Flutter技术与实战(2)

Flutter技术与实战(2)

Flutter开发起步

深入理解跨平台方案的历史发展逻辑

  • 跨平台开发是为了增加业务代码的复用率,减少因为要适配多个平台带来的工作量,从而降低开发成本。
跨平台方案的三个时代

根据实现方式的不同,业内常见的观点是将主流的跨平台方案划分为三个时代。

  1. Web 容器时代:基于 Web 相关技术通过浏览器组件来实现界面及功能,典型的框架包括 Cordova(PhoneGap)、Ionic 和微信小程序。一个完整 HTML5 页面的展示要经历浏览器控件的加载、解析和渲染三大过程,性能消耗要比原生开发增加 N 个数量级。Hybrid开发框架

  2. 泛 Web 容器时代:采用类 Web 标准进行开发,但在运行时把绘制和渲染交由原生系统接管的技术,代表框架有 React Native、Weex 和快应用,广义的还包括天猫的 Virtual View 等。在泛 Web 容器时代,我们仍然采用前端友好的 JavaScript 进行开发,整体加载、渲染机制大大简化,并且由原生接管绘制,即将原生系统作为渲染的后端,为依托于 JavaScript 虚拟机的 JavaScript 代码提供所需要的 UI 控件的实体。泛Web容器框架

  3. 自绘引擎时代:自带渲染引擎,客户端仅提供一块画布即可获得从业务逻辑到功能呈现的多端高度一致的渲染体验。Flutter,是为数不多的代表。

  • 渲染引擎依靠跨平台的 Skia 图形库来实现,Skia 引擎会将使用 Dart 构建的抽象的视图结构数据加工成 GPU 数据,交由 OpenGL 最终提供给 GPU 渲染,至此完成渲染闭环,因此可以在最大程度上保证一款应用在不同平台、不同设备上的体验一致性。
  • 而开发语言选用的是同时支持 JIT(Just-in-Time,即时编译)和 AOT(Ahead-of-Time,预编译)的 Dart,不仅保证了开发效率,更提升了执行效率(比使用 JavaScript 开发的泛 Web 容器方案要高得多)。
自绘引擎开发框架
选择哪一类跨平台方案
主流跨平台框架对比
  • 对于知识学习,两个应用层面的框架(React Native和Flutter)最好都学,深入理解框架的原理和设计思想,重点思考它们的 API 设计的取舍,发现它们的共性和差异。
  • 对于实际项目来说,如果是中短期项目的话,我建议使用 React Native。Google 团队已经完成了 Hummingbird,即 Flutter 的 Web 的官方 Demo。但是Flutter 的设计理念比较先进,解决方案也相对彻底,在渲染能力的一致性以及性能上,和 React Native 相比优势非常明显。

Flutter区别于其他方案的关键技术

  • Flutter 是构建 Google 物联网操作系统 Fuchsia 的 SDK,主打跨平台高保真高性能。开发者可以通过 Dart 语言开发 App,一套代码可以同时运行在 iOS 和 Android 平台。 Flutter 使用 Native 引擎渲染视图,并提供了丰富的组件和接口,这无疑为开发者和用户都提供了良好的体验。
Flutter如何运转
  • 与用于构建移动应用程序的其他大多数框架不同,Flutter 是重写了一整套包括底层渲染逻辑和上层开发语言的完整解决方案。这样不仅可以保证视图渲染在 Android 和 iOS 上的高度一致性(即高保真),在代码执行效率和渲染性能上也可以媲美原生 App 的体验(即高性能)。
Flutter如何完成组件渲染

Flutter绘制原理

  • Flutter 关注如何尽可能快地在两个硬件时钟的 VSync 信号之间计算并合成视图数据,然后通过 Skia 交给 GPU 渲染:UI 线程使用 Dart 来构建视图结构数据,这些数据会在 GPU 线程进行图层合成,随后交给 Skia 引擎加工成 GPU 数据,而这些数据会通过 OpenGL 最终提供给 GPU 渲染。
Skia是什么
  • Skia 是一款用 C++ 开发的、性能彪悍的 2D 图像绘制引擎,其前身是一个向量绘图软件。2005 年被 Google 公司收购后,因为其出色的绘制表现被广泛应用在 Chrome 和 Android 等核心产品上。Skia 在图形转换、文字渲染、位图渲染方面都表现卓越,并提供了开发者友好的 API。
  • 因此,架构于 Skia 之上的 Flutter,也因此拥有了彻底的跨平台渲染能力。通过与 Skia 的深度定制及优化,Flutter 可以最大限度地抹平平台差异,提高渲染效率与性能。
  • 底层渲染能力统一了,上层开发接口和功能体验也就随即统一了,开发者再也不用操心平台相关的渲染特性了。也就是说,Skia 保证了同一套代码调用在 Android 和 iOS 平台上的渲染效果是完全一致的。
为什么Dart作为Flutter的开发语言
  1. Dart 同时支持即时编译 JIT 和事前编译 AOT。在开发期使用 JIT,开发周期异常短,调试方式颠覆常规(支持有状态的热重载);而发布期使用 AOT,本地代码的执行更高效,代码性能和用户体验也更卓越。
  2. Dart 作为一门现代化语言,集百家之长,拥有其他优秀编程语言的诸多特性(比如,完善的包管理机制)。也正是这个原因,Dart 的学习成本并不高,很容易上手。
  3. Dart 避免了抢占式调度和共享内存,可以在没有锁的情况下进行对象分配和垃圾回收,在性能方面表现相当不错。
Flutter的原理
Flutter架构图
  • Flutter 架构采用分层设计,从下到上分为三层,依次为:Embedder、Engine、Framework。
    • Embedder 是操作系统适配层,实现了渲染 Surface 设置,线程设置,以及平台插件等平台相关特性的适配。从这里我们可以看到,Flutter 平台相关特性并不多,这就使得从框架层面保持跨端一致性的成本相对较低。
    • Engine 层主要包含 Skia、Dart 和 Text,实现了 Flutter 的渲染引擎、文字排版、事件处理和 Dart 运行时等功能。Skia 和 Text 为上层接口提供了调用底层渲染和排版的能力,Dart 则为 Flutter 提供了运行时调用 Dart 和渲染引擎的能力。而 Engine 层的作用,则是将它们组合起来,从它们生成的数据中实现视图渲染。
    • Framework 层则是一个用 Dart 实现的 UI SDK,包含了动画、图形绘制和手势识别等功能。为了在绘制控件等固定样式的图形时提供更直观、更方便的接口,Flutter 还基于这些基础能力,根据 Material 和 Cupertino 两种视觉设计风格封装了一套 UI 组件库。我们在开发 Flutter 的时候,可以直接使用这些组件库。
以界面渲染为例,介绍Flutter如何工作
  • 页面中的各界面元素(Widget)以树的形式组织,即控件树。Flutter 通过控件树中的每个控件创建不同类型的渲染对象,组成渲染对象树。而渲染对象树在 Flutter 的展示过程分为四个阶段:布局、绘制、合成和渲染。

布局

  • Flutter 采用深度优先机制遍历渲染对象树,决定渲染对象树中各渲染对象在屏幕上的位置和尺寸。在布局过程中,渲染对象树中的每个渲染对象都会接收父对象的布局约束参数,决定自己的大小,然后父对象按照控件逻辑决定各个子对象的位置,完成布局过程。
    Flutter布局过程

  • 为了防止因子节点发生变化而导致整个控件树重新布局,Flutter 加入了一个机制——布局边界(Relayout Boundary),可以在某些节点自动或手动地设置布局边界,当边界内的任何对象发生重新布局时,不会影响边界外的对象,反之亦然。
    Flutter布局边界

绘制

  • 布局完成后,渲染对象树中的每个节点都有了明确的尺寸和位置。Flutter 会把所有的渲染对象绘制到不同的图层上。与布局过程一样,绘制过程也是深度优先遍历,而且总是先绘制自身,再绘制子节点。
  • 以下图为例:节点 1 在绘制完自身后,会再绘制节点 2,然后绘制它的子节点 3、4 和 5,最后绘制节点 6。

Flutter绘制示例

  • 可以看到,由于一些其他原因(比如,视图手动合并)导致 2 的子节点 5 与它的兄弟节点 6 处于了同一层,这样会导致当节点 2 需要重绘的时候,与其无关的节点 6 也会被重绘,带来性能损耗。
  • 为了解决这一问题,Flutter 提出了与布局边界对应的机制——重绘边界(Repaint Boundary)。在重绘边界内,Flutter 会强制切换新的图层,这样就可以避免边界内外的互相影响,避免无关内容置于同一图层引起不必要的重绘。

Flutter重绘边界

  • 重绘边界的一个典型场景是 Scrollview。ScrollView 滚动的时候需要刷新视图内容,从而触发内容重绘。而当滚动内容重绘时,一般情况下其他内容是不需要重绘的,这时候重绘边界就派上用场了。

合成和渲染

  • 终端设备的页面越来越复杂,因此 Flutter 的渲染树层级通常很多,直接交付给渲染引擎进行多图层渲染,可能会出现大量渲染内容的重复绘制,所以还需要先进行一次图层合成,即将所有的图层根据大小、层级、透明度等规则计算出最终的显示效果,将相同的图层归类合并,简化渲染树,提高渲染效率。
  • 合并完成后,Flutter 会将几何图层数据交由 Skia 引擎加工成二维图像数据,最终交由 GPU 进行渲染,完成界面的展示。
学习Flutter需要掌握哪些知识
Flutter知识体系

Flutter代码如何运行在原生系统

工程结构

Flutter工程目录结构

工程代码(Flutter模板代码)
  1. 第一部分是应用入口、应用结构以及页面结构,可以帮助你理解构建 Flutter 程序的基本结构和套路。
  • 在 Flutter 中,Widget 是整个视图描述的基础,在 Flutter 的世界里,包括应用、视图、视图控制器、布局等在内的概念,都建立在 Widget 之上,Flutter 的核心设计思想便是一切皆 Widget。
  • Widget 是组件视觉效果的封装,是 UI 界面的载体。它提供一个方法Build,来告诉 Flutter 框架如何构建 UI 界面。
  • MaterialApp 类是对构建 material 设计风格应用的组件封装框架,里面还有很多可配置的属性,比如应用主题、应用名称、语言标识符、组件路由等。官方文档:
  • createState 方法返回 _MyHomePageState 对象??因为Widget 需要依据数据才能完成构建,而对于 StatefulWidget 来说,其依赖的数据在 Widget 生命周期中可能会频繁地发生变化。由 State 创建 Widget,以数据驱动视图更新,而不是直接操作 UI 更新视觉属性,代码表达可以更精炼,逻辑也可以更清晰。
import 'package:flutter/material.dart';

void main() => runApp(MyApp());

class MyApp extends StatelessWidget {
  @override
  Widget build(BuildContext context) => MaterialApp(home: MyHomePage(title: 'Flutter Demo Home Page'));
}

class MyHomePage extends StatefulWidget {
  MyHomePage({Key key, this.title}) : super(key: key);
  final String title;
  @override
  _MyHomePageState createState() => _MyHomePageState();
}

class _MyHomePageState extends State<MyHomePage> {
  Widget build(BuildContext context) => {...};
}
  1. 第二部分则是页面布局、交互逻辑及状态管理,能够帮你理解 Flutter 页面是如何构建、如何响应交互,以及如何更新的。
  • 状态的更改一定要配合使用 setState(() {})。
class _MyHomePageState extends State<MyHomePage> {
  int _counter = 0;
  void _incrementCounter() => setState(() {_counter++;});

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Scaffold(
      appBar: AppBar(title: Text(Widget.title)),
      body: Text('You have pushed the button this many times:$_counter')),
      floatingActionButton: FloatingActionButton(onPressed: _incrementCounter) 
    );
  }
  1. 代码流程。
代码流程示意图
  • Widget 只是视图的“配置信息”,是数据的映射,是“只读”的。对于 StatefulWidget 而言,当数据改变的时候,我们需要重新创建 Widget 去更新界面,这也就意味着 Widget 的创建销毁会非常频繁。
  • 为此,Flutter 对这个机制做了优化,其框架内部会通过一个中间层去收敛上层 UI 配置对底层真实渲染的改动,从而最大程度降低对真实渲染视图的修改,提高渲染效率,而不是上层 UI 配置变了就需要销毁整个渲染视图树重建。
  • 这样一来,Widget 仅是一个轻量级的数据配置存储结构,它的重新创建速度非常快,所以我们可以放心地重新构建任何需要更新的视图,而无需分别修改各个子 Widget 的特定样式。
  • 虽然命令式的 UI 编程风格(原生 Android 和 iOS 框架开发)更直观,但声明式 UI 编程方式的好处是,可以让我们把复杂的视图操作细节交给框架去完成,这样一来不仅可以提高我们的效率,也可以让我们专注于整个应用和页面的结构和功能。

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Links: https://www.yanghujun.com/archives/fluttertechnologycombat2

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