庖丁解牛之——Flutter for Web

Flutter for Web

在2018年冬的Flutter 1.0伦敦发布会上,Flutter产品经理Tim Sneath通过一个滑动拼图的例子介绍了如何让Flutter运行在Web之上。这一当时代号HummingBird的项目后来被重命名为flutter_web,并最终合入了master分支。

Flutter Web想在单代码库的情况下,使Flutter应用拥有Web支持。这样开发者使用Dart编写的Flutter应用可以被部署到任意的Web服务器上,或嵌入到浏览器中。开发者可以使用Flutter的所有特性,也不需要特殊的浏览器插件支持。

就最新的Flutter1.9.x而言,Flutter Web还处于技术预览版阶段,离真正应用到生产环境中还是有一些距离的。

设计

那么Flutter Web是怎么做到这一切的呢?这就要从Flutter的原理说起。Flutter框架的设计如下所示:

其中,Flutter Framework是使用纯Dart开发的。我们将其分为两部分,渲染和逻辑。就渲染而言,其最终会表示为dart:ui中提供的TextBox,Picture,Image等实例对象,再通过native方法(实现dart调用C++)调用Skia,Text等C++库,最终渲染在屏幕上,逻辑部分则被Dart Runtime执行。不难看出,要实现在Web上运行Flutter,要解决两个问题。Dart如何运行在Web上以及dart:ui中的native方法如何通过标准Web的方式来实现。就前者而言,dart2js是一个已有的成熟框架,所以问题的重点就在于如何通过标准Web的方式去实现一个dart:ui库。这也就是目前Flutter Web的设计原理:

在Flutter Web的设计之初,主要考虑了两个方案用于Web支持:

  • HTML+CSS+Canvas
  • CSS Paint API

方案1具有最好的兼容性,它优先考虑HTML+CSS表达,当HTML+CSS无法表达图片的时候,会使用Canvas来绘制。但2D Canvas在浏览器中是位图表示,会造成像素化下的性能问题。

方案2是新的Web API, 属于Houdini的组成部分。Houdini提供了一组可以直接访问CSS对象模型的API,使得开发者可以去书写代码并被浏览器作为CSS加以解析,这样在无需等待浏览器原生的支持下,创造了新的CSS特性。它的绘制并非由核心Javascript完成,而是类似Web Worker的机制。其绘制由显示列表支持,而不是位图。但目前CSS Paint API不支持文本,此外各家厂商对齐支持也并不统一。

鉴于此,目前Flutter Web使用的是基于方案1的实现。

环境准备

Flutter环境

flutter doctor -v
[✓] Flutter (Channel master, v1.10.6-pre.61, on Mac OS X 10.15 19A558d, locale en-CN)
    • Flutter version 1.10.6-pre.61 at /Users/kylewong/Codes/Flutter/alibaba-flutter/flutter
    • Framework revision 7bf9aea254 (4 hours ago), 2019-09-25 00:37:12 -0700
    • Engine revision 63949eb0fd
    • Dart version 2.6.0 (build 2.6.0-dev.0.0 69b5681546)
...
[✓] Chrome - develop for the web
    • Chrome at /Applications/Google Chrome.app/Contents/MacOS/Google Chrome
[✓] Android Studio (version 3.5)
    • Android Studio at /Applications/Android Studio.app/Contents
    • Flutter plugin version 39.0.3
    • Dart plugin version 191.8423
    • Java version OpenJDK Runtime Environment (build 1.8.0_202-release-1483-b49-5587405)

Web环境

在flutter的master分支上,开发者可以通过下方命令检查当前是否打开了Web支持:

kylewong@KyleWongdeMacBook-Pro web_dig % flutter devices
3 connected devices:
MHA AL00          • GWY7N16A31002764                         • android-arm64  • Android 9 (API 28)
Chrome            • chrome                                   • web-javascript • Google Chrome 77.0.3865.90
Server            • web                                      • web-javascript • Flutter Tools

如果不能看到Chrome/Server这两个设备,可以通过以下命令打开支持:

flutter config --enable-web

这个命令会将配置项保存到用户Home目录下的.flutter_settings中,一个典型的内容如下所示:

{
  "enable-web": false,
  "ios-signing-cert": "iPhone Developer: Kang Wang (xxx)"
}

dart2js配置修改

以flutter自带的gallery为例,默认的flutter web实现下,生成的js如下所示:

可以看到此js代码可读性很差(变量名,格式等),大小为2.2MB。这是因为flutter构建过程中开启了dart2js命令的O4优化项所致。为了方便我们分析和调试,我们对此其进行如下修改:

O0将禁止很多优化,修改后的效果如下所示:

可以看到,大小增加了不少,但可读性上好很多,除特殊说明外,本文将在O0优化项下展开。

原理剖析

Gallery上的表现对比

我们首先基于Flutter提供的Gallery项目,比较下其在Mobile和Web上的表现(此处使用Flutter Web默认优化级别):

Flutter Native vs Flutter Web:

可以看出,Flutter Web在完备性上还是比较不错的,但依然有一些问题,比如本地图片在Android设备上显示正常,在iOS上却无法正常显示,网络图片则是正常的。

在Mobile/Web开发中,常见的元素包括图片,文字,形状,手势等,接下来,我们逐一进行剖析。

图片的实现

以如下代码为例:

import 'package:flutter/material.dart';
void main() => runApp(Image.asset('assets/1.png'));

其运行效果如下(左侧为Native,右侧为Web):

其Native与Web简要原理对比如下所示:

在flutterwebsdk中最终调用html库(dart-sdk自带)绘制的代码如下:

flutter_web_sdk/lib/_engine/engine/bitmap_canvas.dart
@override
void drawImageRect(
    ui.Image image, ui.Rect src, ui.Rect dst, ui.PaintData paint) {
  // TODO(het): Check if the src rect is the entire image, and if so just
  // append the imgElement and set it's height and width.
  print('KWLM04');
  final HtmlImage htmlImage = image;
  ctx.drawImageScaledFromSource(
    htmlImage.imgElement,
    src.left,
    ...
    dst.height,
  );
}

相对应地,通过 flutter build web--release--verbose 生成的main.dart.js中部分代码如下:

此部分对应上述bitmap_canvas.dart中的drawImageRect
drawImageRect$4: function(image, src, dst, paint) {
    ...
    P.print("KWLM04");
    H.interceptedTypeCheck(image, "$isHtmlImage");
    J.drawImageScaledFromSource$9$x(this.get$ctx(), image.imgElement, src.left, src.top, src.get$width(src), src.get$height(src), dst.left, dst.top, dst.get$width(dst), dst.get$height(dst));
},

drawImageScaledFromSource$9$x: function(receiver, a0, a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7, a8) {
    return J.getInterceptor$x(receiver).drawImageScaledFromSource$9(receiver, a0, a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7, a8);
},

最终调用到了CanvasRenderingContext2D.drawImage这一标准W3C的API。

文本的实现

以如下代码为例:

import 'package:flutter/material.dart';
void main() => runApp(Text('Hello Flutter!'));

其运行效果如下(左侧为Native,右侧为Web):

其Native与Web简要原理对比如下所示:

在flutterwebsdk中最终调用html库(dart-sdk自带)构建和添加Element的代码如下:

flutter_web_sdk/lib/_engine/engine/dom_canvas.dart
@override
void drawParagraph(ui.Paragraph paragraph, ui.Offset offset) {
  print('KWLM18');
  final html.Element paragraphElement =
      _drawParagraphElement(paragraph, offset, transform: currentTransform);
  currentElement.append(paragraphElement);
}

flutter_web_sdk/lib/_engine/engine/engine_canvas.dart
html.Element _drawParagraphElement(
  EngineParagraph paragraph,
  ui.Offset offset, {
  Matrix4 transform,
}) {
  print('KWLM25');
  assert(paragraph._isLaidOut);
  final html.Element paragraphElement = paragraph._paragraphElement.clone(true);
  final html.CssStyleDeclaration paragraphStyle = paragraphElement.style;
    ...
  return paragraphElement;
}

相对应地main.dart.js中部分代码如下:

此部分对应上述dom_canvas.dart中的drawParagraph
drawParagraph$2: function(paragraph, offset) {
   var paragraphElement;
   H.interceptedTypeCheck(paragraph, "$isParagraph");
   H.interceptedTypeCheck(offset, "$isOffset");
   P.print("KWLM18");
   paragraphElement = H._drawParagraphElement(paragraph, offset, this.get$currentTransform(this));
   J.append$1$x(this.get$currentElement(), paragraphElement);
},

_drawParagraphElement: function(paragraph, offset, transform) {
  var paragraphElement, paragraphStyle, style, t1;
  P.print("KWLM25");
  paragraphElement = H.interceptedTypeCheck(J.clone$1$x(paragraph._paragraphElement, true), "$isElement0");
  paragraphStyle = paragraphElement.style;
  (paragraphStyle && C.CssStyleDeclaration_methods).set$position(paragraphStyle, "absolute");
  ...
  return paragraphElement;
},

从文本这个例子不难看出,对于可以通过HTML+CSS形式表达的元素,flutter web将其最终翻译成Element+CSS Style形式动态生成类似静态HTML+CSS描述的内容,最终完成内容的渲染。

形状的实现

以如下代码为例:

import 'package:flutter/material.dart';
void main() => runApp(Container(decoration: BoxDecoration(color: Colors.red)));

其运行效果如下(左侧为Native,右侧为Web):

其Native与Web简要原理对比如下所示:

在flutterwebsdk中最终调用html库(dart-sdk自带)构建Element(添加部分同文本)的代码如下:

flutter_web_sdk/lib/_engine/engine/dom_canvas.dart
@override
void drawRect(ui.Rect rect, ui.PaintData paint) {
  print('KWLM47');
  assert(paint.shader == null);
  final html.Element rectangle = html.Element.tag('draw-rect');
  ...
  currentElement.append(rectangle);
}

相对应地main.dart.js中部分代码如下:

此部分对应上述dom_canvas.dart中的drawRect
drawRect$2: function(rect, paint) {
    var rectangle, isStroke, t1, t2, t3, left, right, $top, bottom, effectiveTransform, translated, style, cssColor, _this = this;
    H.interceptedTypeCheck(rect, "$isRect");
    H.interceptedTypeCheck(paint, "$isPaintData");
    P.print("KWLM47");
    rectangle = W.Element_Element$tag("draw-rect");
    ...
    J.append$1$x(_this.get$currentElement(), rectangle);
}

对于本例中的形状,也是通过HTML+CSS的方式实现的。

触摸事件的实现

以如下代码为例:

import 'package:flutter/material.dart';
void main() => runApp(GestureDetector(child: Text('Click me!',style: TextStyle(fontSize: 50),), onTap: (){
  print('KWLM called!');
}));

其运行效果如下(左侧为Native,右侧为Web):

其Native与Web简要原理对比如下所示:

此例中的PointerBinding由dartsdk.js提供,其提供了从Window获取事件回调的机制,并最终调用到了WidgetsFlutterBinding(也是GestureBinding)的handlePointerDataPacket$1方法,后续的路由机制同Native情景下的Flutter部分。

优缺点

优点

从目前Flutter Web选取的技术路线来说,HTML+CSS+Canvas这种方式具有最好的兼容性,这样开发者开发的Flutter代码(不包括Plugin部分对于Native的扩展)将零成本地转成标准Web展示,这一低成本扩展到Web平台带来的优势还是很明显的。

不足

尽管其优势很明显,也面临一些不足的问题

a. 包大小过大的问题

目前dart2js本身并没有针对小型程序做出优化,即使是本文中的手势这么简单的代码,Flutter Web最终生成的大小也有560KB, 无法满足要求。

但从理论上来说,通过对dart2js本身做出合理的优化(鉴于dart/flutter整个的开源设计),我们可以将Flutter Web依赖的基础SDK全集嵌入应用中(或者按需下载的方式),将真正的业务代码与SDK分离,也是有可能将其大小降低的。

b. 功能不完备的问题

比如在flutter_gallery的例子中Safari上图标展示为方框的问题。

c. 性能的问题

当需要用到BitmapCanvas比较多的时候,Element对象直接的光栅化,会导致在一些诸如缩放等的场景下,面临性能的问题。当然缩放的问题在移动设备的场景下也是有可能避免的。

小结

总体而言,Flutter Web具有优秀的设计。它基于dart:js和dart:html这些成熟的框架,通过将与Native相关的dart:ui库重写的方式,很好地解决了Flutter扩展到Web平台上的问题。对于上层开发者而言,完全不用去做任何修改,即可产生一套符合Web标准的代码,显示和行为也同原始设计保持一致。虽然目前Flutter Web还不够成熟,存在一些诸如包大小性能等问题,但基于Flutter和Flutter Web的良好分层设计,我们有理由相信随着时间的推移和社区成熟,这些问题终将得到改善或解决。

本文转载自公众号闲鱼技术(ID:XYtech_Alibaba)

原文链接

https://mp.weixin.qq.com/s/krR2XsDXvakMlZWbV-VvSg

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  • 本文为 InfoQ 中文站特供稿件
  • 首发地址https://www.infoq.cn/article/M9IAttODbG9MM25wBmyb

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