键值对存储和更复杂的数据库存储，并通过实例展示其实际应用。

一、本地存储概述

本地存储在移动应用中具有重要作用，主要应用场景包括：

• 保存用户登录状态，避免重复登录
• 存储应用配置和用户偏好设置
• 缓存网络请求数据，实现离线功能
• 存储结构化数据，如聊天记录、任务列表等

Flutter 中常用的本地存储方案有：

1. shared_preferences：轻量级键值对存储，适用于简单数据
2. sqflite：SQLite 数据库封装，适用于结构化数据
3. hive：高性能 NoSQL 数据库，纯 Dart 实现
4. flutter_secure_storage：安全存储，适用于敏感信息如令牌

本节课重点介绍前两种最常用的存储方案。

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二、轻量级存储：shared_preferences

shared_preferences 是 Flutter 社区提供的一个插件，用于存储简单的键值对数据。它在 iOS 上使用 NSUserDefaults，在 Android 上使用 SharedPreferences，提供了跨平台的一致 API。

1. 安装与配置

在 pubspec.yaml 中添加依赖：

dependencies:
  flutter:
    sdk: flutter
  shared_preferences: ^2.5.3  # 使用最新版本

运行 flutter pub get 安装依赖。

2. 基本使用方法

shared_preferences 支持存储的数据类型包括：String、int、double、bool 和 List<String>。

基本操作步骤：

1. 获取 SharedPreferences 实例
2. 使用相应的方法进行数据读写
3. 无需手动关闭实例

import 'package:shared_preferences/shared_preferences.dart';

// 保存数据
Future<void> saveData() async {
  // 获取实例
  final prefs = await SharedPreferences.getInstance();

  // 存储不同类型的数据
  await prefs.setString('username', 'john_doe');
  await prefs.setInt('age', 30);
  await prefs.setDouble('height', 1.75);
  await prefs.setBool('isPremium', false);
  await prefs.setStringList('hobbies', ['reading', 'sports', 'coding']);
}

// 读取数据
Future<void> readData() async {
  final prefs = await SharedPreferences.getInstance();

  // 读取数据，提供默认值
  String username = prefs.getString('username') ?? 'Guest';
  int age = prefs.getInt('age') ?? 0;
  double height = prefs.getDouble('height') ?? 0.0;
  bool isPremium = prefs.getBool('isPremium') ?? false;
  List<String> hobbies = prefs.getStringList('hobbies') ?? [];

  print('Username: $username');
  print('Age: $age');
  print('Height: $height');
  print('Is Premium: $isPremium');
  print('Hobbies: $hobbies');
}

// 更新数据
Future<void> updateData() async {
  final prefs = await SharedPreferences.getInstance();
  // 更新已存在的键的值
  await prefs.setInt('age', 31);
  await prefs.setBool('isPremium', true);
}

// 删除数据
Future<void> deleteData() async {
  final prefs = await SharedPreferences.getInstance();
  // 删除指定键
  await prefs.remove('height');

  // 清除所有数据
  // await prefs.clear();
}

3. shared_preferences 封装

为了简化使用并避免重复代码，可以封装一个工具类：

import 'package:shared_preferences/shared_preferences.dart';

class PrefsService {
  // 单例模式
  static final PrefsService _instance = PrefsService._internal();
  factory PrefsService() => _instance;
  PrefsService._internal();

  late SharedPreferences _prefs;

  // 初始化
  Future<void> init() async {
    _prefs = await SharedPreferences.getInstance();
  }

  // 存储方法
  Future<void> setString(String key, String value) async {
    await _prefs.setString(key, value);
  }

  Future<void> setInt(String key, int value) async {
    await _prefs.setInt(key, value);
  }

  Future<void> setDouble(String key, double value) async {
    await _prefs.setDouble(key, value);
  }

  Future<void> setBool(String key, bool value) async {
    await _prefs.setBool(key, value);
  }

  Future<void> setStringList(String key, List<String> value) async {
    await _prefs.setStringList(key, value);
  }

  // 读取方法
  String getString(String key, {String defaultValue = ''}) {
    return _prefs.getString(key) ?? defaultValue;
  }

  int getInt(String key, {int defaultValue = 0}) {
    return _prefs.getInt(key) ?? defaultValue;
  }

  double getDouble(String key, {double defaultValue = 0.0}) {
    return _prefs.getDouble(key) ?? defaultValue;
  }

  bool getBool(String key, {bool defaultValue = false}) {
    return _prefs.getBool(key) ?? defaultValue;
  }

  List<String> getStringList(String key, {List<String> defaultValue = const []}) {
    return _prefs.getStringList(key) ?? defaultValue;
  }

  // 删除方法
  Future<void> remove(String key) async {
    await _prefs.remove(key);
  }

  Future<void> clear() async {
    await _prefs.clear();
  }

  // 检查键是否存在
  bool containsKey(String key) {
    return _prefs.containsKey(key);
  }
}

使用封装类：

// 初始化（通常在 app 启动时）
await PrefsService().init();

// 存储数据
await PrefsService().setString('username', 'jane_smith');
await PrefsService().setInt('score', 100);

// 读取数据
String username = PrefsService().getString('username');
int score = PrefsService().getInt('score');

4. shared_preferences 适用场景与局限性

适用场景：

• 存储用户偏好设置（如主题模式、语言选择）
• 保存简单的用户状态（如登录状态标记）
• 存储少量的配置信息

局限性：

• 不适合存储大量数据
• 不支持复杂数据结构
• 数据存储在明文文件中，不适合存储敏感信息
• 没有查询功能，只能通过键获取值

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三、数据库存储：sqflite 基础

对于需要存储大量结构化数据的场景，sqflite 是更好的选择。sqflite 是 Flutter 中 SQLite 数据库的封装，提供了完整的 SQL 操作能力。

1. 安装与配置

在 pubspec.yaml 中添加依赖：

dependencies:
  flutter:
    sdk: flutter
  sqflite: ^2.4.2  # SQLite 数据库
  path: ^1.9.1     # 用于处理文件路径

运行 flutter pub get 安装依赖。

2. 数据库基本操作

SQLite 数据库操作主要包括：创建数据库和表、插入数据、查询数据、更新数据和删除数据。

创建数据库和表

import 'package:sqflite/sqflite.dart';
import 'package:path/path.dart';

class DatabaseHelper {
  // 数据库名称
  static const _databaseName = "MyDatabase.db";
  // 数据库版本
  static const _databaseVersion = 1;

  // 表名
  static const table = 'notes';

  // 列名
  static const columnId = '_id';
  static const columnTitle = 'title';
  static const columnContent = 'content';
  static const columnCreatedAt = 'created_at';

  // 单例模式
  DatabaseHelper._privateConstructor();
  static final DatabaseHelper instance = DatabaseHelper._privateConstructor();

  // 数据库实例
  static Database? _database;
  Future<Database> get database async {
    if (_database != null) return _database!;
    _database = await _initDatabase();
    return _database!;
  }

  // 初始化数据库
  _initDatabase() async {
    String path = join(await getDatabasesPath(), _databaseName);
    return await openDatabase(path,
        version: _databaseVersion,
        onCreate: _onCreate);
  }

  // 创建表
  Future _onCreate(Database db, int version) async {
    await db.execute('''
          CREATE TABLE $table (
            $columnId INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,
            $columnTitle TEXT NOT NULL,
            $columnContent TEXT,
            $columnCreatedAt TEXT NOT NULL
          )
          ''');
  }
}

插入数据

// 插入数据
Future<int> insertNote(Map<String, dynamic> note) async {
  Database db = await DatabaseHelper.instance.database;
  // 插入数据并返回新记录的 ID
  return await db.insert(DatabaseHelper.table, note);
}

// 使用示例
void addNote() async {
  Map<String, dynamic> newNote = {
    DatabaseHelper.columnTitle: 'First Note',
    DatabaseHelper.columnContent: 'This is my first note',
    DatabaseHelper.columnCreatedAt: DateTime.now().toIso8601String()
  };

  int id = await insertNote(newNote);
  print('Inserted note with id: $id');
}

查询数据

// 查询所有数据
Future<List<Map<String, dynamic>>> queryAllNotes() async {
  Database db = await DatabaseHelper.instance.database;
  return await db.query(DatabaseHelper.table);
}

// 根据 ID 查询
Future<List<Map<String, dynamic>>> queryNote(int id) async {
  Database db = await DatabaseHelper.instance.database;
  return await db.query(DatabaseHelper.table,
      where: '${DatabaseHelper.columnId} = ?',
      whereArgs: [id]);
}

// 使用示例
void getNotes() async {
  List<Map<String, dynamic>> notes = await queryAllNotes();
  print('All notes: $notes');

  if (notes.isNotEmpty) {
    List<Map<String, dynamic>> singleNote = await queryNote(notes[0][DatabaseHelper.columnId]);
    print('First note: $singleNote');
  }
}

更新数据

// 更新数据
Future<int> updateNote(Map<String, dynamic> note) async {
  Database db = await DatabaseHelper.instance.database;
  int id = note[DatabaseHelper.columnId];
  // 返回受影响的行数
  return await db.update(DatabaseHelper.table, note,
      where: '${DatabaseHelper.columnId} = ?',
      whereArgs: [id]);
}

// 使用示例
void modifyNote(int noteId) async {
  Map<String, dynamic> updatedNote = {
    DatabaseHelper.columnId: noteId,
    DatabaseHelper.columnTitle: 'Updated Note',
    DatabaseHelper.columnContent: 'This note has been updated',
    DatabaseHelper.columnCreatedAt: DateTime.now().toIso8601String()
  };

  int rowsAffected = await updateNote(updatedNote);
  print('Updated $rowsAffected rows');
}

删除数据

// 删除数据
Future<int> deleteNote(int id) async {
  Database db = await DatabaseHelper.instance.database;
  // 返回受影响的行数
  return await db.delete(DatabaseHelper.table,
      where: '${DatabaseHelper.columnId} = ?',
      whereArgs: [id]);
}

// 使用示例
void removeNote(int noteId) async {
  int rowsDeleted = await deleteNote(noteId);
  print('Deleted $rowsDeleted rows');
}

3. 数据库版本迁移

当应用升级需要修改数据库结构时，需要进行数据库迁移：

// 在 DatabaseHelper 类中修改 _initDatabase 方法
_initDatabase() async {
  String path = join(await getDatabasesPath(), _databaseName);
  return await openDatabase(
    path,
    version: _databaseVersion,
    onCreate: _onCreate,
    onUpgrade: _onUpgrade, // 添加升级回调
    onDowngrade: onDatabaseDowngradeDelete, // 降级时删除数据库
  );
}

// 数据库升级
Future _onUpgrade(Database db, int oldVersion, int newVersion) async {
  if (oldVersion < 2) {
    // 版本 2 新增了一个 'category' 列
    await db.execute('''
      ALTER TABLE ${DatabaseHelper.table} 
      ADD COLUMN category TEXT
    ''');
  }
  if (oldVersion < 3) {
    // 版本 3 新增了一个 'priority' 列
    await db.execute('''
      ALTER TABLE ${DatabaseHelper.table} 
      ADD COLUMN priority INTEGER DEFAULT 0
    ''');
  }
}

4. 模型类与数据库操作封装

为了更好地管理数据，通常会创建模型类并封装数据库操作：

// 笔记模型类
class Note {
  final int? id;
  final String title;
  final String? content;
  final String createdAt;
  final String? category;
  final int priority;

  Note({
    this.id,
    required this.title,
    this.content,
    required this.createdAt,
    this.category,
    this.priority = 0,
  });

  // 从 Map 转换为 Note 对象
  factory Note.fromMap(Map<String, dynamic> map) {
    return Note(
      id: map[DatabaseHelper.columnId],
      title: map[DatabaseHelper.columnTitle],
      content: map[DatabaseHelper.columnContent],
      createdAt: map[DatabaseHelper.columnCreatedAt],
      category: map['category'],
      priority: map['priority'] ?? 0,
    );
  }

  // 转换为 Map
  Map<String, dynamic> toMap() {
    return {
      DatabaseHelper.columnId: id,
      DatabaseHelper.columnTitle: title,
      DatabaseHelper.columnContent: content,
      DatabaseHelper.columnCreatedAt: createdAt,
      'category': category,
      'priority': priority,
    };
  }
}

// 封装数据库操作
class NoteService {
  // 插入笔记
  Future<int> insertNote(Note note) async {
    Database db = await DatabaseHelper.instance.database;
    return await db.insert(DatabaseHelper.table, note.toMap());
  }

  // 获取所有笔记
  Future<List<Note>> getAllNotes() async {
    Database db = await DatabaseHelper.instance.database;
    List<Map<String, dynamic>> maps = await db.query(DatabaseHelper.table);
    return List.generate(maps.length, (i) => Note.fromMap(maps[i]));
  }

  // 根据 ID 获取笔记
  Future<Note?> getNoteById(int id) async {
    Database db = await DatabaseHelper.instance.database;
    List<Map<String, dynamic>> maps = await db.query(
      DatabaseHelper.table,
      where: '${DatabaseHelper.columnId} = ?',
      whereArgs: [id],
    );
    if (maps.isNotEmpty) {
      return Note.fromMap(maps.first);
    }
    return null;
  }

  // 更新笔记
  Future<int> updateNote(Note note) async {
    Database db = await DatabaseHelper.instance.database;
    return await db.update(
      DatabaseHelper.table,
      note.toMap(),
      where: '${DatabaseHelper.columnId} = ?',
      whereArgs: [note.id],
    );
  }

  // 删除笔记
  Future<int> deleteNote(int id) async {
    Database db = await DatabaseHelper.instance.database;
    return await db.delete(
      DatabaseHelper.table,
      where: '${DatabaseHelper.columnId} = ?',
      whereArgs: [id],
    );
  }

  // 按类别查询笔记
  Future<List<Note>> getNotesByCategory(String category) async {
    Database db = await DatabaseHelper.instance.database;
    List<Map<String, dynamic>> maps = await db.query(
      DatabaseHelper.table,
      where: 'category = ?',
      whereArgs: [category],
    );
    return List.generate(maps.length, (i) => Note.fromMap(maps[i]));
  }

  // 按优先级排序查询
  Future<List<Note>> getNotesSortedByPriority() async {
    Database db = await DatabaseHelper.instance.database;
    List<Map<String, dynamic>> maps = await db.query(
      DatabaseHelper.table,
      orderBy: 'priority DESC',
    );
    return List.generate(maps.length, (i) => Note.fromMap(maps[i]));
  }
}

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四、实例：保存用户登录状态

下面实现一个保存用户登录状态的功能，使用 shared_preferences 存储登录信息：

import 'package:shared_preferences/shared_preferences.dart';

class AuthService {
  static const _tokenKey = 'auth_token';
  static const _userIdKey = 'user_id';
  static const _usernameKey = 'username';

  // 保存登录状态
  Future<void> saveLoginState({
    required String token,
    required String userId,
    required String username,
  }) async {
    final prefs = await SharedPreferences.getInstance();
    await prefs.setString(_tokenKey, token);
    await prefs.setString(_userIdKey, userId);
    await prefs.setString(_usernameKey, username);
  }

  // 获取当前登录用户信息
  Future<Map<String, String>?> getCurrentUser() async {
    final prefs = await SharedPreferences.getInstance();
    final token = prefs.getString(_tokenKey);
    final userId = prefs.getString(_userIdKey);
    final username = prefs.getString(_usernameKey);

    if (token != null && userId != null && username != null) {
      return {
        'token': token,
        'userId': userId,
        'username': username,
      };
    }
    return null;
  }

  // 检查是否已登录
  Future<bool> isLoggedIn() async {
    final user = await getCurrentUser();
    return user != null;
  }

  // 登出，清除登录状态
  Future<void> logout() async {
    final prefs = await SharedPreferences.getInstance();
    await prefs.remove(_tokenKey);
    await prefs.remove(_userIdKey);
    await prefs.remove(_usernameKey);
  }

  // 获取认证令牌
  Future<String?> getAuthToken() async {
    final prefs = await SharedPreferences.getInstance();
    return prefs.getString(_tokenKey);
  }
}

在应用启动时检查登录状态：

void main() async {
  WidgetsFlutterBinding.ensureInitialized();
  
  // 检查登录状态
  AuthService authService = AuthService();
  bool isLoggedIn = await authService.isLoggedIn();
  
  runApp(MyApp(isLoggedIn: isLoggedIn));
}

class MyApp extends StatelessWidget {
  final bool isLoggedIn;

  const MyApp({super.key, required this.isLoggedIn});

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return MaterialApp(
      title: 'Local Storage Demo',
      home: isLoggedIn ? const HomeScreen() : const LoginScreen(),
    );
  }
}

登录页面实现：

class LoginScreen extends StatefulWidget {
  const LoginScreen({super.key});

  @override
  State<LoginScreen> createState() => _LoginScreenState();
}

class _LoginScreenState extends State<LoginScreen> {
  final _usernameController = TextEditingController();
  final _passwordController = TextEditingController();
  final _authService = AuthService();
  bool _isLoading = false;

  Future<void> _login(BuildContext context) async {
    setState(() {
      _isLoading = true;
    });

    // 模拟 API 登录请求
    await Future.delayed(const Duration(seconds: 2));

    // 实际应用中应该验证用户名和密码
    if (_usernameController.text.isNotEmpty &&
        _passwordController.text.isNotEmpty) {
      // 保存登录状态
      await _authService.saveLoginState(
        token: 'fake_auth_token_123456',
        userId: 'user_123',
        username: _usernameController.text,
      );

      // 导航到主页
      if (mounted) {
        Navigator.pushReplacement(
          context,
          MaterialPageRoute(builder: (context) => const HomeScreen()),
        );
      }
    } else {
      if (mounted) {
        ScaffoldMessenger.of(context).showSnackBar(
          const SnackBar(content: Text('Please enter username and password')),
        );
      }
    }

    setState(() {
      _isLoading = false;
    });
  }

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Scaffold(
      appBar: AppBar(title: const Text('Login')),
      body: Padding(
        padding: const EdgeInsets.all(16.0),
        child: Column(
          children: [
            TextField(
              controller: _usernameController,
              decoration: const InputDecoration(labelText: 'Username'),
            ),
            TextField(
              controller: _passwordController,
              decoration: const InputDecoration(labelText: 'Password'),
              obscureText: true,
            ),
            const SizedBox(height: 20),
            _isLoading
                ? const CircularProgressIndicator()
                : ElevatedButton(
                    onPressed: () => _login(context),
                    child: const Text('Login'),
                  ),
          ],
        ),
      ),
    );
  }
}

主页实现：

class HomeScreen extends StatefulWidget {
  const HomeScreen({super.key});

  @override
  State<HomeScreen> createState() => _HomeScreenState();
}

class _HomeScreenState extends State<HomeScreen> {
  final _authService = AuthService();
  String? _username;

  @override
  void initState() {
    super.initState();
    _loadUserInfo();
  }

  Future<void> _loadUserInfo() async {
    final user = await _authService.getCurrentUser();
    setState(() {
      _username = user?['username'];
    });
  }

  Future<void> _logout(BuildContext context) async {
    await _authService.logout();
    if (mounted) {
      Navigator.pushReplacement(
        context,
        MaterialPageRoute(builder: (context) => const LoginScreen()),
      );
    }
  }

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Scaffold(
      appBar: AppBar(
        title: const Text('Home'),
        actions: [
          IconButton(
            icon: const Icon(Icons.logout),
            onPressed: () => _logout(context),
          ),
        ],
      ),
      body: Center(
        child: _username != null
            ? Text('Welcome, $_username! You are logged in.')
            : const Text('Loading user info...'),
      ),
    );
  }
}

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五、实例：离线数据缓存

使用 sqflite 实现网络数据的本地缓存，实现离线查看功能：

// 新闻模型类
class Article {
  final String id;
  final String title;
  final String? description;
  final String url;
  final String? urlToImage;
  final String publishedAt;
  final String? content;

  Article({
    required this.id,
    required this.title,
    this.description,
    required this.url,
    this.urlToImage,
    required this.publishedAt,
    this.content,
  });

  // 从 Map 转换
  factory Article.fromMap(Map<String, dynamic> map) {
    return Article(
      id: map['id'],
      title: map['title'],
      description: map['description'],
      url: map['url'],
      urlToImage: map['urlToImage'],
      publishedAt: map['publishedAt'],
      content: map['content'],
    );
  }

  // 转换为 Map
  Map<String, dynamic> toMap() {
    return {
      'id': id,
      'title': title,
      'description': description,
      'url': url,
      'urlToImage': urlToImage,
      'publishedAt': publishedAt,
      'content': content,
      'cachedAt': DateTime.now().toIso8601String(), // 缓存时间
    };
  }
}

// 新闻数据库帮助类
class NewsDatabaseHelper {
  static const _databaseName = "NewsDatabase.db";
  static const _databaseVersion = 1;
  static const table = 'articles';

  NewsDatabaseHelper._privateConstructor();
  static final NewsDatabaseHelper instance =
      NewsDatabaseHelper._privateConstructor();

  static Database? _database;
  Future<Database> get database async {
    if (_database != null) return _database!;
    _database = await _initDatabase();
    return _database!;
  }

  _initDatabase() async {
    String path = join(await getDatabasesPath(), _databaseName);
    return await openDatabase(
      path,
      version: _databaseVersion,
      onCreate: _onCreate,
    );
  }

  Future _onCreate(Database db, int version) async {
    await db.execute('''
          CREATE TABLE $table (
            id TEXT PRIMARY KEY,
            title TEXT NOT NULL,
            description TEXT,
            url TEXT NOT NULL,
            urlToImage TEXT,
            publishedAt TEXT NOT NULL,
            content TEXT,
            cachedAt TEXT NOT NULL
          )
          ''');
  }

  // 批量插入或更新文章
  Future<void> batchInsertOrUpdateArticles(List<Article> articles) async {
    Database db = await instance.database;
    Batch batch = db.batch();

    for (var article in articles) {
      batch.insert(
        table,
        article.toMap(),
        conflictAlgorithm: ConflictAlgorithm.replace, // 存在则替换
      );
    }

    await batch.commit();
  }

  // 获取所有缓存文章
  Future<List<Article>> getCachedArticles() async {
    Database db = await instance.database;
    List<Map<String, dynamic>> maps = await db.query(
      table,
      orderBy: 'publishedAt DESC',
    );
    return List.generate(maps.length, (i) => Article.fromMap(maps[i]));
  }

  // 获取单篇文章
  Future<Article?> getArticleById(String id) async {
    Database db = await instance.database;
    List<Map<String, dynamic>> maps = await db.query(
      table,
      where: 'id = ?',
      whereArgs: [id],
    );
    if (maps.isNotEmpty) {
      return Article.fromMap(maps.first);
    }
    return null;
  }

  // 清除过期缓存（例如超过7天的）
  Future<void> clearExpiredCache() async {
    Database db = await instance.database;
    final sevenDaysAgo = DateTime.now()
        .subtract(const Duration(days: 7))
        .toIso8601String();
    await db.delete(table, where: 'cachedAt < ?', whereArgs: [sevenDaysAgo]);
  }

  // 清除所有缓存
  Future<void> clearAllCache() async {
    Database db = await instance.database;
    await db.delete(table);
  }
}

新闻仓库类，整合网络请求和本地缓存：

import 'package:dio/dio.dart';

class NewsRepository {
  final Dio _dio = Dio();
  final NewsDatabaseHelper _dbHelper = NewsDatabaseHelper.instance;
  final String _apiKey = 'your_news_api_key';

  // 获取头条新闻，优先从网络获取，失败则使用缓存
  Future<List<Article>> getTopHeadlines({bool forceRefresh = false}) async {
    try {
      // 如果不是强制刷新，先检查缓存
      if (!forceRefresh) {
        final cachedArticles = await _dbHelper.getCachedArticles();
        if (cachedArticles.isNotEmpty) {
          return cachedArticles;
        }
      }

      // 网络请求
      Response response = await _dio.get(
        'https://newsapi.org/v2/top-headlines',
        queryParameters: {
          'country': 'us',
          'apiKey': _apiKey,
        },
      );

      // 解析数据
      List<Article> articles = (response.data['articles'] as List)
          .map((item) => Article(
        id: item['url'], // 使用 url 作为唯一标识
        title: item['title'],
        description: item['description'],
        url: item['url'],
        urlToImage: item['urlToImage'],
        publishedAt: item['publishedAt'],
        content: item['content'],
      ))
          .toList();

      // 缓存到本地数据库
      await _dbHelper.batchInsertOrUpdateArticles(articles);

      // 清除过期缓存
      await _dbHelper.clearExpiredCache();

      return articles;
    } catch (e) {
      // 网络请求失败，尝试返回缓存
      final cachedArticles = await _dbHelper.getCachedArticles();
      if (cachedArticles.isNotEmpty) {
        return cachedArticles;
      }
      // 没有缓存，抛出错误
      throw Exception('Failed to fetch news and no cache available');
    }
  }
}

---

六、其他存储方案简介

1. flutter_secure_storage

用于存储敏感信息，如令牌、密码等，数据会被加密存储：

dependencies:
  flutter_secure_storage: ^9.2.4

使用示例：

import 'package:flutter_secure_storage/flutter_secure_storage.dart';

final storage = FlutterSecureStorage();

// 存储敏感数据
await storage.write(key: 'auth_token', value: 'sensitive_token_123');

// 读取数据
String? token = await storage.read(key: 'auth_token');

// 删除数据
await storage.delete(key: 'auth_token');

2. Hive

Hive 是一个高性能、轻量级的 NoSQL 数据库，纯 Dart 实现，速度快且易于使用：

dependencies:
  hive: ^2.2.3
  hive_flutter: ^1.1.0

使用示例：

// 初始化
await Hive.initFlutter();
Hive.registerAdapter(NoteAdapter()); // 注册适配器
await Hive.openBox<Note>('notes');

// 获取盒子
var box = Hive.box<Note>('notes');

// 添加数据
var note = Note(id: 1, title: 'Hive Demo', content: 'Hello Hive');
await box.put(note.id, note);

// 获取数据
Note? savedNote = box.get(1);

// 查询所有数据
List<Note> allNotes = box.values.toList();

// 更新数据
note.title = 'Updated Title';
await box.put(note.id, note);

// 删除数据
await box.delete(1);

---

七、本地存储最佳实践

1. 选择合适的存储方案：
   • 简单键值对数据使用 shared_preferences
   • 敏感信息使用 flutter_secure_storage
   • 结构化数据使用 sqflite 或 hive
2. 数据分层管理：
   • 封装存储操作，与业务逻辑分离
   • 使用仓库模式（Repository Pattern）整合网络和本地存储
3. 性能优化：
   • 批量操作数据库，减少 IO 次数
   • 及时清理过期缓存，避免存储空间过大
   • 数据库操作放在后台线程，避免阻塞 UI
4. 错误处理：
   • 对所有存储操作添加异常捕获
   • 网络请求失败时，提供使用缓存数据的降级策略
5. 数据迁移：
   • 规划好数据库版本，做好升级迁移方案
   • 重大更新时考虑数据备份和恢复机制
6. 安全考虑：
   • 敏感数据必须加密存储
   • 避免存储不必要的用户隐私数据

在 Flutter 应用开发中，随着应用规模的扩大，组件之间的状态共享和通信会变得越来越复杂。当多个组件需要访问和修改同一状态时，传统的通过构造函数传递参数的方式会导致代码冗余、耦合度高且难以维护。本节课将介绍 Flutter 中常用的状态管理方案 ——Provider，它基于 InheritedWidget 实现，能够简洁高效地解决跨组件状态共享问题。

一、为什么需要状态管理

在 Flutter 中，所有 UI 都是由 Widget 构成的，而 Widget 是不可变的，状态（State）则是 Widget 中可以变化的数据。当应用简单时，我们可以通过 setState() 管理单个组件的状态，但当状态需要在多个组件之间共享时，就会面临以下问题：

1. 跨组件通信困难：深层嵌套的子组件需要访问父组件的状态时，必须通过层层传递参数，形成 "prop drilling" 问题
2. 状态同步复杂：多个组件依赖同一状态时，手动同步状态会导致代码逻辑混乱
3. 代码可维护性差：状态分散在各个组件中，修改和调试变得困难
4. 性能问题：不合理的状态管理会导致不必要的组件重建，影响应用性能

举个例子，一个电商应用中的购物车状态可能需要在商品列表、购物车页面、结算页面等多个地方访问和修改。如果使用传统方式，需要在各个页面之间传递购物车数据，当购物车发生变化时，还要手动通知所有相关页面更新，这显然是低效且容易出错的。

状态管理方案正是为了解决这些问题而诞生的，Provider 是其中最简单易用且官方推荐的方案之一。

---

二、Provider 基本概念与核心类

Provider 是基于 Flutter 原生 InheritedWidget 实现的状态管理库，它的核心思想是将共享状态抽离到一个独立的类中，然后通过一个 Provider 组件在 Widget 树中提供这个状态，最后在需要使用该状态的子组件中进行消费。

1. 核心类介绍

• ChangeNotifier：一个实现了观察者模式的类，当状态发生变化时，调用 notifyListeners() 方法通知所有监听者更新
• ChangeNotifierProvider：一个 Widget，用于在 Widget 树中提供 ChangeNotifier 实例，使其子树中的 Widget 可以访问该实例
• Consumer：用于在子 Widget 中获取并监听 ChangeNotifier 实例，当状态变化时会重建自身
• Provider.of：另一种获取 ChangeNotifier 实例的方法，可以选择是否监听状态变化

2. 安装 Provider

在使用 Provider 之前，需要在 pubspec.yaml 中添加依赖：

dependencies:
  flutter:
    sdk: flutter
  provider: ^6.1.5  # 请使用最新版本

然后运行 flutter pub get 安装依赖。

---

三、Provider 基本使用流程

使用 Provider 管理状态通常遵循以下步骤：

1. 创建一个继承自 ChangeNotifier 的状态类，封装需要共享的状态和修改状态的方法
2. 使用 ChangeNotifierProvider 在 Widget 树的适当位置提供该状态实例
3. 在需要使用状态的子 Widget 中，通过 Consumer 或 Provider.of 获取状态并使用

下面通过一个简单的计数器示例来演示基本用法：

1. 创建状态类

import 'package:flutter/foundation.dart';

// 继承 ChangeNotifier
class Counter with ChangeNotifier {
  int _count = 0;

  // 提供获取状态的方法
  int get count => _count;

  // 提供修改状态的方法
  void increment() {
    _count++;
    // 通知所有监听者
    notifyListeners();
  }

  void decrement() {
    _count--;
    notifyListeners();
  }

  void reset() {
    _count = 0;
    notifyListeners();
  }
}

2. 提供状态

在 Widget 树中使用 ChangeNotifierProvider 提供状态，通常放在应用的根部：

import 'package:provider/provider.dart';

void main() {
  runApp(
    // 提供 Counter 实例
    ChangeNotifierProvider(
      create: (context) => Counter(),
      child: const MyApp(),
    ),
  );
}

class MyApp extends StatelessWidget {
  const MyApp({super.key});

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return MaterialApp(
      title: 'Provider Demo',
      home: const CounterPage(),
    );
  }
}

3. 消费状态

在子 Widget 中通过 Consumer 或 Provider.of 获取并使用状态：

使用 Consumer

import 'package:provider/provider.dart';

class CounterPage extends StatelessWidget {
  const CounterPage({super.key});

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Scaffold(
      appBar: AppBar(title: const Text('Counter Demo')),
      body: Center(
        // 使用 Consumer 获取 Counter 实例
        child: Consumer<Counter>(
          builder: (context, counter, child) {
            // builder 方法会在状态变化时重建
            return Text(
              'Current count: ${counter.count}',
              style: const TextStyle(fontSize: 24),
            );
          },
        ),
      ),
      floatingActionButton: Row(
        mainAxisAlignment: MainAxisAlignment.end,
        children: [
          FloatingActionButton(
            onPressed: () {
              // 使用 Provider.of 获取实例（不监听变化）
              Provider.of<Counter>(context, listen: false).decrement();
            },
            child: const Icon(Icons.remove),
          ),
          const SizedBox(width: 10),
          FloatingActionButton(
            onPressed: () {
              Provider.of<Counter>(context, listen: false).increment();
            },
            child: const Icon(Icons.add),
          ),
        ],
      ),
    );
  }
}

Consumer 性能优化

Consumer 的 child 参数可以用于优化性能，避免不必要的重建：

Consumer<Counter>(
  builder: (context, counter, child) {
    return Column(
      mainAxisAlignment: MainAxisAlignment.center,
      children: [
        // 这个 Text 会在状态变化时重建
        Text('Count: ${counter.count}'),
        // 这个子组件不会重建，因为它被提取到了 child 参数中
        child!,
      ],
    );
  },
  // 这个子组件只会构建一次
  child: const Text('This is a static text'),
)

使用 Provider.of

Provider.of<T>(context) 会获取最近的 T 类型的 Provider，并在状态变化时重建当前 Widget：

// 监听状态变化，状态变化时会重建当前 Widget
final counter = Provider.of<Counter>(context);

// 不监听状态变化，通常用于修改状态的场景
final counter = Provider.of<Counter>(context, listen: false);

使用示例：

class CounterDisplay extends StatelessWidget {
  const CounterDisplay({super.key});

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    // 获取 Counter 实例并监听变化
    final counter = Provider.of<Counter>(context);

    return Text(
      'Count: ${counter.count}',
      style: const TextStyle(fontSize: 24),
    );
  }
}

class CounterActions extends StatelessWidget {
  const CounterActions({super.key});

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return FloatingActionButton(
      onPressed: () {
        // 获取 Counter 实例但不监听变化
        Provider.of<Counter>(context, listen: false).increment();
      },
      child: const Icon(Icons.add),
    );
  }
}

---

四、多个状态管理

当应用中有多个独立的状态需要管理时，可以使用 MultiProvider 来组织多个 Provider：

void main() {
  runApp(
    MultiProvider(
      providers: [
        ChangeNotifierProvider(create: (context) => Counter()),
        ChangeNotifierProvider(create: (context) => ThemeProvider()),
        ChangeNotifierProvider(create: (context) => UserProvider()),
      ],
      child: const MyApp(),
    ),
  );
}

这样，在子组件中可以分别获取不同的状态：

// 获取计数器状态
final counter = Provider.of<Counter>(context);

// 获取主题状态
final themeProvider = Provider.of<ThemeProvider>(context);

---

五、实例：用 Provider 管理购物车状态

下面通过一个完整的购物车示例，展示如何使用 Provider 管理复杂状态：

1. 定义数据模型

// 商品模型
class Product {
  final String id;
  final String name;
  final double price;
  final String imageUrl;

  Product({
    required this.id,
    required this.name,
    required this.price,
    required this.imageUrl,
  });
}

// 购物车项模型
class CartItem {
  final String id;
  final String productId;
  final String name;
  final int quantity;
  final double price;

  CartItem({
    required this.id,
    required this.productId,
    required this.name,
    required this.quantity,
    required this.price,
  });

  // 计算小计
  double get totalPrice => price * quantity;
}

2. 创建购物车状态管理类

import 'package:flutter/foundation.dart';
import 'dart:collection';

class Cart with ChangeNotifier {
  // 存储购物车项，键为商品ID
  final Map<String, CartItem> _items = {};

  // 提供不可修改的购物车项视图
  UnmodifiableMapView<String, CartItem> get items => UnmodifiableMapView(_items);

  // 获取购物车项数量
  int get itemCount => _items.length;

  // 计算购物车总价
  double get totalAmount {
    var total = 0.0;
    _items.forEach((key, cartItem) {
      total += cartItem.price * cartItem.quantity;
    });
    return total;
  }

  // 添加商品到购物车
  void addItem(Product product) {
    if (_items.containsKey(product.id)) {
      // 如果商品已在购物车中，增加数量
      _items.update(
        product.id,
            (existingItem) => CartItem(
          id: existingItem.id,
          productId: existingItem.productId,
          name: existingItem.name,
          quantity: existingItem.quantity + 1,
          price: existingItem.price,
        ),
      );
    } else {
      // 如果商品不在购物车中，添加新项
      _items.putIfAbsent(
        product.id,
            () => CartItem(
          id: DateTime.now().toString(),
          productId: product.id,
          name: product.name,
          quantity: 1,
          price: product.price,
        ),
      );
    }
    notifyListeners();
  }

  // 从购物车中移除商品
  void removeItem(String productId) {
    _items.remove(productId);
    notifyListeners();
  }

  // 减少购物车中商品的数量
  void removeSingleItem(String productId) {
    if (!_items.containsKey(productId)) {
      return;
    }

    if (_items[productId]!.quantity > 1) {
      _items.update(
        productId,
            (existingItem) => CartItem(
          id: existingItem.id,
          productId: existingItem.productId,
          name: existingItem.name,
          quantity: existingItem.quantity - 1,
          price: existingItem.price,
        ),
      );
    } else {
      _items.remove(productId);
    }
    notifyListeners();
  }

  // 清空购物车
  void clear() {
    _items.clear();
    notifyListeners();
  }
}

3. 创建商品列表状态类

class Products with ChangeNotifier {
  final List<Product> _items = [
    Product(
      id: 'p1',
      name: 'Red Shirt',
      price: 29.99,
      imageUrl: 'https://picsum.photos/200/300?random=1',
    ),
    Product(
      id: 'p2',
      name: 'Trousers',
      price: 59.99,
      imageUrl: 'https://picsum.photos/200/300?random=2',
    ),
    Product(
      id: 'p3',
      name: 'Yellow Scarf',
      price: 19.99,
      imageUrl: 'https://picsum.photos/200/300?random=3',
    ),
    Product(
      id: 'p4',
      name: 'A Shoes',
      price: 99.99,
      imageUrl: 'https://picsum.photos/200/300?random=4',
    ),
  ];

  // 获取商品列表
  List<Product> get items => [..._items];
}

4. 在应用中提供状态

void main() {
  runApp(
    MultiProvider(
      providers: [
        ChangeNotifierProvider(create: (ctx) => Products()),
        ChangeNotifierProvider(create: (ctx) => Cart()),
      ],
      child: const MyApp(),
    ),
  );
}

class MyApp extends StatelessWidget {
  const MyApp({super.key});

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return MaterialApp(
      title: 'Shopping Cart Demo',
      theme: ThemeData(
        primarySwatch: Colors.blue,
        visualDensity: VisualDensity.adaptivePlatformDensity,
      ),
      home: const ProductsOverviewScreen(),
      routes: {
        CartScreen.routeName: (ctx) => const CartScreen(),
      },
    );
  }
}

5. 实现商品列表页面

class ProductsOverviewScreen extends StatelessWidget {
  const ProductsOverviewScreen({super.key});

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    // 获取商品列表
    final productsData = Provider.of<Products>(context);
    final products = productsData.items;

    return Scaffold(
      appBar: AppBar(
        title: const Text('My Shop'),
        actions: [
          // 购物车图标，显示商品数量
          Consumer<Cart>(
            builder: (ctx, cart, ch) =>
                Badge(label: Text(cart.itemCount.toString()), child: ch!),
            child: IconButton(
              icon: const Icon(Icons.shopping_cart),
              onPressed: () {
                Navigator.of(context).pushNamed(CartScreen.routeName);
              },
            ),
          ),
        ],
      ),
      body: GridView.builder(
        padding: const EdgeInsets.all(10.0),
        itemCount: products.length,
        gridDelegate: const SliverGridDelegateWithFixedCrossAxisCount(
          crossAxisCount: 2,
          childAspectRatio: 3 / 2,
          crossAxisSpacing: 10,
          mainAxisSpacing: 10,
        ),
        itemBuilder: (ctx, i) => ProductItem(products[i]),
      ),
    );
  }
}

class ProductItem extends StatelessWidget {
  final Product product;

  const ProductItem(this.product, {super.key});

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return ClipRRect(
      borderRadius: BorderRadius.circular(10),
      child: GridTile(
        footer: GridTileBar(
          backgroundColor: Colors.black87,
          title: Text(product.name, textAlign: TextAlign.center),
          trailing: IconButton(
            icon: const Icon(Icons.shopping_cart),
            onPressed: () {
              // 将商品添加到购物车
              Provider.of<Cart>(context, listen: false).addItem(product);
              // 显示添加成功提示
              ScaffoldMessenger.of(context).showSnackBar(
                SnackBar(
                  content: const Text('Added item to cart!'),
                  duration: const Duration(seconds: 2),
                  action: SnackBarAction(
                    label: 'UNDO',
                    onPressed: () {
                      Provider.of<Cart>(
                        context,
                        listen: false,
                      ).removeSingleItem(product.id);
                    },
                  ),
                ),
              );
            },
            color: Theme.of(context).colorScheme.secondary,
          ),
        ),
        child: Image.network(product.imageUrl, fit: BoxFit.cover),
      ),
    );
  }
}

6. 实现购物车页面

class CartScreen extends StatelessWidget {
  static const routeName = '/cart';

  const CartScreen({super.key});

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    final cart = Provider.of<Cart>(context);

    return Scaffold(
      appBar: AppBar(
        title: const Text('Your Cart'),
      ),
      body: Column(
        children: [
          Card(
            margin: const EdgeInsets.all(15),
            child: Padding(
              padding: const EdgeInsets.all(8),
              child: Row(
                mainAxisAlignment: MainAxisAlignment.spaceBetween,
                children: [
                  const Text('Total', style: TextStyle(fontSize: 20)),
                  const Spacer(),
                  Chip(
                    label: Text(
                      '$${cart.totalAmount.toStringAsFixed(2)}',
                      style: TextStyle(
                        color: Theme.of(context).primaryTextTheme.titleLarge?.color,
                      ),
                    ),
                    backgroundColor: Theme.of(context).primaryColor,
                  ),
                  TextButton(
                    onPressed: () {
                      // 这里可以添加结算逻辑
                    },
                    child: const Text('ORDER NOW'),
                  )
                ],
              ),
            ),
          ),
          const SizedBox(height: 10),
          Expanded(
            child: ListView.builder(
              itemCount: cart.items.length,
              itemBuilder: (ctx, i) {
                final cartItem = cart.items.values.toList()[i];
                return ListTile(
                  leading: CircleAvatar(
                    child: FittedBox(
                      child: Text('$${cartItem.price}'),
                    ),
                  ),
                  title: Text(cartItem.name),
                  subtitle: Text('Total: $${(cartItem.price * cartItem.quantity).toStringAsFixed(2)}'),
                  trailing: Row(
                    mainAxisSize: MainAxisSize.min,
                    children: [
                      IconButton(
                        icon: const Icon(Icons.remove),
                        onPressed: () {
                          cart.removeSingleItem(cartItem.productId);
                        },
                      ),
                      Text('${cartItem.quantity}'),
                      IconButton(
                        icon: const Icon(Icons.add),
                        onPressed: () {
                          // 这里可以添加增加商品数量的逻辑
                          // 简化示例中暂不实现
                        },
                      ),
                    ],
                  ),
                );
              },
            ),
          )
        ],
      ),
    );
  }
}

---

六、Provider 高级用法

1. Selector 优化重建

Selector 是 Consumer 的进阶版本，它可以根据指定的条件决定是否重建，进一步优化性能：

Selector<Counter, int>(
  // 选择需要监听的状态
  selector: (context, counter) => counter.count,
  // 只有当选中的状态变化时才会重建
  builder: (context, count, child) {
    return Text('Count: $count');
  },
)

Selector 接收两个泛型参数：第一个是 ChangeNotifier 类型，第二个是需要监听的状态类型。只有当 selector 方法返回的值发生变化时，builder 才会被调用。

2. 状态持久化

结合 shared_preferences 或 hive 等本地存储库，可以实现状态的持久化：

class Counter with ChangeNotifier {
  int _count = 0;
  final SharedPreferences _prefs;

  Counter(this._prefs) {
    // 从本地存储加载状态
    _count = _prefs.getInt('count') ?? 0;
  }

  int get count => _count;

  void increment() {
    _count++;
    // 保存状态到本地存储
    _prefs.setInt('count', _count);
    notifyListeners();
  }
}

// 提供带持久化的状态
ChangeNotifierProvider(
  create: (context) => Counter(SharedPreferences.getInstance()),
  child: MyApp(),
)

3. 状态封装与业务逻辑分离

对于复杂应用，建议将业务逻辑与状态管理分离，保持 ChangeNotifier 的简洁：

// 业务逻辑层
class CartService {
  Future<void> addToCart(Product product) async {
    // 处理添加到购物车的业务逻辑，如网络请求等
    await Future.delayed(const Duration(milliseconds: 300));
  }
}

// 状态管理层
class Cart with ChangeNotifier {
  final CartService _cartService;
  final List<CartItem> _items = [];

  Cart(this._cartService);

  List<CartItem> get items => [..._items];

  Future<void> addItem(Product product) async {
    try {
      // 调用业务逻辑
      await _cartService.addToCart(product);
      // 更新状态
      _items.add(CartItem(...));
      notifyListeners();
    } catch (e) {
      // 处理错误
      rethrow;
    }
  }
}

---

七、Provider 使用最佳实践

1. 状态粒度适中：避免创建过大的状态类，应根据功能模块拆分状态
2. 最小重建原则：使用 Consumer 和 Selector 限制重建范围，避免不必要的重建
3. 单一职责：每个状态类应只负责管理相关的一组状态，遵循单一职责原则
4. 不可变数据：在状态类中，对于复杂数据结构，建议使用不可变对象，通过替换整个对象来更新状态
5. 避免在 build 方法中创建状态：确保 ChangeNotifier 实例的创建在 create 方法中，而不是在 build 方法中
6. 清理资源：如果状态类中使用了需要手动释放的资源（如定时器），应在 dispose 方法中清理

class TimerModel with ChangeNotifier {
  late Timer _timer;
  int _seconds = 0;

  TimerModel() {
    _timer = Timer.periodic(const Duration(seconds: 1), (timer) {
      _seconds++;
      notifyListeners();
    });
  }

  int get seconds => _seconds;

  @override
  void dispose() {
    // 清理资源
    _timer.cancel();
    super.dispose();
  }
}

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