Flutter For Web 编译的两种方案

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前言

要问现在最火的移动端的框架是什么，每个人心中自有自己的答案。不过就笔者人而言，前端开发所做的更多是在显卡上绘制每一个像素的艺术。从这一出发点来看，Flutter 基于浏览器上的 DOM 树、安卓的 View、IOS 的 UIVeiw，从底层的自建渲染引擎来构建我们的应用 UI，并提供相关接口。目前 Flutter 关注度还是比较高的，Flutter 的热度已经超越⽼牌跨平台框架 React Native。不过吹捧了那么多，可能就会有小伙伴们要问了，Flutter 到底是个什么东西。接下来我们就一起来认识它。

Flutter 原理简介

Flutter 是由 Google 推出的开源的高性能跨平台框架，一个 2D 渲染引擎。在 Flutter中，Widget 是 Flutter 用户界面的基本构成单元，可以说一切皆 Widget。下面来看下 Flutter 框架的整体结构组成。

Flutter 框架的设计如下所示：

Flutter 框架是一个分层的结构，每个层都建立在前一层之上。

  • Framework（框架层）：这是一个纯 Dart 实现的 SDK；

    【Foundation】在最底层，主要定义给其他层使用的底层工具类和方法。

    【Animation】是动画相关的类。

    【Painting】封装了 Flutter Engine 提供的绘制接口，例如绘制缩放图像、插值生成阴影、绘制盒模型边框等。

    【Gesture】提供处理手势识别和交互的功能。

    【Rendering】是框架中的渲染库。

    【Widgets 】是 Flutter 提供的的一套基础组件库。Material 和 Cupertino 是两种视觉风格的组件库。

  • Engine（引擎层）：是 Flutter 的核心，这是一个纯 C++ 实现的 SDK，其中包括了 Skia 引擎、Dart 运行时、文字排版引擎等。在代码调用 dart:ui 库时，调用最终会走到 Engine 层，然后实现真正的绘制逻辑。
  • Embedder（嵌入层）：主要是将 Flutter 引擎 “安装” 到特定平台上，做好这一层的适配 Flutter 基本可以嵌入到任何平台上去。

Flutter 在移动端的实践中，目前来说已经有很成熟的业界方案了，但是 Flutter 在 web 的环境里面的应用还是有所欠缺的。今天我们先来研究下 Flutter 构建 web 程序的相关技术栈。

用于 Web 支持的两个方案

其实，最早在 2018 Flutter 1.0 的时候，Flutter 的产品经理 Tim Sneath 就推出了 Flutter Web。Flutter Web 想在单代码库的情况下，让 Flutter 应用拥有 Web 支持。开发者可以使用 Dart 编写应用并部署到任意的 Web 服务器上，或嵌入到浏览器中。甚至其他的 IOS、安卓、windows 设备，开发者都可以使用 Flutter 所具有的特性，也不需要特殊的浏览器插件支持。在 Flutter Web 的设计之初，主要考虑了两个方案用于 Web 支持:

  1. HTML + CSS + Canvas
  2. CSS Paint API (https://zhuanlan.zhihu.com/p/39931190)**优缺点：**

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 CSS Houdini (https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/Guide/Houdini)的组成部分。CSS 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。但目前 CSS Paint API 不支持文本，此外各家厂商对其支持也并不统一。

Flutter for Web 的两种编译器

Flutter 官方给我们提供了 dart2js 和 dartdevc 两个编译器，我们不仅可以将代码直接运行在 chrome 浏览器，也可以将 Flutter 代码编译为 js 文件部署在服务端。

1、dart2js 编译器

我们在调用 flutter run build 命令后会将项目的 main.dart 传入编译流程，最终输出的是构建产物中的 .dill 文件 。这个 .dill 文件很关键，笔者的理解是一种包含了 dart 程序的抽象语法树生成的 AST (http://caibaojian.com/ast.html)文件，能运行在所有的操作系统和 CPU 架构上。

在构建过程中 Flutter_tools 首先会将传入的参数进行组装，然后调用 dart2jsSnapshot。进行 dart 文件编译，生成 Weget 树的二进制文件的 .dill 文件，这个代码的位置在 dart-sdk/html/dart2js/html_dart2js.dart 路径下（对应版本：Flutter 2.5.3 Tools • Dart 2.14.4）。

dart2jsSnapshot 是一个专门为 web 平台转换做的解释器，类似于 Flutter Web_sdk。只不过 Flutter Web_sdk 的源码更多的是在调试时候做 debugger，效率很低。在 build 的时候，显然利用快照的方式比较合理。

dart2js 编译流程：

dart2js 调用的快照文件示例图：

如何生成 web 端代码

具体执行看这里：https://dart.dev/tools/dart2js

我们再来看下 build 之后的生成目录：

通过上面的介绍，我们知道整个转换流程中承上启下的关键产物就是 .dill 文件。那么他是如何通过代码生成的呢？

我们，首先通过 Flutter_tools (https://github.com/flutter/flutter/tree/master/packages/flutter\_tools) 调用到 dart2jsSnapshot 文件。调用的参数如下：

--libraries-spec=/Users/beike/Flutter/bin/cache/Flutter Web_sdk/libraries.json 
--native-null-assertions
-Ddart.vm.product=true 
-DFlutter Web_AUTO_DETECT=true 
--no-source-maps // 是否生成sourcemap的选项；
-O1 
-o 
--cfe-only // 代表只完成前端编译，生成kernel文件后就不继续下面的后端编译流程。
/Users/beike/path_to_js/main.dart.js 
/Users/beike/path_to_dill/app.dill

其中 O1 代表优化等级，dart2js 支持 O0 - O4 共 5 种优化，O4 的优化程度最高。通过优化可以减少产物的大小并且优化代码的性能。

Dart2js 的后端编译主要包括以下代码:

  1. 首先，编译器会将传入的 .dill 通过 BinaryBuilder 加载到 Component 中并存储在 KernelResult 中；
 KernelResult result = await kernelLoader.load(uri);

2 . computeClosedWorld() 方法会将第一步解析出来的所有 Library 解析成 JsClosedWorld。

 JsClosedWorld closedWorld = selfTask.measureSubtask("computeClosedWorld", () => computeClosedWorld(rootLibraryUri, libraries));

JsClosedWorld 代表了通过 closed-world 语义编译之后的代码。它的结构如下：

 class JsClosedWorld implements JClosedWorld {
    static const String tag = 'closed-world';
    @override final NativeData nativeData;
    @override final InterceptorData interceptorData;
    @override final BackendUsage backendUsage;
    @override final NoSuchMethodData noSuchMethodData;
    FunctionSet _allFunctions;
    final Map<classentity, Set> mixinUses;
          Map<classentity, List> _liveMixinUses;
    final Map<classentity, Set> typesImplementedBySubclasses; 
    final Map<classentity, Map> _subtypeCoveredByCache = <classentity, Map>{};
    // TODO(johnniwinther): Can this be derived from [ClassSet]s? 
    final Set implementedClasses;
    final Set liveInstanceMembers;
    // Members that are written either directly or through a setter selector.
    final Set assignedInstanceMembers;    
    @override final Set liveNativeClasses;
    @override final Set processedMembers;
    ...
  }

3 . 然后，使用JsClosedWorld() 方法进行代码优化，包括下面代码中的 performGlobalTypeInference() 方法。

 GlobalTypeInferenceResults globalInferenceResults = performGlobalTypeInference(closedWorld);

4 . 最终，generateJavaScriptCode() 方法会将上边返回的结果通过 JSBuilder 生成最终的 js AST 也就是 .dill文件。

 generateJavaScriptCode(globalInferenceResults);

2、dartdevc 编译器

在 dartdevc 我们不仅可以将代码直接运行在 chrome 浏览器，也可以将 flutter 代码编译为 js 文件部署在服务端。如果代码运行在 chrome 浏览器，flutter_tools 会使用 dartdevc 编译器进行编，如下图：

dartdevc 是支持增量编译的，开发者可以像调试 Flutter Mobile 代码一样使用 hot reload 来提升调试效率。Flutter for Web 调试也是非常方便的，编译后的代码是默认支持 source map，当运行在 web 浏览器时，开发者是不用关心生成的 js 代码是怎样的。

好了，接下来我们从一个简单的案例 (https://gitee.com/suckson/flutter-web-test)入手，看看 Flutter，是如何一步一步将 web 转换为我们的 js，并在浏览器中使用和绘制出一个页面。

关键代码部分：

Widget build(BuildContext context) {
  return Scaffold(
    appBar: AppBar(
      title: Text(widget.title, style: TextStyle(color: Colors.white),),
    ),
    body: Center(
      child: Column(
        mainAxisAlignment: MainAxisAlignment.center,
        children: <Widget>[
          Container(
            width: 250,
            height: 250,
            color: Colors.orange,
            child: Center(
              child: Text("6", style: TextStyle(fontSize: 200.0, color: Colors.green, fontWeight: FontWeight.bold),),
            ),
          )
        ],
      ),
    ), // This trailing comma makes auto-formatting nicer for build methods.
  );
}
abstract class c {
  void drawRect(Rect rect, Paint paint);
}
html.HtmlElement_drawRect(ui.Offset p, SurfacePaintData paint) {
 [省略部分代码]
  Element = _drawRect(paint); // 绘制，
 [省略部分代码]
 final String cssTransform = float64ListToCssTransform(
 transformWithOffset(_canvasPool.currentTransform, p).storage);
 imgElement.style
 ..transformOrigin = '0 0 0' ..transform = cssTransform 
 ..removeProperty('width')
 ..removeProperty('height');
 rootElement.append(imgElement);
 _children.add(imgElement); return imgElement;
 }

当调度任务调用到 drawRect() 方法之后，drawRect() 方法中会创建 canvas 元素，并且将 dart 的绘制逻辑重新实现一遍，最终将 Element 添加到 rootElement，也就是当前的 flt-canvas 元素中。生成的 html 如下：

Flutter 总结展望

dart2js 和 dartdevc 本质上是一件事情，但这两种编译器是应用在不同场景。在开发应用程序时选择 dartdevc，它支持增量编译，因此你可以快速查看编辑结果。在构建要部署的应用程序时，选用 dart2js，它使用摇树等技术来生成优化的且精简的代码。

dart2js 提供了更快的编译时间，并且编译后的运行效果与之前相比更加一致、完整，更重要的是，输出的代码更加整洁。Dart 团队正在努力使 dart2js 编译后的代码比手写 JS 更快地运行。

通过以上的简单分析，我们发现通过 Flutter 的编译，重写了大量的绘制的 Class，这对于前端开发来说可能提供了一个新的思路。当然本次有些地方还是很粗略的分析。只是初步介绍了 Flutter 打包构建流程，并没有给出完整的思路。后面会继续努力，将在后续的文章中与大家分享。希望随着 Flutter 社区方案的愈加完善，利用 Flutter 技术栈上线的 web 产品也会越来越多。

引用

  1. Flutter渲染原理解析 (https://zhuanlan.zhihu.com/p/135969091)
  2. CSS Paint API (https://zhuanlan.zhihu.com/p/39931190)
  3. 如何评价 Flutter for Web？(https://www.zhihu.com/question/323439136/answer/850516697?ivk\_sa=1024320u)
  4. Dart (https://dart.dev/get-dart)
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