重磅|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。
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