摘要：本文將以一個(gè)簡(jiǎn)單的為例，介紹下相關(guān)原理及定制與優(yōu)化。模式對(duì)應(yīng)了的模式，又稱檢查模式或者慢速模式。為快速啟動(dòng)，快速執(zhí)行，包大小做了優(yōu)化。并不支持模擬器的原因在于，模擬器上的診斷并不代表真實(shí)的性能。因此本文主要討論因引入的構(gòu)建，運(yùn)行等原理。

摘要： 閑魚技術(shù)-正物 問題背景 對(duì)于開發(fā)者而言，什么是Flutter？它是用什么語言編寫的，包含哪幾部分，是如何被編譯，運(yùn)行到設(shè)備上的呢？Flutter如何做到Debug模式Hot Reload快速生效變更，Release模式原生體驗(yàn)的呢？Flutter工程和我們的Android/iOS工程有何差別，關(guān)...

閑魚技術(shù)-正物

問題背景

對(duì)于開發(fā)者而言，什么是Flutter？它是用什么語言編寫的，包含哪幾部分，是如何被編譯，運(yùn)行到設(shè)備上的呢？Flutter如何做到Debug模式Hot Reload快速生效變更，Release模式原生體驗(yàn)的呢？Flutter工程和我們的Android/iOS工程有何差別，關(guān)系如何，又是如何嵌入Android/iOS的呢？Flutter的渲染和事件傳遞機(jī)制如何工作？Flutter支持熱更新嗎？Flutter官方并未提供iOS下的armv7支持，確實(shí)如此嗎？在使用Flutter的時(shí)候，如果發(fā)現(xiàn)了engine的bug，如何去修改和生效？構(gòu)建緩慢或出錯(cuò)又如何去定位，修改和生效呢？

凡此種種，都需要對(duì)Flutter從設(shè)計(jì)，開發(fā)構(gòu)建，到最終運(yùn)行有一個(gè)全局視角的觀察。

本文將以一個(gè)簡(jiǎn)單的hello_flutter為例，介紹下Flutter相關(guān)原理及定制與優(yōu)化。

Flutter簡(jiǎn)介

Flutter的架構(gòu)主要分成三層:Framework，Engine和Embedder。

Framework使用dart實(shí)現(xiàn)，包括Material Design風(fēng)格的Widget,Cupertino(針對(duì)iOS)風(fēng)格的Widgets，文本/圖片/按鈕等基礎(chǔ)Widgets，渲染，動(dòng)畫，手勢(shì)等。此部分的核心代碼是:flutter倉庫下的flutter package，以及sky_engine倉庫下的io,async,ui(dart:ui庫提供了Flutter框架和引擎之間的接口)等package。

Engine使用C++實(shí)現(xiàn)，主要包括:Skia,Dart和Text。Skia是開源的二維圖形庫，提供了適用于多種軟硬件平臺(tái)的通用API。其已作為Google Chrome，Chrome OS，Android, Mozilla Firefox, Firefox OS等其他眾多產(chǎn)品的圖形引擎，支持平臺(tái)還包括Windows7+,macOS 10.10.5+,iOS8+,Android4.1+,Ubuntu14.04+等。Dart部分主要包括:Dart Runtime，Garbage Collection(GC)，如果是Debug模式的話，還包括JIT(Just In Time)支持。Release和Profile模式下，是AOT(Ahead Of Time)編譯成了原生的arm代碼，并不存在JIT部分。Text即文本渲染，其渲染層次如下:衍生自minikin的libtxt庫(用于字體選擇，分隔行)。HartBuzz用于字形選擇和成型。Skia作為渲染/GPU后端，在Android和Fuchsia上使用FreeType渲染，在iOS上使用CoreGraphics來渲染字體。

Embedder是一個(gè)嵌入層，即把Flutter嵌入到各個(gè)平臺(tái)上去，這里做的主要工作包括渲染Surface設(shè)置,線程設(shè)置，以及插件等。從這里可以看出，F(xiàn)lutter的平臺(tái)相關(guān)層很低，平臺(tái)(如iOS)只是提供一個(gè)畫布，剩余的所有渲染相關(guān)的邏輯都在Flutter內(nèi)部，這就使得它具有了很好的跨端一致性。

Flutter工程結(jié)構(gòu)
本文使用開發(fā)環(huán)境為flutter beta v0.3.1，對(duì)應(yīng)的engine commit:09d05a389。

以hello_flutter工程為例，F(xiàn)lutter工程結(jié)構(gòu)如下所示:

其中ios為iOS部分代碼，使用CocoaPods管理依賴，android為Android部分代碼，使用Gradle管理依賴，lib為dart代碼，使用pub管理依賴。類似iOS中Cocoapods對(duì)應(yīng)的Podfile和Podfile.lock，pub下則是pubspec.yaml和pubspec.lock。

Flutter模式

對(duì)于Flutter，它支持常見的debug,release,profile等模式，但它又有其不一樣。

Debug模式：對(duì)應(yīng)了Dart的JIT模式，又稱檢查模式或者慢速模式。支持設(shè)備，模擬器(iOS/Android)，此模式下打開了斷言，包括所有的調(diào)試信息，服務(wù)擴(kuò)展和Observatory等調(diào)試輔助。此模式為快速開發(fā)和運(yùn)行做了優(yōu)化，但并未對(duì)執(zhí)行速度，包大小和部署做優(yōu)化。Debug模式下，編譯使用JIT技術(shù)，支持廣受歡迎的亞秒級(jí)有狀態(tài)的hot reload。

Release模式：對(duì)應(yīng)了Dart的AOT模式，此模式目標(biāo)即為部署到終端用戶。只支持真機(jī)，不包括模擬器。關(guān)閉了所有斷言，盡可能多地去掉了調(diào)試信息，關(guān)閉了所有調(diào)試工具。為快速啟動(dòng)，快速執(zhí)行，包大小做了優(yōu)化。禁止了所有調(diào)試輔助手段，服務(wù)擴(kuò)展。

Profile模式：類似Release模式，只是多了對(duì)于Profile模式的服務(wù)擴(kuò)展的支持，支持跟蹤，以及最小化使用跟蹤信息需要的依賴，例如，observatory可以連接上進(jìn)程。Profile并不支持模擬器的原因在于，模擬器上的診斷并不代表真實(shí)的性能。

鑒于Profile同Release在編譯原理等上無差異，本文只討論Debug和Release模式。

事實(shí)上flutter下的iOS/Android工程本質(zhì)上依然是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的iOS/Android的工程，flutter只是通過在BuildPhase中添加shell來生成和嵌入App.framework和Flutter.framework(iOS),通過gradle來添加flutter.jar和vm/isolate_snapshot_data/instr(Android)來將Flutter相關(guān)代碼編譯和嵌入原生App而已。因此本文主要討論因flutter引入的構(gòu)建，運(yùn)行等原理。編譯target雖然包括arm,x64,x86,arm64，但因原理類似，本文只討論arm相關(guān)(如無特殊說明，android默認(rèn)為armv7)。

Flutter代碼的編譯與運(yùn)行(iOS)
Release模式下的編譯
release模式下，flutter下iOS工程中dart代碼構(gòu)建鏈路如下所示:

其中g(shù)en_snapshot是dart編譯器，采用了tree shaking(類似依賴樹邏輯，可生成最小包，也因而在Flutter中禁止了dart支持的反射特性)等技術(shù),用于生成匯編形式的機(jī)器代碼，再通過xcrun等編譯工具鏈生成最終的App.framework。換句話說，所有的dart代碼，包括業(yè)務(wù)代碼，三方package代碼，它們所依賴的flutter框架代碼，最終將會(huì)變成App.framework。

tree shaking功能位于gen_snapshot中，對(duì)應(yīng)邏輯參見: engine/src/third_party/dart/runtime/vm/compiler/aot/precompiler.cc

dart代碼最終對(duì)應(yīng)到App.framework中的符號(hào)如下所示:

事實(shí)上，類似Android Release下的產(chǎn)物(見下文)，App.framework也包含了kDartVmSnapshotData，kDartVmSnapshotInstructions，kDartIsolateSnapshotData，kDartIsolateSnapshotInstructions四個(gè)部分。為什么iOS使用App.framework這種方式，而不是Android的四個(gè)文件的方式呢？原因在于在iOS下，因?yàn)橄到y(tǒng)的限制，F(xiàn)lutter引擎不能夠在運(yùn)行時(shí)將某內(nèi)存頁標(biāo)記為可執(zhí)行，而Android是可以的。

Flutter.framework對(duì)應(yīng)了Flutter架構(gòu)中的engine部分，以及Embedder。實(shí)際中Flutter.framework位于flutter倉庫的/bin/cache/artifacts/engine/ios*下，默認(rèn)從google倉庫拉取。當(dāng)需要自定義修改的時(shí)候，可通過下載engine源碼，利用Ninja構(gòu)建系統(tǒng)來生成。

Flutter相關(guān)代碼的最終產(chǎn)物是:App.framework(dart代碼生成)和Flutter.framework(引擎)。從Xcode工程的視角看，Generated.xcconfig描述了Flutter相關(guān)環(huán)境的配置信息，然后Runner工程設(shè)置中的Build Phases新增的xcode_backend.sh實(shí)現(xiàn)了Flutter.framework的拷貝(從Flutter倉庫的引擎到Runner工程根目錄下的Flutter目錄)與嵌入和App.framework的編譯與嵌入。最終生成的Runner.app中Flutter相關(guān)內(nèi)容如下所示:

其中flutter_assets是相關(guān)的資源，代碼則是位于Frameworks下的App.framework和Flutter.framework。

Debug模式下的編譯
Debug模式下flutter的編譯，結(jié)構(gòu)類似Release模式，差異主要表現(xiàn)為兩點(diǎn):

1.Flutter.framework

因?yàn)槭荄ebug，此模式下Framework中是有JIT支持的，而在Release模式下并沒有JIT部分。

2.App.framework

不同于AOT模式下的App.framework是Dart代碼對(duì)應(yīng)的本地機(jī)器代碼，JIT模式下，App.framework只有幾個(gè)簡(jiǎn)單的API，其Dart代碼存在于snapshot_blob.bin文件里。這部分的snapshot是腳本快照，里面是簡(jiǎn)單的標(biāo)記化的源代碼。所有的注釋，空白字符都被移除，常量也被規(guī)范化，也沒有機(jī)器碼，tree shaking或者是混淆。

App.framework中的符號(hào)表如下所示:

對(duì)Runner.app/flutter_assets/snapshot_blob.bin執(zhí)行strings命令可以看到如下內(nèi)容:

Debug模式下main入口的調(diào)用堆棧如下:

debug isolate main callstack

Flutter代碼的編譯與運(yùn)行(Android)
鑒于Android和iOS除了部分平臺(tái)相關(guān)的特性外，其他邏輯如Release對(duì)應(yīng)AOT，Debug對(duì)應(yīng)JIT等均類似，此處只涉及兩者不同。

Release模式下的編譯
release模式下，flutter下Android工程中dart代碼整個(gè)構(gòu)建鏈路如下所示:

其中vm/isolate_snapshot_data/instr內(nèi)容均為arm指令，將會(huì)在運(yùn)行時(shí)被engine載入，并標(biāo)記vm/isolate_snapshot_instr為可執(zhí)行。vm_中涉及runtime等服務(wù)(如gc)，用于初始化DartVM，調(diào)用入口見Dart_Initialize(dart_api.h)。isolate__則是對(duì)應(yīng)了我們的App代碼，用于創(chuàng)建一個(gè)新的isolate,調(diào)用入口見Dart_CreateIsolate(dart_api.h)。flutter.jar類似iOS的Flutter.framework，包括了engine部分的代碼(Flutter.jar中的libflutter.so)，以及一套將Flutter嵌入Android的類和接口(FlutterMain,FlutterView,FlutterNativeView等)。實(shí)際中flutter.jar位于flutter倉庫的/bin/cache/artifacts/engine/android*下，默認(rèn)從google倉庫拉取。當(dāng)需要自定義修改的時(shí)候，可通過下載engine源碼，利用Ninja構(gòu)建系統(tǒng)來生成flutter.jar。

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