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Flutter 架構

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Flutter框架分三層
Framework，Engine， Embedder

Framework使用dart語言實現，包括UI，文本，圖片，按鈕等Widgets，渲染，動畫，手勢等。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++實現，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的通用API。其已作為Google Chrome，Chrome OS，Android, Mozilla Firefox, Firefox OS等其他眾多產品的圖形引擎，支持平臺還包括Windows, macOS, iOS，Android，Ubuntu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是一個嵌入層，通過該層把Flutter嵌入到各個平臺上去，Embedder的主要工作包括渲染Surface設置, 線程設置，以及插件等。平臺(如iOS)只是提供一個畫布，剩余的所有渲染相關的邏輯都在Flutter內部，這就使得它具有了很好的跨端一致性。

Dart語言

Dart 也是一種VM語言，所以在每個運行flutter的app中都有一個dart的運行環境。編譯模式支持AOT和JIT。
Dart最開始是google設計出來替代javascript的，但是并沒有湊效。后面Flutter選擇了Dart, 才使Dart活躍起來。

Dart語言的特點：

• 單進程異步事件模型

• 強類型，可以類型推斷

• 具有極高的運行效率和優秀的代碼運行優化的VM，根據早前的基準測試，性能比肩 Java7 的JVM；

• 獨特的隔離區( Isolate )，可以實現多線程

• 面向對象編程，一切數據類型均派生自 Object

• 運算符重載，泛型支持

• 強大的 Future 和 Stream 模型,可以簡單實現高效的代碼

• Minix 特性，可以更好的實現方法復用

• 全平臺語言，可以很好的勝任移動和前后端的開發

• 在語法上，Dart 提供了很多便捷的操作

Flutter線程管理

Flutter Engine自己不創建, 管理線程。Flutter Engine線程的創建和管理是由embedder負責的

Embeder提供四個Task Runner, 每個Task Runner負責不同的任務，Flutter Engine不在乎Task Runner具體跑在哪個線程，但是它需要線程配置在整一個生命周期里面保持穩定。也就是說一個Runner最好始終保持在同一線程運行

Platform Task Runner

是Flutter Engine的主Task Runner，運行Platform Task Runner的線程可以理解為是主線程。類似于Android Main Thread或者iOS的Main Thread。對于Flutter Engine來說Platform Runner所在的線程跟其它線程并沒有實質上的區別。 可以同時啟動多個Engine實例，每個Engine對應一個Platform Runner，每個Runner跑在各自的線程里。這也是Fuchsia（Google正在開發的操作引擎）里Content Handler的工作原理。一般情況下，一個Flutter應用啟動的時候會創建一個Engine實例，Engine創建的時候會創建一個線程供Platform Runner使用。

跟Flutter Engine的所有交互（接口調用）必須發生在Platform Thread，試圖在其它線程中調用Flutter Engine會導致無法預期的異常。這跟Android和IOS對于UI的操作都必須在主線程進行相類似。需要注意的是在Flutter Engine中有很多模塊都是非線程安全的。一旦引擎正常啟動運行起來，所有引擎API調用都將在Platform Thread里發生。

Platform Runner所在的Thread不僅僅處理與Engine交互，它還處理來自平臺的消息。這樣的處理比較方便的，因為幾乎所有引擎的調用都只有在Platform Thread進行才能是安全的，Native Plugins不必要做額外的線程操作就可以保證操作能夠在Platform Thread進行。如果Plugin自己啟動了額外的線程，那么它需要負責將返回結果派發回Platform Thread以便Dart能夠安全地處理。規則很簡單，對于Flutter Engine的接口調用都需保證在Platform Thread進行。

阻塞Platform Thread不會直接導致Flutter應用的卡頓（跟iOS android主線程不同）。盡管如此，平臺對Platform Thread還是有強制執行限制。所以建議復雜計算邏輯操作不要放在Platform Thread而是放在其它線程（不包括我們現在討論的這個四個線程）。其他線程處理完畢后將結果轉發回Platform Thread。長時間卡住Platform Thread應用有可能會被系統Watchdot強行殺死。

UI Task Runner

Flutter Engine用于執行Dart root isolate代碼。Root isolate比較特殊，它綁定了不少Flutter需要的函數方法。Root isolate運行應用的main code。引擎啟動的時候為其增加了必要的綁定，使其具備調度提交渲染幀的能力。

1. 對于每一幀，引擎要做的事情有：

2. Root isolate通知Flutter Engine有幀需要渲染。

3. Flutter Engine通知平臺，需要在下一個vsync的時候得到通知。

4. 平臺等待下一個vsync

5. 對創建的對象和Widgets進行Layout并生成一個Layer Tree，Layer Tree馬上被提交給Flutter Engine。當前階段沒有進行任何光柵化，這個步驟僅是生成了對需要繪制內容的描述。

6. 創建或者更新Tree，這個Tree包含了用于屏幕上顯示Widgets的語義信息。這個東西主要用于平臺相關的輔助Accessibility元素的配置和渲染。

除了渲染相關邏輯之外Root Isolate還是處理來自Native Plugins的消息響應，Timers，MicroTasks和異步IO。
Root Isolate負責創建管理的Layer Tree最終決定什么內容要繪制到屏幕上。因此這個線程的過載會直接導致卡頓掉幀。
如果確實有無法避免的繁重計算，建議將其放到獨立的Isolate去執行，比如使用compute關鍵字或者放到非Root Isolate，這樣可以避免應用UI卡頓。但是需要注意的是非Root Isolate缺少Flutter引擎需要的一些函數綁定，你無法在這個Isolate直接與Flutter Engine交互。所以只在需要大量計算的時候采用獨立Isolate。

GPU Task Runner

用于執行設備GPU的相關調用。UI Task Runner創建的Layer Tree信息是平臺不相關，也就是說Layer Tree提供了繪制所需要的信息，具體如何實現繪制取決于具體平臺和方式，可以是OpenGL，Vulkan，軟件繪制或者其他Skia配置的繪圖實現。GPU Task Runner中的模塊負責將Layer Tree提供的信息轉化為實際的GPU指令。GPU Task Runner同時也負責配置管理每一幀繪制所需要的GPU資源，這包括平臺Framebuffer的創建，Surface生命周期管理，保證Texture和Buffers在繪制的時候是可用的。

基于Layer Tree的處理時長和GPU幀顯示到屏幕的耗時，GPU Task Runner可能會延遲下一幀在UI Task Runner的調度。一般來說UI Runner和GPU Runner跑在不同的線程。存在這種可能，UI Runner在已經準備好了下一幀的情況下，GPU Runner卻還正在向GPU提交上一幀。這種延遲調度機制確保不讓UI Runner分配過多的任務給GPU Runner。

GPU Runner可以導致UI Runner的幀調度的延遲，GPU Runner的過載會導致Flutter應用的卡頓。一般來說用戶沒有機會向GPU Runner直接提交任務，因為平臺和Dart代碼都無法跑進GPU Runner。但是Embeder還是可以向GPU Runner提交任務的。因此建議為每一個Engine實例都新建一個專用的GPU Runner線程。

IO Task Runner

主要功能是從圖片存儲（比如磁盤）中讀取壓縮的圖片格式，將圖片數據進行處理為GPU Runner的渲染做好準備。在Texture的準備過程中，IO Runner首先要讀取壓縮的圖片二進制數據（比如PNG，JPEG），將其解壓轉換成GPU能夠處理的格式然后將數據上傳到GPU。這些復雜操作如果跑在GPU線程的話會導致Flutter應用UI卡頓。但是只有GPU Runner能夠訪問GPU，所以IO Runner模塊在引擎啟動的時候配置了一個特殊的Context，這個Context跟GPU Runner使用的Context在同一個ShareGroup。事實上圖片數據的讀取和解壓是可以放到一個線程池里面去做的，但是這個Context的訪問只能在特定線程才能保證安全。這也是為什么需要有一個專門的Runner來處理IO任務的原因。獲取諸如ui.Image這樣的資源只有通過async call，當這個調用發生的時候Flutter Framework告訴IO Runner進行剛剛提到的那些圖片異步操作。這樣GPU Runner可以使用IO Runner準備好的圖片數據而不用進行額外的操作。

用戶操作，無論是Dart Code還是Native Plugins都是沒有辦法直接訪問IO Runner。盡管Embeder可以將一些一般復雜任務調度到IO Runner，這不會直接導致Flutter應用卡頓，但是可能會導致圖片和其它一些資源加載的延遲間接影響性能。所以建議為IO Runner創建一個專用的線程

android & iOS平臺上面每一個Engine實例啟動的時候會為UI，GPU，IO Runner各自創建一個新的線程。所有Engine實例共享同一個Platform Runner線程

isolate

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An isolated Dart execution context

isolate是Dart對actor并發模式的實現。運行中的Dart程序由一個或多個actor組成，actor也就是Dart概念里面的isolate。isolate是隔離的，每個isolate有自己的內存和單線程運行的實體. isolate之間不互相共享內存，且獨立GC。
isolate中的代碼是順序執行的，且是單線程，所以不存在資源競爭和變量狀態同步的問題，也就不需要鎖。Dart中的并發都是多個isolate并行實現的

由于isolate不共享內存，所以isolate之間不能直接互相通信，只能通過Port進行通信，而且是異步的

Flutter Engine Runners與Dart Isolate

Dart的Isolate是Dart虛擬機自己管理的，Flutter Engine無法直接訪問。Root Isolate通過Dart的C++調用能力把UI渲染相關的任務提交到UI Runner執行, 這樣就可以跟Flutter Engine相關模塊進行交互，Flutter UI相關的任務也被提交到UI Runner也可以相應的給Isolate一些事件通知，UI Runner同時也處理來自App方面Native Plugin的任務。 Dart isolate跟Flutter Runner是相互獨立的，它們通過任務調度機制相互協作。

Dart內存管理

Dart VM將內存管理分為新生代(New Generation)和老年代(Old Generation)

• 新生代：初次分配的對象都位于新生代中，該區域主要是存放內存較小并且生命周期較短的對象，比如局部變量。新生代會頻繁執行內存回收(GC)，回收采用“復制-清除”算法，將內存分為兩塊，運行時每次只使用其中的一塊，另一塊備用。當發生GC時，將當前使用的內存塊中存活的對象拷貝到備用內存塊中，然后清除當前使用內存塊，最后，交換兩塊內存的角色。

• 老年代: 在新生代的GC中“幸存”下來的對象，它們會被轉移到老年代中。老年代存放生命力周期較長，內存較大的對象。老年代的GC回收采用“標記-清除”算法，分成標記和清除兩個階段。在標記階段會觸發停頓，多線程并發的完成對垃圾對象的標記，降低標記階段耗時。在清理階段，由GC線程負責清理回收對象，和應用線程同時執行，不影響應用運行。

Flutter中的image所占的內存

Android將中內存分java內存或native內存，通常在代碼中的申請的內存都在這兩個范圍內

java內存是指java或kotlin分配的內存對象
native內存是指由C/C++中分配的內存，也包括一些android原生系統占用的內存，如圖像資源和其他圖形等

Flutter中的image占用的不用這兩種內存，而是Graphics內存，Graphics內存內存是指圖形緩沖區隊列向屏幕顯示像素所使用的內存，圖形緩沖區是指GL表面，GL紋理等。Graphics內存是與CPU共享的內存，而不是GPU專用的內存

Flutter運行模式

Flutter常見的種運行模式：Debug，Release和Profile

Release和Profile模式比較類似，不用之處在于Profile模式的服務擴展的支持，支持跟蹤，以及最小化使用跟蹤信息需要的依賴。Profile并不支持模擬器，原因在于模擬器上的診斷并不代表真實的性能。所有重點截介紹
Debug和Release的差異

• Debug模式：使用JIT編譯，支持模擬器和設備。打開了斷言支持，包括所有的調試信息，服務擴展和Observatory等調試輔助。此模式為快速開發和運行做了優化，但并未對執行速度，包大小和部署做優化。
  所以能實現秒級別的hot reload

• Release模式：使用AOT編譯，只支持真機，不支持模擬器。關閉了所有斷言，盡可能多地去掉了調試信息，關閉了所有調試工具。為快速啟動，快速執行，包大小做了優化。禁止了所有調試輔助手段，服務擴展。

Flutter Platform Channel

Platform Channel用來實現flutter和Native之間的通訊，實現方式類似遠程通訊。

Flutter定義了三種Channel：

• BasicMessageChannel：用于傳遞字符串和半結構化的信息

• MethodChannel：用于傳遞方法調用（method invocation）

• EventChannel: 用于數據流（event streams）的通信

這三種channel的工作原理都一致，都用三個基本的屬性：

• name: String類型，代表Channel的名字，也是其唯一標識符

• Messager：BinaryMessenger類型，代表消息信使，是消息的發送與接收的工具

• codec: MessageCodec類型或MethodCodec類型，代表消息的編解碼器

BinaryMessenger是Native端與Flutter端通信的工具，其通信使用的消息格式為二進制格式數據。初始化一個Channel，并向該Channel注冊處理消息的Handler時，實際上會生成一個與之對應的BinaryMessageHandler，并以channel name為key，注冊到BinaryMessenger中。當Flutter端發送消息到BinaryMessenger時，BinaryMessenger會根據其入參channel找到對應的BinaryMessageHandler，并交由其處理。

BinaryMessenger只和BinaryMessageHandler通訊。而Channel和BinaryMessageHandler則是一一對應的。由于Channel從BinaryMessageHandler接收到的消息是二進制格式數據，無法直接使用，故Channel會將該二進制消息通過Codec（消息編解碼器）解碼為能識別的消息并傳遞給Handler進行處理。

當Handler處理完消息之后，會通過回調函數返回result，并將result通過編解碼器編碼為二進制格式數據，通過BinaryMessenger發送回Flutter端。

Codec：息編解碼器，主要用來將二進制格式的數據轉化為Handler能夠識別的數據，Flutter定義了兩種Codec：MessageCodec和MethodCodec

MessageCodec用于二進制格式數據與基礎數據之間的編碼和解碼。有多重實現如：BinaryCodec， StringCodec， JSONMessageCodec等

MethodCodec用于二進制數據與方法調用(MethodCall)和返回結果之間的編解碼。MethodChannel和EventChannel所使用的編解碼器均為MethodCodec。

MethodCodec用于MethodCall對象的編解碼，一個MethodCall對象代表一次從Flutter端發起的方法調用。MethodCall有2個成員變量：String類型的method代表需要調用的方法名稱，通用類型(Android中為Object，iOS中為id)的arguments代表需要調用的方法入參。

由于處理的是方法調用，MethodCodec多了對調用結果的處理。當方法調用成功時，使用encodeSuccessEnvelope將result編碼為二進制數據，而當方法調用失敗時，則使用encodeErrorEnvelope將error的code、message、detail編碼為二進制數據。

MethodCodec有兩種實現：JSONMethodCodec和StandardMethodCodec

由于Platform Channel運行在flutter App的UI Task Runner, 對應的native實現運行在Platform Task Runner，而Platform Task Runner運行在主線程，所以在native實現是不能進行耗時的操作，且Platform Task Runner是非線程安全的，所以要保證回調函數在主線程中執行

Platform Channel支持大數據傳遞，傳遞大內存數據塊時，使用BasicMessageChannel以及BinaryCodec。而整個數據傳遞的過程中，唯一可能出現數據拷貝的位置為native二進制數據轉化為Dart語言二進制數據。若二進制數據大于閾值時（目前閾值為1000byte）則不會拷貝數據，直接轉化，否則拷貝一份再轉化。

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網站標題：flutter是什么
轉載來于：http://www.2m8n56k.cn/article44/ipceee.html

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