ITPub博客

首页 > 移动开发 > ANDROID > 跨平台开发的救星-让我们来了解一下flutter

跨平台开发的救星-让我们来了解一下flutter

原创 ANDROID 作者:yilian 时间:2019-11-26 11:27:16 0 删除 编辑

第一次看文章的朋友可以关注我,会不定期发布Android面试内容、进阶专题等等。

简介

很多人已经用上了flutter,今天就来介绍一下

Flutter 架构

image

Flutter框架分三层
Framework,Engine, Embedder

Framework使用dart语言实现,包括UI,文本,图片,按钮等Widgets,渲染,动画,手势等。此部分的核心代码是flutter仓库下的flutter package,以及sky_engine仓库下的 io, async, ui(dart:ui库提供了Flutter框架和引擎之间的接口)等package。

Engine使用C++实现,主要包括:Skia, Dart 和 Text。

  • Skia是开源的二维图形库,提供了适用于多种软硬件平台的通用API。其已作为Google Chrome,Chrome OS,Android, Mozilla Firefox, Firefox OS等其他众多产品的图形引擎,支持平台还包括Windows, macOS, iOS,Android,Ubuntu等。
  • Dart 部分主要包括:Dart Runtime,Garbage Collection(GC),如果是Debug模式的话,还包括JIT(Just In Time)支持。Release和Profile模式下,是AOT(Ahead Of Time)编译成了原生的arm代码,并不存在JIT部分。
  • Text 即文本渲染,其渲染层次如下:衍生自 Minikin的libtxt库(用于字体选择,分隔行);HartBuzz用于字形选择和成型;Skia作为渲染/GPU后端,在Android和Fuchsia上使用FreeType渲染,在iOS上使用CoreGraphics来渲染字体。

Embedder是一个嵌入层,通过该层把Flutter嵌入到各个平台上去,Embedder的主要工作包括渲染Surface设置, 线程设置,以及插件等。平台(如iOS)只是提供一个画布,剩余的所有渲染相关的逻辑都在Flutter内部,这就使得它具有了很好的跨端一致性。

Dart语言

Dart 也是一种VM语言,所以在每个运行flutter的app中都有一个dart的运行环境。编译模式支持AOT和JIT。
Dart最开始是google设计出来替代javascript的,但是并没有凑效。后面Flutter选择了Dart, 才使Dart活跃起来。

Dart语言的特点:

  • 单进程异步事件模型
  • 强类型,可以类型推断
  • 具有极高的运行效率和优秀的代码运行优化的VM,根据早前的基准测试,性能比肩 Java7 的JVM;
  • 独特的隔离区( Isolate ),可以实现多线程
  • 面向对象编程,一切数据类型均派生自 Object
  • 运算符重载,泛型支持
  • 强大的 Future 和 Stream 模型,可以简单实现高效的代码
  • Minix 特性,可以更好的实现方法复用
  • 全平台语言,可以很好的胜任移动和前后端的开发
  • 在语法上,Dart 提供了很多便捷的操作

Flutter线程管理

Flutter Engine自己不创建, 管理线程。Flutter Engine线程的创建和管理是由embedder负责的

Embeder提供四个Task Runner, 每个Task Runner负责不同的任务,Flutter Engine不在乎Task Runner具体跑在哪个线程,但是它需要线程配置在整一个生命周期里面保持稳定。也就是说一个Runner最好始终保持在同一线程运行

Platform Task Runner

是Flutter Engine的主Task Runner,运行Platform Task Runner的线程可以理解为是主线程。类似于Android Main Thread或者iOS的Main Thread。对于Flutter Engine来说Platform Runner所在的线程跟其它线程并没有实质上的区别。 可以同时启动多个Engine实例,每个Engine对应一个Platform Runner,每个Runner跑在各自的线程里。这也是Fuchsia(Google正在开发的操作引擎)里Content Handler的工作原理。一般情况下,一个Flutter应用启动的时候会创建一个Engine实例,Engine创建的时候会创建一个线程供Platform Runner使用。

跟Flutter Engine的所有交互(接口调用)必须发生在Platform Thread,试图在其它线程中调用Flutter Engine会导致无法预期的异常。这跟Android和IOS对于UI的操作都必须在主线程进行相类似。需要注意的是在Flutter Engine中有很多模块都是非线程安全的。一旦引擎正常启动运行起来,所有引擎API调用都将在Platform Thread里发生。

Platform Runner所在的Thread不仅仅处理与Engine交互,它还处理来自平台的消息。这样的处理比较方便的,因为几乎所有引擎的调用都只有在Platform Thread进行才能是安全的,Native Plugins不必要做额外的线程操作就可以保证操作能够在Platform Thread进行。如果Plugin自己启动了额外的线程,那么它需要负责将返回结果派发回Platform Thread以便Dart能够安全地处理。规则很简单,对于Flutter Engine的接口调用都需保证在Platform Thread进行。

阻塞Platform Thread不会直接导致Flutter应用的卡顿(跟iOS android主线程不同)。尽管如此,平台对Platform Thread还是有强制执行限制。所以建议复杂计算逻辑操作不要放在Platform Thread而是放在其它线程(不包括我们现在讨论的这个四个线程)。其他线程处理完毕后将结果转发回Platform Thread。长时间卡住Platform Thread应用有可能会被系统Watchdot强行杀死。

UI Task Runner

Flutter Engine用于执行Dart root isolate代码。Root isolate比较特殊,它绑定了不少Flutter需要的函数方法。Root isolate运行应用的main code。引擎启动的时候为其增加了必要的绑定,使其具备调度提交渲染帧的能力。

  1. 对于每一帧,引擎要做的事情有:
  2. Root isolate通知Flutter Engine有帧需要渲染。
  3. Flutter Engine通知平台,需要在下一个vsync的时候得到通知。
  4. 平台等待下一个vsync
  5. 对创建的对象和Widgets进行Layout并生成一个Layer Tree,Layer Tree马上被提交给Flutter Engine。当前阶段没有进行任何光栅化,这个步骤仅是生成了对需要绘制内容的描述。
  6. 创建或者更新Tree,这个Tree包含了用于屏幕上显示Widgets的语义信息。这个东西主要用于平台相关的辅助Accessibility元素的配置和渲染。

除了渲染相关逻辑之外Root Isolate还是处理来自Native Plugins的消息响应,Timers,MicroTasks和异步IO。
Root Isolate负责创建管理的Layer Tree最终决定什么内容要绘制到屏幕上。因此这个线程的过载会直接导致卡顿掉帧。
如果确实有无法避免的繁重计算,建议将其放到独立的Isolate去执行,比如使用compute关键字或者放到非Root Isolate,这样可以避免应用UI卡顿。但是需要注意的是非Root Isolate缺少Flutter引擎需要的一些函数绑定,你无法在这个Isolate直接与Flutter Engine交互。所以只在需要大量计算的时候采用独立Isolate。

GPU Task Runner

用于执行设备GPU的相关调用。UI Task Runner创建的Layer Tree信息是平台不相关,也就是说Layer Tree提供了绘制所需要的信息,具体如何实现绘制取决于具体平台和方式,可以是OpenGL,Vulkan,软件绘制或者其他Skia配置的绘图实现。GPU Task Runner中的模块负责将Layer Tree提供的信息转化为实际的GPU指令。GPU Task Runner同时也负责配置管理每一帧绘制所需要的GPU资源,这包括平台Framebuffer的创建,Surface生命周期管理,保证Texture和Buffers在绘制的时候是可用的。

基于Layer Tree的处理时长和GPU帧显示到屏幕的耗时,GPU Task Runner可能会延迟下一帧在UI Task Runner的调度。一般来说UI Runner和GPU Runner跑在不同的线程。存在这种可能,UI Runner在已经准备好了下一帧的情况下,GPU Runner却还正在向GPU提交上一帧。这种延迟调度机制确保不让UI Runner分配过多的任务给GPU Runner。

GPU Runner可以导致UI Runner的帧调度的延迟,GPU Runner的过载会导致Flutter应用的卡顿。一般来说用户没有机会向GPU Runner直接提交任务,因为平台和Dart代码都无法跑进GPU Runner。但是Embeder还是可以向GPU Runner提交任务的。因此建议为每一个Engine实例都新建一个专用的GPU Runner线程。

IO Task Runner

主要功能是从图片存储(比如磁盘)中读取压缩的图片格式,将图片数据进行处理为GPU Runner的渲染做好准备。在Texture的准备过程中,IO Runner首先要读取压缩的图片二进制数据(比如PNG,JPEG),将其解压转换成GPU能够处理的格式然后将数据上传到GPU。这些复杂操作如果跑在GPU线程的话会导致Flutter应用UI卡顿。但是只有GPU Runner能够访问GPU,所以IO Runner模块在引擎启动的时候配置了一个特殊的Context,这个Context跟GPU Runner使用的Context在同一个ShareGroup。事实上图片数据的读取和解压是可以放到一个线程池里面去做的,但是这个Context的访问只能在特定线程才能保证安全。这也是为什么需要有一个专门的Runner来处理IO任务的原因。获取诸如ui.Image这样的资源只有通过async call,当这个调用发生的时候Flutter Framework告诉IO Runner进行刚刚提到的那些图片异步操作。这样GPU Runner可以使用IO Runner准备好的图片数据而不用进行额外的操作。

用户操作,无论是Dart Code还是Native Plugins都是没有办法直接访问IO Runner。尽管Embeder可以将一些一般复杂任务调度到IO Runner,这不会直接导致Flutter应用卡顿,但是可能会导致图片和其它一些资源加载的延迟间接影响性能。所以建议为IO Runner创建一个专用的线程

android & iOS平台上面每一个Engine实例启动的时候会为UI,GPU,IO Runner各自创建一个新的线程。所有Engine实例共享同一个Platform Runner线程

isolate

image

An isolated Dart execution context

isolate是Dart对actor并发模式的实现。运行中的Dart程序由一个或多个actor组成,actor也就是Dart概念里面的isolate。isolate是隔离的,每个isolate有自己的内存和单线程运行的实体. isolate之间不互相共享内存,且独立GC。
isolate中的代码是顺序执行的,且是单线程,所以不存在资源竞争和变量状态同步的问题,也就不需要锁。Dart中的并发都是多个isolate并行实现的

由于isolate不共享内存,所以isolate之间不能直接互相通信,只能通过Port进行通信,而且是异步的

Flutter Engine Runners与Dart Isolate

Dart的Isolate是Dart虚拟机自己管理的,Flutter Engine无法直接访问。Root Isolate通过Dart的C++调用能力把UI渲染相关的任务提交到UI Runner执行, 这样就可以跟Flutter Engine相关模块进行交互,Flutter UI相关的任务也被提交到UI Runner也可以相应的给Isolate一些事件通知,UI Runner同时也处理来自App方面Native Plugin的任务。 Dart isolate跟Flutter Runner是相互独立的,它们通过任务调度机制相互协作。

Dart内存管理

Dart VM将内存管理分为新生代(New Generation)和老年代(Old Generation)

  • 新生代:初次分配的对象都位于新生代中,该区域主要是存放内存较小并且生命周期较短的对象,比如局部变量。新生代会频繁执行内存回收(GC),回收采用“复制-清除”算法,将内存分为两块,运行时每次只使用其中的一块,另一块备用。当发生GC时,将当前使用的内存块中存活的对象拷贝到备用内存块中,然后清除当前使用内存块,最后,交换两块内存的角色。

  • 老年代: 在新生代的GC中“幸存”下来的对象,它们会被转移到老年代中。老年代存放生命力周期较长,内存较大的对象。老年代的GC回收采用“标记-清除”算法,分成标记和清除两个阶段。在标记阶段会触发停顿,多线程并发的完成对垃圾对象的标记,降低标记阶段耗时。在清理阶段,由GC线程负责清理回收对象,和应用线程同时执行,不影响应用运行。

Flutter中的image所占的内存

Android将中内存分java内存或native内存,通常在代码中的申请的内存都在这两个范围内

java内存是指java或kotlin分配的内存对象
native内存是指由C/C++中分配的内存,也包括一些android原生系统占用的内存,如图像资源和其他图形等

Flutter中的image占用的不用这两种内存,而是Graphics内存,Graphics内存内存是指图形缓冲区队列向屏幕显示像素所使用的内存,图形缓冲区是指GL表面,GL纹理等。Graphics内存是与CPU共享的内存,而不是GPU专用的内存

Flutter运行模式

Flutter常见的种运行模式:Debug,Release和Profile

Release和Profile模式比较类似,不用之处在于Profile模式的服务扩展的支持,支持跟踪,以及最小化使用跟踪信息需要的依赖。Profile并不支持模拟器,原因在于模拟器上的诊断并不代表真实的性能。所有重点截介绍
Debug和Release的差异

  • Debug模式:使用JIT编译,支持模拟器和设备。打开了断言支持,包括所有的调试信息,服务扩展和Observatory等调试辅助。此模式为快速开发和运行做了优化,但并未对执行速度,包大小和部署做优化。
    所以能实现秒级别的hot reload

  • Release模式:使用AOT编译,只支持真机,不支持模拟器。关闭了所有断言,尽可能多地去掉了调试信息,关闭了所有调试工具。为快速启动,快速执行,包大小做了优化。禁止了所有调试辅助手段,服务扩展。

Flutter Platform Channel

Platform Channel用来实现flutter和Native之间的通讯,实现方式类似远程通讯。

Flutter定义了三种Channel:

  • BasicMessageChannel:用于传递字符串和半结构化的信息
  • MethodChannel:用于传递方法调用(method invocation)
  • EventChannel: 用于数据流(event streams)的通信

这三种channel的工作原理都一致,都用三个基本的属性:

  • name: String类型,代表Channel的名字,也是其唯一标识符
  • Messager:BinaryMessenger类型,代表消息信使,是消息的发送与接收的工具
  • codec: MessageCodec类型或MethodCodec类型,代表消息的编解码器

BinaryMessenger是Native端与Flutter端通信的工具,其通信使用的消息格式为二进制格式数据。初始化一个Channel,并向该Channel注册处理消息的Handler时,实际上会生成一个与之对应的BinaryMessageHandler,并以channel name为key,注册到BinaryMessenger中。当Flutter端发送消息到BinaryMessenger时,BinaryMessenger会根据其入参channel找到对应的BinaryMessageHandler,并交由其处理。

BinaryMessenger只和BinaryMessageHandler通讯。而Channel和BinaryMessageHandler则是一一对应的。由于Channel从BinaryMessageHandler接收到的消息是二进制格式数据,无法直接使用,故Channel会将该二进制消息通过Codec(消息编解码器)解码为能识别的消息并传递给Handler进行处理。

当Handler处理完消息之后,会通过回调函数返回result,并将result通过编解码器编码为二进制格式数据,通过BinaryMessenger发送回Flutter端。

Codec:息编解码器,主要用来将二进制格式的数据转化为Handler能够识别的数据,Flutter定义了两种Codec:MessageCodec和MethodCodec

MessageCodec用于二进制格式数据与基础数据之间的编码和解码。有多重实现如:BinaryCodec, StringCodec, JSONMessageCodec等

MethodCodec用于二进制数据与方法调用(MethodCall)和返回结果之间的编解码。MethodChannel和EventChannel所使用的编解码器均为MethodCodec。

MethodCodec用于MethodCall对象的编解码,一个MethodCall对象代表一次从Flutter端发起的方法调用。MethodCall有2个成员变量:String类型的method代表需要调用的方法名称,通用类型(Android中为Object,iOS中为id)的arguments代表需要调用的方法入参。

由于处理的是方法调用,MethodCodec多了对调用结果的处理。当方法调用成功时,使用encodeSuccessEnvelope将result编码为二进制数据,而当方法调用失败时,则使用encodeErrorEnvelope将error的code、message、detail编码为二进制数据。

MethodCodec有两种实现:JSONMethodCodec和StandardMethodCodec

由于Platform Channel运行在flutter App的UI Task Runner, 对应的native实现运行在Platform Task Runner,而Platform Task Runner运行在主线程,所以在native实现是不能进行耗时的操作,且Platform Task Runner是非线程安全的,所以要保证回调函数在主线程中执行

Platform Channel支持大数据传递,传递大内存数据块时,使用BasicMessageChannel以及BinaryCodec。而整个数据传递的过程中,唯一可能出现数据拷贝的位置为native二进制数据转化为Dart语言二进制数据。若二进制数据大于阈值时(目前阈值为1000byte)则不会拷贝数据,直接转化,否则拷贝一份再转化。

学习

看到这里,你了解了吗?点个赞支持一下
想要学习的朋友可以详细了解哦

Android学习PDF_源码笔记_面试文档_进阶视频.pdf



来自 “ ITPUB博客 ” ,链接:http://blog.itpub.net/69952849/viewspace-2665688/,如需转载,请注明出处,否则将追究法律责任。

请登录后发表评论 登录
全部评论
人生的长跑中,跑得最远的人,可能不是跑得最快的人,而是规划了最佳行程的人 Android学习也是如此,分享Android学习内容、面试精选等,关注我,需要学习计划大纲和学习内容:xx13414521

注册时间:2019-11-05

  • 博文量
    20
  • 访问量
    7430