深入理解flutter的编译原理与优化

原创

于 2018-06-02 11:30:00 发布 · 885 阅读

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问题背景

对于开发者而言，什么是Flutter？它是用什么语言编写的，包含哪几部分，是如何被编译，运行到设备上的呢？Flutter如何做到Debug模式Hot Reload快速生效变更，Release模式原生体验的呢？Flutter工程和我们的Android/iOS工程有何差别，关系如何，又是如何嵌入Android/iOS的呢？Flutter的渲染和事件传递机制如何工作？Flutter支持热更新吗？Flutter官方并未提供iOS下的armv7支持，确实如此吗？在使用Flutter的时候，如果发现了engine的bug，如何去修改和生效？构建缓慢或出错又如何去定位，修改和生效呢？

凡此种种，都需要对Flutter从设计，开发构建，到最终运行有一个全局视角的观察。

本文将以一个简单的hello_flutter为例，介绍下Flutter相关原理及定制与优化。

Flutter简介

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Flutter的架构主要分成三层:Framework，Engine和Embedder。

Framework使用dart实现，包括Material Design风格的Widget,Cupertino(针对iOS)风格的Widgets，文本/图片/按钮等基础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。

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Embedder是一个嵌入层，即把Flutter嵌入到各个平台上去，这里做的主要工作包括渲染Surface设置,线程设置，以及插件等。从这里可以看出，Flutter的平台相关层很低，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。

Flutter工程结构

本文使用开发环境为flutter beta v0.3.1，对应的engine commit:09d05a389。

以hello_flutter工程为例，Flutter工程结构如下所示:

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其中ios为iOS部分代码，使用CocoaPods管理依赖，android为Android部分代码，使用Gradle管理依赖，lib为dart代码，使用pub管理依赖。类似iOS中Cocoapods的Podfile和Podfile.lock，pub下对应的是pubspec.yaml和pubspec.lock。

Flutter模式

对于Flutter，它支持常见的debug,release,profile等模式，但它又有其不一样。

Debug模式：对应了Dart的JIT模式，又称检查模式或者慢速模式。支持设备，模拟器(iOS/Android)，此模式下打开了断言，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。Debug模式下，编译使用JIT技术，支持广受欢迎的亚秒级有状态的hot reload。

Release模式：对应了Dart的AOT模式，此模式目标即为部署到终端用户。只支持真机，不包括模拟器。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。

Profile模式：类似Release模式，只是多了对于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，例如，observatory可以连接上进程。Profile并不支持模拟器的原因在于，模拟器上的诊断并不代表真实的性能。

鉴于Profile同Release在编译原理等上无差异，本文只讨论Debug和Release模式。

事实上flutter下的iOS/Android工程本质上依然是一个标准的iOS/Android的工程，flutter只是通过在BuildPhase中添加shell来生成和嵌入App.framework和Flutter.framework(iOS),通过gradle来添加flutter.jar和vm/isolatesnapshotdata/instr(Android)来将Flutter相关代码编译和嵌入原生App而已。因此本文主要讨论因flutter引入的构建，运行等原理。编译target虽然包括arm,x64,x86,arm64，但因原理类似，本文只讨论arm相关(如无特殊说明，android默认为armv7)。