从0到1设计通用数据大屏搭建平台

作者：vivo 互联网大数据团队- Wang Lei

一、前言

一直以来，许多产品平台都在尝试通过可视化搭建的手段来降低 GUI 应用的研发门槛，提高生产效率。随着我们业务的发展，数据建设的完善，用户对于数据可视化的诉求也日益增多，而数据大屏是数据可视化的其中一种展示方式，它作为大数据展示媒介的一种，被广泛运用于各种会展、公司展厅、发布会等。

相比于传统手工定制的图表与数据仪表盘，通用大屏搭建平台的出现，可以解决定制开发, 数据分散带来的应用开发、数据维护成本高等问题，通过数据采集、清洗、分析到直观实时的数据可视化展现，能够多方位、多角度、全景展现各项指标，实时监控，动态一目了然。

本文将通过敏捷BI平台的通用大屏搭建能力的实现方案，来讲解一下通用可视化搭建平台整体的设计思路。

二、快速了解可视化大屏

2.1 什么是数据可视化

从技术层面上来讲，最直观的就是前端可视化框架：Echart、Antv、Chart.js、D3.js、Vega 等，这些库都能帮我们快速把数据转换成各种形式的可视化图表。

从业务层面来讲，其最主要的意义就在于通过数据 -> 图表组合 -\> 可视化页面这一业务流程，来帮助用户更加直观整体的分析不同行业和场景的趋势和规律。

所以在数据领域里，对于复杂难懂且体量庞大的数据而言，图表的信息量要大得多，这也是数据可视化最根本的目的。

2.2 可视化大屏都有哪些部分

主要由可视化组件 + 事件交互 + 坐标关系组成，效果如下图所示：

2.3 可视化大屏和常见的BI报表看板的区别

经常会有同学会问到，可视化大屏和BI报表看板的区别是什么？

这里简单的做一下介绍：

大屏和报表看板都只是BI的其中一种展现方式，大屏更多是通过不同尺寸的显示器硬件上进行投屏，而报表看板更多是在电脑端进行展示使用。
大屏更加注重数据动态变化，会有极强的视觉体验和冲击力，提供丰富的轮播动画、表格滚动等动画特效。而报表看板更注重交互式数据探索分析，例如上卷下钻、排序、过滤、图表切换、条件预警等。

三、设计思路

3.1 技术选型

前端框架：React 全家桶（个人习惯）
可视化框架：Echarts[DataV-React](https://github.com/DataV-Team...) (封装度高，json结构的配置项易拓展) D3.js（可视化元素粒度小、定制能力强）
拖拽插件：dnd-kit （满足树状结构视图的跨组件拖拽）
布局插件：React-Grid-Layout（网格自由布局，修改源码，支持多个方向的拖拽，自由布局、锁定缩放比等）

3.2 架构设计

下图是我们搭建平台的整体架构设计：

整个大屏搭建平台包含四个非常重要的子系统和模块：

可视化物料中心：是整个平台最基础的模块，我们在开源的图表库和自主开发的可视化组件上面定义了一层标准的 DSL 协议，这个协议和接入画布编辑器的协议是对应的，目前已经有 40+ 相关组件，组件数量还在不断增长。
画布编辑器：是搭建平台的核心与难点，支持页面布局配置、页面交互配置和组件数据配置等功能，另外还支持代码片段的配置，也可以称得上是一个低代码平台。
数据中心：是提供专门用于连接不同数据源的服务，例如直连 MySQL、ClickHouse、Elasticsearch、Presto 等，提供了大屏搭建所需要的原始数据。
管理中心：是大屏的后台运营管理模块，包含了大屏模版管理、大屏发布下线、访问权限等管理功能。

3.3 搭建流程

通过上面提到的大屏组成元素，我们可以分析总结出大屏搭建主流程如下图所示：

四、核心功能实现

接下来我们会逐一对平台几个核心功能实现进行解析：

1、大屏自适应布局

背景：解决页面错乱问题，实现多种分辨率的大屏适配：

思考：首先我们想到的是移动端适配主流的 vh、vw、rem组合的方式以及 font.js+rem 等两种方案。第一种方案主要是通过媒体查询来定义父级大小，然后对组件的height、margin、padding等多种css属性采用rem作为单位，继承父级设置等单位（1vw）,实现自适应适配，第二种方案是引用第三方脚本，通过在main.js中写代码计算，使用rem进行继承,实现适配。

① vh、vw、rem组合

//vw vh单位 w3c的官方解释 vw：1% of viewport’s width vh：1% of viewport’s height
//例如，设计稿的宽度为1920px，则1vw=19.2px，为了方便计算，我们将html元素的font-size大小设置为100px，也就是5.208vw=100px。
body,html {
     font-size:5.208vw
}

② font.js + rem

//监听窗口的oversize事件，来动态计算根节点字体大小，再配合rem做适配
(function(doc, win) {
    const docEl = doc.documentElement
    const resizeEvt = 'orientationchange' in window ? 'orientationchange' : 'resize'
    const recalc = function() {
      let clientWidth = docEl.clientWidth
      if (!clientWidth) return
      docEl.style.fontSize = 100 * (clientWidth / 1920) + 'px'
    }
    if (!doc.addEventListener) return
    win.addEventListener(resizeEvt, recalc, false)
    doc.addEventListener('DOMContentLoaded', recalc, false)
})(document, window)

缺陷：当我们大屏里面使用到的第三方插件，它的样式使用的是px为单位时，例如 line-height 的设置为20px，此时就不能适应行高，就会出现重叠等错乱问题。或者我们利用 postcss-px2rem 插件进行全局替换，但是在使用过程中，需要注意对已经处理过适配的插件，例如 Ant Design，否则引入的antd 控件使用会出现样式错乱的问题

解决思路：采用了css3 的缩放 transform: scale(X，Y) 属性，主要是通过监听浏览器窗口的 onresize 事件，当窗口大小发生变化时，我们只需要根据大屏容器的实际宽高，去计算对应的放大缩小的比例，就可以实现布局的自适应了，我们也提供了不同的布局适应效果，例如等高缩放、等宽缩放、全屏铺满等，不同的缩放方式，决定了我们在计算宽高比例的优先级。因此我们后面在做画布的缩小功能，也可以直接使用这种方案来实现。

// 基于设置的设计稿尺寸 换算对应的宽高比
useEffect(() => {
    const wR = boxSize.width / viewWidth;
    const hR = boxSize.height / viewHeight;
 
    setBgScaleRatio(wR);
    setBgHeightScaleRatio(hR);
}, [boxSize, viewWidth, viewHeight]);
 
//根据等宽、等高、全屏等不同的缩放比例 计算scale值
const getScale = (proportion, x, y) => {
    if (proportion === 'radioWidth') {
        return `scaleX(${x})`
    }
    if (proportion === 'radioHeight') {
        return `scaleY(${y})`
    }
    return `scale(${x}, ${y})`
}

2、大屏组件通用开发流程设计

背景：随着可视化组件的增多、新增组件流程繁琐冗长，为了避免重复的造轮子以及后续引入第三方组件，需要制定一套通用的组件开发流程：

设计思路：组件 = component 组件主体 + schema 组件配置协议层 + 组件定义层（类型、从属关系、初始化宽高等）

① component 组件主体：

可视化框架选型：行业主流可视化库有 Echart、Antv、Chart.js、D3.js、Vega、DataV-React 基于可视化的通用性和定制性的需求，我们选择了 Echart、DataV-React 作为基础组件的开发框架，面对定制性要求更高的自定义组件，我们选择了可视化粒度更小的 D3.js。
封装通用 Echarts 组件（初始化、事件注册、实例注销等）：


// initialization echarts
const renderNewEcharts = () => {
    // 1. new echarts instance
    const echartObj = updateEChartsOption();
    // 2. bind events
    bindEvents(echartObj, onEvents || {});
    // 3. on chart ready
    if (typeof onChartReady === 'function') onChartReady(echartObj);
    // 4. on resize
    echartObj.resize();
};
 
// bind the events
const bindEvents = (instance, events) => {
    const _bindEvent = (eventName, func) => {
       instance.on(eventName, (param) => {
           func(param, instance);
       });
    };
 
    // loop and bind
    for (const eventName in events) {
        if (Object.prototype.hasOwnProperty.call(events, eventName)) {
            _bindEvent(eventName, events[eventName]);
        }
    }
};
 
// dispose echarts and clear size-sensor
const dispose = () => {
    if ($chartEl.current) {
       clear($chartEl.current);
       // dispose echarts instance
       (echartsLib || echarts).dispose($chartEl.current);
    }
};

封装通用 DataV 组件（DataV-React、自定义等组件入口，统一负责配置、数据收集、监听resize）


const DataV: React.FC = (props) => {
    const { config } = props;
    const [renderCounter, setRenderCounter] = useState(0);
    const $dataVWarpEl = useRef(null);
    const $componentEl = useRef(null);
 
    useEffect(() => {
        // 绑定容器size监听
        const resizefunc = debounce(() => {
            $componentEl.resize();
        }, 500)
       // fixme
       addResizeListener($dataVWarpEl.current, resizefunc);
       return () => {
           // 清除订阅
           removeResizeListener($dataVWarpEl.current, resizefunc);
       };
    }, []);
 
    return (
        
            
        
    );
};

② schema 组件配置协议层 + 组件定义层（类型、从属关系、初始化宽高等）

我们自定义了一套 schema 组件的DSL，结构协议层。通过DSL约定了组件的配置协议，包括组件的可编辑属性、编辑类型、初始值等，之所以定义一致的协议层，主要是方便后期的组件扩展，配置后移。

JSON Schema设计：

{
    headerGroupName: '公共配置',                         //配置所属类型
    headerGroupKey: 'widget',                           //配置所属类型key值 相同的key值都归属一类
    name: '标题名称',                                    //属性名称
    valueType: ['string'],                              //属性值类型
    optionLabels: [],                                   //服务下拉列表、多选框等控件的标签名
    optionValues: [],                                   //服务下拉列表、多选框等控件的标签值
    tip: false,                                         //配置项的 Tooltip 注解
    ui: ['input'],                                      //使用的控件类型
    class: false,                                       //控件类名，定制控件样式
    css: { width: '50%'},                               //修改控件样式
    dependencies: ['widget,title.show,true'],           //属性之间的联动，规则['配置所属类型, 属性key, 属性值']
    depContext: DepCommonShowState,                     //属性之间的校验回调方法
    compShow: ['line'],                                 //哪些组件可配置
    dataV: { key: 'title.text', value: '' },            //配置的key值和默认value值
},

表单DSL设计：

收益：以上是我们定制的DSL结构协议层，用户只需要填写Excel表格，就可以实现动态表单的创建，实现组件配置项分类、配置复用、配置项之间联动、属性注释等功能。目前属性配置器已经支持了常用的15种的配置UI控件，通过定制的DSL结构协议层，可以快速完成组件的配置界面初始化，为后续规划的组件物料中心做准备。

3、拖拽器实现

背景：React-Grid-Layout 拖拽插件不支持自由布局和组件不同纬度拖拽：

解决方案：通过分析源码，对不同纬度的拖拽事件以及拖拽目标碰撞事件进行了重写，并且也拓展了锁定宽高比、旋转透明度等功能。

源码分析：

resize伸缩特性增强（优化），拖拽的同时，除了修改容器宽高外，也动态调整了组件的坐标位置

// CSS Transforms support (default)
if (useCSSTransforms) {
    if (activeResize) {
        const { width, height, handle } = activeResize;
        const clonePos = { ...pos };
        if (["w", "nw", "sw"].includes(handle)) {
            clonePos.left -= clonePos.width - width;
        }
        if (["n", "nw", "ne"].includes(handle)) {
            clonePos.top -= clonePos.height - height;
        }
        style = setTransform(clonePos, this.props.angle);
    } else {
        style = setTransform(pos, this.props.angle);
    }
}

堆叠显示，自由布局（优化），通过控制布局是否压缩，动态调整拖拽目标的层级zIndex来实现多图层组件操作交互和自由定位。

// 每次拖拽时zIndex要在当前最大zIndex基础上 + 1，并返回给组件使用
const getAfterMaxZIndex = useCallback(i => {
    if (i === curDragItemI) {
        return;
    }
    setCurDragItemI(i);
    setMaxZIndex(maxZIndex => maxZIndex + 1);
    return maxZIndex;
}, []);

改造后效果展示

4、大屏状态推送

背景：大屏的后期维护需要有版本发布自更新以及大屏下线等需求，这个时候就需要有一套消息通知机制，通过命令来控制大屏的运行状态。

解决方案：基于websocket通信机制，建立长链接，实现了心跳及重连机制，实时对上线发布后的大屏进行更新或下线管理。

五、效果预览

六、总结

本文通过可视化页面搭建、no/low code 平台、Schema 动态表单等技术思想来分析讲解了如何去设计开发一个通用的数据大屏搭建平台。

当前的设计方案基本满足了数据大屏的核心能力搭建需求。如果想实现更富有展现力，满足更多场景的大屏搭建平台，我们还需要进一步提高平台的扩展性和完善整体的物料生态，具体规划如下：

丰富和拓展大屏组件&配置能力，覆盖不同行业的可视化场景。
可视化物料平台的搭建，沉淀优秀的可视化组件、大屏模版素材。
3D以及动效渲染引擎开发实现。