Flutter實戰(zhàn) 移動開發(fā)技術(shù)簡介

1.1 移動開發(fā)技術(shù)簡介

本節(jié)將主要介紹一下移動開發(fā)技術(shù)的進化歷程，主要是想讓讀者知道Flutter技術(shù)出現(xiàn)的背景。筆者認為，了解一門新技術(shù)出現(xiàn)的背景是非常重要的，因為只有了解之前是什么樣的，才能理解為什么會是現(xiàn)在這樣。

#1.1.1 原生開發(fā)與跨平臺技術(shù)

#原生開發(fā)

原生應(yīng)用程序是指某一個移動平臺（比如iOS或安卓）所特有的應(yīng)用，使用相應(yīng)平臺支持的開發(fā)工具和語言，并直接調(diào)用系統(tǒng)提供的SDK API。比如Android原生應(yīng)用就是指使用Java或Kotlin語言直接調(diào)用Android SDK開發(fā)的應(yīng)用程序；而iOS原生應(yīng)用就是指通過Objective-C或Swift語言直接調(diào)用iOS SDK開發(fā)的應(yīng)用程序。原生開發(fā)有以下主要優(yōu)勢：

• 可訪問平臺全部功能（GPS、攝像頭）；
• 速度快、性能高、可以實現(xiàn)復(fù)雜動畫及繪制，整體用戶體驗好；

主要缺點：

• 平臺特定，開發(fā)成本高；不同平臺必須維護不同代碼，人力成本隨之變大；
• 內(nèi)容固定，動態(tài)化弱，大多數(shù)情況下，有新功能更新時只能發(fā)版；

在移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展初期，業(yè)務(wù)場景并不復(fù)雜，原生開發(fā)還可以應(yīng)對產(chǎn)品需求迭代。 但近幾年，隨著物聯(lián)網(wǎng)時代到來、移動互聯(lián)網(wǎng)高歌猛進，日新月異，在很多業(yè)務(wù)場景中，傳統(tǒng)的純原生開發(fā)已經(jīng)不能滿足日益增長的業(yè)務(wù)需求。主要表現(xiàn)在：

• 動態(tài)化內(nèi)容需求增大；當需求發(fā)生變化時，純原生應(yīng)用需要通過版本升級來更新內(nèi)容，但應(yīng)用上架、審核是需要周期的，這對高速變化的互聯(lián)網(wǎng)時代來說是很難接受的，所以，對應(yīng)用動態(tài)化(不發(fā)版也可以更新應(yīng)用內(nèi)容)的需求就變的迫在眉睫。
• 業(yè)務(wù)需求變化快，開發(fā)成本變大；由于原生開發(fā)一般都要維護Android、iOS兩個開發(fā)團隊，版本迭代時，無論人力成本，還是測試成本都會變大。

總結(jié)一下，純原生開發(fā)主要面臨動態(tài)化和開發(fā)成本兩個問題，而針對這兩個問題，誕生了一些跨平臺的動態(tài)化框架。

#跨平臺技術(shù)簡介

針對原生開發(fā)面臨問題，人們一直都在努力尋找好的解決方案，而時至今日，已經(jīng)有很多跨平臺框架(注意，本書中所指的“跨平臺”若無特殊說明，即特指Android和iOS兩個平臺)，根據(jù)其原理，主要分為三類：

• H5+原生（Cordova、Ionic、微信小程序）
• JavaScript開發(fā)+原生渲染 （React Native、Weex、快應(yīng)用）
• 自繪UI+原生(QT for mobile、Flutter)

在接下來的章節(jié)中我們逐個來看看這三類框架的原理及優(yōu)缺點。

#1.1.2 Hybrid技術(shù)簡介

#H5+原生混合開發(fā)

這類框架主要原理就是將APP的一部分需要動態(tài)變動的內(nèi)容通過H5來實現(xiàn)，通過原生的網(wǎng)頁加載控件WebView (Android)或WKWebView（iOS）來加載（以后若無特殊說明，我們用WebView來統(tǒng)一指代android和iOS中的網(wǎng)頁加載控件）。這樣以來，H5部分是可以隨時改變而不用發(fā)版，動態(tài)化需求能滿足；同時，由于h5代碼只需要一次開發(fā)，就能同時在Android和iOS兩個平臺運行，這也可以減小開發(fā)成本，也就是說，H5部分功能越多，開發(fā)成本就越小。我們稱這種h5+原生的開發(fā)模式為混合開發(fā) \ ，采用混合模式開發(fā)的APP我們稱之為混合應(yīng)用或Hybrid APP ，如果一個應(yīng)用的大多數(shù)功能都是H5實現(xiàn)的話，我們稱其為Web APP 。

目前混合開發(fā)框架的典型代表有：Cordova、Ionic 和微信小程序，值得一提的是微信小程序目前是在webview中渲染的，并非原生渲染，但將來有可能會采用原生渲染。

#混合開發(fā)技術(shù)點

如之前所述，原生開發(fā)可以訪問平臺所有功能，而混合開發(fā)中，H5代碼是運行在WebView中，而WebView實質(zhì)上就是一個瀏覽器內(nèi)核，其JavaScript依然運行在一個權(quán)限受限的沙箱中，所以對于大多數(shù)系統(tǒng)能力都沒有訪問權(quán)限，如無法訪問文件系統(tǒng)、不能使用藍牙等。所以，對于H5不能實現(xiàn)的功能，都需要原生去做。而混合框架一般都會在原生代碼中預(yù)先實現(xiàn)一些訪問系統(tǒng)能力的API， 然后暴露給WebView以供JavaScript調(diào)用，這樣一來，WebView就成為了JavaScript與原生API之間通信的橋梁，主要負責(zé)JavaScript與原生之間傳遞調(diào)用消息，而消息的傳遞必須遵守一個標準的協(xié)議，它規(guī)定了消息的格式與含義，我們把依賴于WebView的用于在JavaScript與原生之間通信并實現(xiàn)了某種消息傳輸協(xié)議的工具稱之為WebView JavaScript Bridge, 簡稱 JsBridge，它也是混合開發(fā)框架的核心。

#示例：JavaScript調(diào)用原生API獲取手機型號

下面我們以Android為例，實現(xiàn)一個獲取手機型號的原生API供JavaScript調(diào)用。在這個示例中將展示JavaScript調(diào)用原生API的流程，讀者可以直觀的感受一下調(diào)用流程。我們選用筆者在Github上開源的dsBridge作為JsBridge來進行通信。dsBridge是一個支持同步調(diào)用的跨平臺的JsBridge，此示例中只使用其同步調(diào)用功能。

1. 首先在原生中實現(xiàn)獲取手機型號的API getPhoneModel

   class JSAPI {
    @JavascriptInterface
    public Object getPhoneModel(Object msg) {
      return Build.MODEL;
    }
   }    

1. 將原生API通過WebView注冊到JsBridge中

   import wendu.dsbridge.DWebView
   ...
   //DWebView繼承自WebView，由dsBridge提供  
   DWebView dwebView = (DWebView) findViewById(R.id.dwebview);
   //注冊原生API到JsBridge
   dwebView.addJavascriptObject(new JsAPI(), null);

1. 在JavaScript中調(diào)用原生API

   var dsBridge = require("dsbridge")
   //直接調(diào)用原生API `getPhoneModel`
   var model = dsBridge.call("getPhoneModel");
   //打印機型
   console.log(model);

上面示例演示了JavaScript調(diào)用原生API的過程，同樣的，一般來說優(yōu)秀的JsBridge也支持原生調(diào)用JavaScript，dsBridge也是支持的，如果您感興趣，可以去github dsBridge項目主頁查看。

現(xiàn)在，我們回頭來看一下，混合應(yīng)用無非就是在第一步中預(yù)先實現(xiàn)一系列API供JavaScript調(diào)用，讓JavaScript有訪問系統(tǒng)的能力，看到這里，我相信你也可以自己實現(xiàn)一個混合開發(fā)框架了。

#總結(jié)

混合應(yīng)用的優(yōu)點是動態(tài)內(nèi)容是H5，web技術(shù)棧，社區(qū)及資源豐富，缺點是性能不好，對于復(fù)雜用戶界面或動畫，WebView不堪重任。

#1.1.3 React Native、Weex及快應(yīng)用

本篇主要介紹一下 JavaScript開發(fā)+原生渲染的跨平臺框架原理。

React Native (簡稱RN)是Facebook于2015年4月開源的跨平臺移動應(yīng)用開發(fā)框架，是Facebook早先開源的JS框架 React 在原生移動應(yīng)用平臺的衍生產(chǎn)物，目前支持iOS和Android兩個平臺。RN使用Javascript語言，類似于HTML的JSX，以及CSS來開發(fā)移動應(yīng)用，因此熟悉Web前端開發(fā)的技術(shù)人員只需很少的學(xué)習(xí)就可以進入移動應(yīng)用開發(fā)領(lǐng)域。

由于RN和React原理相通，并且Flutter也是受React啟發(fā)，很多思想也都是相通的，萬丈高樓平地起，我們有必要深入了解一下React原理。React是一個響應(yīng)式的Web框架，我們先了解一下兩個重要的概念：DOM樹與響應(yīng)式編程。

#DOM樹與控件樹

文檔對象模型（Document Object Model，簡稱DOM），是W3C組織推薦的處理可擴展標志語言的標準編程接口，一種獨立于平臺和語言的方式訪問和修改一個文檔的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)。換句話說，這是表示和處理一個HTML或XML文檔的標準接口。簡單來說，DOM就是文檔樹，與用戶界面控件樹對應(yīng)，在前端開發(fā)中通常指HTML對應(yīng)的渲染樹，但廣義的DOM也可以指Android中的XML布局文件對應(yīng)的控件樹，而術(shù)語DOM操作就是指直接來操作渲染樹（或控件樹）， 因此，可以看到其實DOM樹和控件樹是等價的概念，只不過前者常用于Web開發(fā)中，而后者常用于原生開發(fā)中。

#響應(yīng)式編程

React中提出一個重要思想：狀態(tài)改變則UI隨之自動改變，而React框架本身就是響應(yīng)用戶狀態(tài)改變的事件而執(zhí)行重新構(gòu)建用戶界面的工作，這就是典型的響應(yīng)式編程范式，下面我們總結(jié)一下React中響應(yīng)式原理：

• 開發(fā)者只需關(guān)注狀態(tài)轉(zhuǎn)移（數(shù)據(jù)），當狀態(tài)發(fā)生變化，React框架會自動根據(jù)新的狀態(tài)重新構(gòu)建UI。
• React框架在接收到用戶狀態(tài)改變通知后，會根據(jù)當前渲染樹，結(jié)合最新的狀態(tài)改變，通過Diff算法，計算出樹中變化的部分，然后只更新變化的部分（DOM操作），從而避免整棵樹重構(gòu)，提高性能。

值得注意的是，在第二步中，狀態(tài)變化后React框架并不會立即去計算并渲染DOM樹的變化部分，相反，React會在DOM的基礎(chǔ)上建立一個抽象層，即虛擬DOM樹，對數(shù)據(jù)和狀態(tài)所做的任何改動，都會被自動且高效的同步到虛擬DOM，最后再批量同步到真實DOM中，而不是每次改變都去操作一下DOM。為什么不能每次改變都直接去操作DOM樹？這是因為在瀏覽器中每一次DOM操作都有可能引起瀏覽器的重繪或回流：

1. 如果DOM只是外觀風(fēng)格發(fā)生變化，如顏色變化，會導(dǎo)致瀏覽器重繪界面。
2. 如果DOM樹的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，如尺寸、布局、節(jié)點隱藏等導(dǎo)致，瀏覽器就需要回流（及重新排版布局）。

而瀏覽器的重繪和回流都是比較昂貴的操作，如果每一次改變都直接對DOM進行操作，這會帶來性能問題，而批量操作只會觸發(fā)一次DOM更新。

思考題：Diff操作和DOM批量更新難道不應(yīng)該是瀏覽器的職責(zé)嗎？第三方框架中去做合不合適？

此處需要有一張插圖

#React Native

上文已經(jīng)提到React Native 是React 在原生移動應(yīng)用平臺的衍生產(chǎn)物，那兩者主要的區(qū)別是什么呢？其實，主要的區(qū)別在于虛擬DOM映射的對象是什么？React中虛擬DOM最終會映射為瀏覽器DOM樹，而RN中虛擬DOM會通過 JavaScriptCore 映射為原生控件樹。

JavaScriptCore 是一個JavaScript解釋器，它在React Native中主要有兩個作用：

1. 為JavaScript提供運行環(huán)境。
2. 是JavaScript與原生應(yīng)用之間通信的橋梁，作用和JsBridge一樣，事實上，在iOS中，很多JsBridge的實現(xiàn)都是基于 JavaScriptCore 。

而RN中將虛擬DOM映射為原生控件的過程中分兩步：

1. 布局消息傳遞； 將虛擬DOM布局信息傳遞給原生；
2. 原生根據(jù)布局信息通過對應(yīng)的原生控件渲染控件樹；

至此，React Native 便實現(xiàn)了跨平臺。 相對于混合應(yīng)用，由于React Native是原生控件渲染，所以性能會比混合應(yīng)用中H5好很多，同時React Native使用了Web開發(fā)技術(shù)棧，也只需維護一份代碼，同樣是跨平臺框架。

#Weex

Weex是阿里巴巴于2016年發(fā)布的跨平臺移動端開發(fā)框架，思想及原理和React Native類似，最大的不同是語法層面，Weex支持Vue語法和Rax語法，Rax 的 DSL(Domain Specific Language) 語法是基于 React JSX 語法而創(chuàng)造。與 React 不同，在 Rax 中 JSX 是必選的，它不支持通過其它方式創(chuàng)建組件，所以學(xué)習(xí) JSX 是使用 Rax 的必要基礎(chǔ)。而React Native只支持JSX語法。

#快應(yīng)用

快應(yīng)用是華為、小米、OPPO、魅族等國內(nèi)9大主流手機廠商共同制定的輕量級應(yīng)用標準，目標直指微信小程序。它也是采用JavaScript語言開發(fā)，原生控件渲染，與React Native和Weex相比主要有兩點不同：

1. 快應(yīng)用自身不支持Vue或React語法，其采用原生JavaScript開發(fā)，其開發(fā)框架和微信小程序很像，值得一提的是小程序目前已經(jīng)可以使用Vue語法開發(fā)（mpvue），從原理上來講，Vue的語法也可以移植到快應(yīng)用上。
2. React Native和Weex的渲染/排版引擎是集成到框架中的，每一個APP都需要打包一份，安裝包體積較大；而快應(yīng)用渲染/排版引擎是集成到ROM中的，應(yīng)用中無需打包，安裝包體積小，正因如此，快應(yīng)用才能在保證性能的同時做到快速分發(fā)。

#總結(jié)

JavaScript開發(fā)+原生渲染的方式主要優(yōu)點如下：

1. 采用Web開發(fā)技術(shù)棧，社區(qū)龐大、上手快、開發(fā)成本相對較低。
2. 原生渲染，性能相比H5提高很多。
3. 動態(tài)化較好，支持熱更新。

不足：

1. 渲染時需要JavaScript和原生之間通信，在有些場景如拖動可能會因為通信頻繁導(dǎo)致卡頓。
2. JavaScript為腳本語言，執(zhí)行時需要JIT(Just In Time)，執(zhí)行效率和AOT(Ahead Of Time)代碼仍有差距。
3. 由于渲染依賴原生控件，不同平臺的控件需要單獨維護，并且當系統(tǒng)更新時，社區(qū)控件可能會滯后；除此之外，其控件系統(tǒng)也會受到原生UI系統(tǒng)限制，例如，在Android中，手勢沖突消歧規(guī)則是固定的，這在使用不同人寫的控件嵌套時，手勢沖突問題將會變得非常棘手。

#1.1.4 QT Mobile

在本篇中，我們看看最后一種跨平臺技術(shù)：自繪UI+原生。這種技術(shù)的思路是，通過在不同平臺實現(xiàn)一個統(tǒng)一接口的渲染引擎來繪制UI，而不依賴系統(tǒng)原生控件，所以可以做到不同平臺UI的一致性。注意，自繪引擎解決的是UI的跨平臺問題，如果涉及其它系統(tǒng)能力調(diào)用，依然要涉及原生開發(fā)。這種平臺技術(shù)的優(yōu)點如下：

1. 性能高；由于自繪引擎是直接調(diào)用系統(tǒng)API來繪制UI，所以性能和原生控件接近。
2. 靈活、組件庫易維護、UI外觀保真度和一致性高；由于UI渲染不依賴原生控件，也就不需要根據(jù)不同平臺的控件單獨維護一套組件庫，所以代碼容易維護。由于組件庫是同一套代碼、同一個渲染引擎，所以在不同平臺，組件顯示外觀可以做到高保真和高一致性；另外，由于不依賴原生控件，也就不會受原生布局系統(tǒng)的限制，這樣布局系統(tǒng)會非常靈活。

不足：

1. 動態(tài)性不足；為了保證UI繪制性能，自繪UI系統(tǒng)一般都會采用AOT模式編譯其發(fā)布包，所以應(yīng)用發(fā)布后，不能像Hybrid和RN那些使用JavaScript（JIT）作為開發(fā)語言的框架那樣動態(tài)下發(fā)代碼。
2. 開發(fā)效率低：QT使用C++作為其開發(fā)語言，而編程效率是直接會影響APP開發(fā)效率的，C++作為一門靜態(tài)語言，在UI開發(fā)方面靈活性不及JavaScript這樣的動態(tài)語言，另外，C++需要開發(fā)者手動去管理內(nèi)存分配，沒有JavaScript及Java中垃圾回收（GC）的機制。

也許你已經(jīng)猜到Flutter就屬于這一類跨平臺技術(shù)，沒錯，F(xiàn)lutter正是實現(xiàn)一套自繪引擎，并擁有一套自己的UI布局系統(tǒng)。不過，自繪制引擎的思路并不是什么新概念，F(xiàn)lutter并不是第一個嘗試這么做的，在它之前有一個典型的代表，即大名鼎鼎的QT。

#QT簡介

Qt是一個1991年由Qt Company開發(fā)的跨平臺C++圖形用戶界面應(yīng)用程序開發(fā)框架。2008年，Qt Company科技被諾基亞公司收購，Qt也因此成為諾基亞旗下的編程語言工具。2012年，Qt被Digia收購。2014年4月，跨平臺集成開發(fā)環(huán)境Qt Creator 3.1.0正式發(fā)布，實現(xiàn)了對于iOS的完全支持，新增WinRT、Beautifier等插件，廢棄了無Python接口的GDB調(diào)試支持，集成了基于Clang的C/C++代碼模塊，并對Android支持做出了調(diào)整，至此實現(xiàn)了全面支持iOS、Android、WP，它提供給應(yīng)用程序開發(fā)者構(gòu)建圖形用戶界面所需的所有功能。但是，QT雖然在PC端獲得了巨大成功，備受社區(qū)追捧，然而其在移動端卻表現(xiàn)不佳，在近幾年，雖然偶爾能聽到QT的聲音，但一直很弱，無論QT本身技術(shù)如何、設(shè)計思想如何，但事實上終究是敗了，究其原因，筆者認為主要有四：

第一：QT移動開發(fā)社區(qū)太小，學(xué)習(xí)資料不足，生態(tài)不好。

第二：官方推廣不利，支持不夠。

第三：移動端發(fā)力較晚，市場已被其它動態(tài)化框架占領(lǐng)（Hybrid和RN)。

第四：在移動開發(fā)中，C++開發(fā)和Web開發(fā)棧相比有著先天的劣勢，直接結(jié)果就是QT開發(fā)效率太低。

基于此四點，盡管QT是移動端開發(fā)跨平臺自繪引擎的先驅(qū)，但卻成為了烈士。

#1.1.5 Flutter出世

“千呼萬喚始出來”，鋪墊這么久，現(xiàn)在終于等到本書的主角出場了！

Flutter是Google發(fā)布的一個用于創(chuàng)建跨平臺、高性能移動應(yīng)用的框架。Flutter和QT mobile一樣，都沒有使用原生控件，相反都實現(xiàn)了一個自繪引擎，使用自身的布局、繪制系統(tǒng)。那么，我們會擔(dān)心，QT mobile面對的問題Flutter是否也一樣，F(xiàn)lutter會不會步入QT mobile后塵，成為另一個烈士？要回到這個問題，我們先來看看Flutter誕生過程：

• 2017 年 Google I/O 大會上，Google 首次推出了一款新的用于創(chuàng)建跨平臺、高性能的移動應(yīng)用框架——Flutter。
• 2018年2月，F(xiàn)lutter發(fā)布了第一個Beta版本，同年五月， 在2018年Google I/O 大會上，F(xiàn)lutter 更新到了 beta 3 版本。
• 2018年6月，F(xiàn)lutter發(fā)布了首個預(yù)覽版本，這意味著 Flutter 進入了正式版（1.0）發(fā)布前的最后階段。

觀其發(fā)展，在2018年5月份，F(xiàn)lutter 進入了 GitHub stars 排行榜前 100 名，已有 27k star。而今天(2019年5月29日)，已經(jīng)有65K的Star。經(jīng)歷了短短2年多的時間，F(xiàn)lutter 生態(tài)系統(tǒng)得以快速增長，由此可見，F(xiàn)lutter在開發(fā)者中受到了熱烈的歡迎，其未來發(fā)展值得期待！

現(xiàn)在，我們來和QT mobile做一個對比：

1. 生態(tài)：從Github上來看，目前Flutter活躍用戶正在高速增長。從Stackoverflow上提問來看，F(xiàn)lutter社區(qū)現(xiàn)在已經(jīng)很龐大。Flutter的文檔、資源也越來越豐富，開發(fā)過程中遇到的很多問題都可以在Stackoverflow或其github issue中找到答案。
2. 技術(shù)支持：現(xiàn)在Google正在大力推廣Flutter，F(xiàn)lutter的作者中很多人都是來自Chromium團隊，并且github上活躍度很高。另一個角度，從今年上半年Flutter頻繁的版本發(fā)布也可以看出Google對Flutter的投入的資源不小，所以在官方技術(shù)支持這方面，大可不必擔(dān)心。
3. 開發(fā)效率：Flutter的熱重載可幫助開發(fā)者快速地進行測試、構(gòu)建UI、添加功能并更快地修復(fù)錯誤。在iOS和Android模擬器或真機上可以實現(xiàn)毫秒級熱重載，并且不會丟失狀態(tài)。這真的很棒，相信我，如果你是一名原生開發(fā)者，體驗了Flutter開發(fā)流后，很可能就不想重新回去做原生了，畢竟很少有人不吐槽原生開發(fā)的編譯速度。

基于以上三點，相信讀者和筆者一樣，F(xiàn)lutter未來如何，心中自有定論。到現(xiàn)在為止，我們已經(jīng)對移動端開發(fā)技術(shù)有了一個全面的了解，接下來我們便要進入本書的主題，你準備好了嗎！

#1.1.6 小結(jié)

本章主要介紹了目前移動開發(fā)中三種跨平臺技術(shù)，現(xiàn)在我們從框架角度對比一下它們，如表1-1所示：

表1-1: 跨平臺技術(shù)對比

上表中開發(fā)語言主要指UI的開發(fā)語言。而開發(fā)效率，是指整個開發(fā)周期的效率，包括編碼時間、調(diào)試時間、以及排錯、兼容時間。動態(tài)化主要指是否支持動態(tài)下發(fā)代碼和是否支持熱更新。值得注意的是Flutter的Release包默認是使用Dart AOT模式編譯的，所以不支持動態(tài)化，但Dart還有JIT或snapshot運行方式，這些模式都是支持動態(tài)化的。