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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