flutter专栏--移动开发技术的发展与flutter的概要

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最近在看《flutter实战》,感觉很不错,整理一下笔记,分享一下。

原生开发与跨端技术

原生开发

原生应用程序是指某一个移动平台(比如iOS或安卓)所特有的应用,使用相应平台支持的开发工具和语言,并直接调用系统提供的SDK API。比如Android原生应用就是指使用Java或Kotlin语言直接调用Android SDK开发的应用程序;而iOS原生应用就是指通过Objective-C或Swift语言直接调用iOS SDK开发的应用程序。原生开发有以下主要优势:

  • 可访问平台全部功能(GPS、摄像头);
  • 速度快、性能高、可以实现复杂动画及绘制,整体用户体验好;

主要缺点:

  • 平台特定,开发成本高;不同平台必须维护不同代码,人力成本随之变大;
  • 内容固定,动态化弱,大多数情况下,有新功能更新时只能发版

常见跨端技术

Hybrid技术

这类框架主要原理就是将 App 中需要动态变动的内容通过HTML5(简称 H5)来实现,通过原生的网页加载控件WebView (Android)或 WKWebView(iOS)来加载。这类框架主要原理就是将 App 中需要动态变动的内容通过HTML5(简称 H5)来实现,通过原生的网页加载控件WebView (Android)或 WKWebView(iOS)来加载。

混合开发的特点

原生开发可以访问平台所有功能,而混合开发中,H5代码是运行在 WebView 中,而 WebView 实质上就是一个浏览器内核,其 JavaScript 依然运行在一个权限受限的沙箱中,所以对于大多数系统能力都没有访问权限,如无法访问文件系统、不能使用蓝牙等。所以,对于 H5 不能实现的功能,就需要原生去做了。混合框架一般都会在原生代码中预先实现一些访问系统能力的 API , 然后暴露给 WebView 以供 JavaScript 调用。这样一来,WebView 中 JavaScript 与原生 API 之间就需要一个通信的桥梁,主要负责 JavaScript 与原生之间传递调用消息,而消息的传递必须遵守一个标准的协议,它规定了消息的格式与含义,我们把依赖于 WebView 的用于在 JavaScript 与原生之间通信并实现了某种消息传输协议的工具称之为 WebView JavaScript Bridge , 简称 JsBridge,它也是混合开发框架的核心。

js + 原生渲染

React Native 是这类技术的代表,相对于混合应用,由于React Native是 原生控件渲染,所以性能会比混合应用中 H5 好一些,同时 React Native 提供了很多原生组件对应的 Web 组件,大多数情况下开发者只需要使用 Web 技术栈 就能开发出 App。

JavaScript 开发 + 原生渲染 的方式主要优点如下:

  1. 采用 Web 开发技术栈,社区庞大、上手快、开发成本相对较低。
  2. 原生渲染,性能相比 H5 提高很多。
  3. 动态化较好,支持热更新。

不足:

  1. 渲染时需要 JavaScript 和原生之间通信,在有些场景如拖动可能会因为通信频繁导致卡顿。
  2. JavaScript 为脚本语言,执行时需要解释执行 (这种执行方式通常称为 JIT,即 Just In Time,指在执行时实时生成机器码),执行效率和编译类语言(编译类语言的执行方式为 AOT ,即 Ahead Of Time,指在代码执行前已经将源码进行了预处理,这种预处理通常情况下是将源码编译为机器码或某种中间码)仍有差距。
  3. 由于渲染依赖原生控件,不同平台的控件需要单独维护,并且当系统更新时,社区控件可能会滞后;除此之外,其控件系统也会受到原生UI系统限制,例如,在 Android 中,手势冲突消歧规则是固定的,这在使用不同人写的控件嵌套时,手势冲突问题将会变得非常棘手。这就会导致,如果需要自定义原生渲染组件时,开发和维护成本过高。

自绘引擎

通过在不同平台实现一个统一接口的渲染引擎来绘制UI,而不依赖系统原生控件,所以可以做到不同平台UI的一致性。自绘引擎解决的是 UI 的跨平台问题,如果涉及其他系统能力调用,依然要涉及原生开发。这种平台技术的优点如下:

  1. 性能高;由于自绘引擎是直接调用系统API来绘制UI,所以性能和原生控件接近。
  2. 灵活、组件库易维护、UI外观保真度和一致性高;由于UI渲染不依赖原生控件,也就不需要根据不同平台的控件单独维护一套组件库,所以代码容易维护。由于组件库是同一套代码、同一个渲染引擎,所以在不同平台,组件显示外观可以做到高保真和高一致性;另外,由于不依赖原生控件,也就不会受原生布局系统的限制,这样布局系统会非常灵活。

不足:

  1. 动态性不足;为了保证UI绘制性能,自绘UI系统一般都会采用 AOT 模式编译其发布包,所以应用发布后,不能像 Hybrid 和 RN 那些使用 JavaScript(JIT)作为开发语言的框架那样动态下发代码。
  2. 应用开发效率低:例如:Qt 使用 C++ 作为其开发语言,而编程效率是直接会影响 App 开发效率的,C++ 作为一门静态语言,在 UI 开发方面灵活性不及 JavaScript 这样的动态语言,另外,C++需要开发者手动去管理内存分配,没有 JavaScript 及Java中垃圾回收(GC)的机制。

跨端技术总结

技术类型UI渲染方式性能开发效率动态化框架代表
H5 + 原生WebView渲染一般支持Cordova、Ionic
JavaScript + 原生渲染原生控件渲染支持RN、Weex
自绘UI + 原生调用系统API渲染Flutter高, Qt低默认不支持Qt、Flutter

为了解决上述缺点,flutter应运而生。

flutter

基本概念与优点

1. 跨平台自绘引擎

Flutter 与用于构建移动应用程序的其他大多数框架不同,因为 Flutter 既不使用 WebView,也不使用操作系统的原生控件。 相反,Flutter 使用自己的高性能渲染引擎来绘制 Widget(组件)。这样不仅可以保证在 Android 和iOS 上 UI 的一致性,也可以避免对原生控件依赖而带来的限制及高昂的维护成本。

Flutter 底层使用 Skia 作为其 2D 渲染引擎,Skia 是 Google的一个 2D 图形处理函数库,包含字型、坐标转换,以及点阵图,它们都有高效能且简洁的表现。Skia 是跨平台的,并提供了非常友好的 API,目前 Google Chrome浏览器和 Android 均采用 Skia 作为其 2D 绘图引擎。

2. 高性能

第一:Flutter App 采用 Dart 语言开发。Dart 在 JIT(即时编译)模式下,执行速度与 JavaScript 基本持平。但是 Dart 支持 AOT,当以 AOT模式运行时,JavaScript 便远远追不上了。执行速度的提升对高帧率下的视图数据计算很有帮助。

第二:Flutter 使用自己的渲染引擎来绘制 UI ,布局数据等由 Dart 语言直接控制,所以在布局过程中不需要像 RN 那样要在 JavaScript 和 Native 之间通信,这在一些滑动和拖动的场景下具有明显优势,因为在滑动和拖动过程往往都会引起布局发生变化,所以 JavaScript 需要和 Native 之间不停地同步布局信息,这和在浏览器中JavaScript 频繁操作 DOM 所带来的问题是类似的,都会导致比较可观的性能开销。

3. 采用Dart的天然优势

1. 开发效率高

Dart 运行时和编译器支持 Flutter 的两个关键特性的组合:

  • 基于 JIT 的快速开发周期:Flutter 在开发阶段采用 JIT 模式,这样就避免了每次改动都要进行编译,极大地节省了开发时间;
  • 基于 AOT 的发布包: Flutter 在发布时可以通过 AOT 生成高效的机器码以保证应用性能。而 JavaScript 则不具有这个能力。
2. 高性能

Flutter 旨在提供流畅、高保真的 UI 体验。为了实现这一点,Flutter 中需要能够在每个动画帧中运行大量的代码。这意味着需要一种既能保证高性能,也不会出现丢帧的编程语言,而 Dart 支持 AOT,在这一点上可以做得比 JavaScript 更好。

3. 快速内存分配

Flutter 框架使用函数式流,这使得它在很大程度上依赖于底层的内存分配器。因此,拥有一个能够有效地处理琐碎任务的内存分配器将显得十分重要,而 Dart 也正好满足。

4. 类型安全和空安全

Dart 是类型安全的语言,且 2.12 版本后也支持了空安全特性,所以 Dart 支持静态类型检测,可以在编译前发现一些类型的错误,并排除潜在问题。

基本架构

框架层

  • 底下两层(Foundation 和 Animation、Painting、Gestures)在 Google 的一些视频中被合并为一个dart UI层,对应的是Flutter中的dart:ui包,它是 Flutter Engine 暴露的底层UI库,提供动画、手势及绘制能力。
  • Rendering 层,即渲染层,这一层是一个抽象的布局层,它依赖于 Dart UI 层,渲染层会构建一棵由可渲染对象组成的渲染树,当动态更新这些对象时,渲染树会找出变化的部分,然后更新渲染。渲染层可以说是Flutter 框架层中最核心的部分,它除了确定每个渲染对象的位置、大小之外还要进行坐标变换、绘制(调用底层 dart:ui )。
  • Widgets 层是 Flutter 提供的一套基础组件库,在基础组件库之上,Flutter 还提供了 Material 和 Cupertino 两种视觉风格的组件库,它们分别实现了 Material 和 iOS 设计规范。

引擎层

Engine,即引擎层。毫无疑问是 Flutter 的核心, 该层主要是 C++ 实现,其中包括了 Skia 引擎、Dart 运行时(Dart runtime)、文字排版引擎等。在代码调用 dart:ui库时,调用最终会走到引擎层,然后实现真正的绘制和显示。

嵌入层

Embedder,即嵌入层。Flutter 最终渲染、交互是要依赖其所在平台的操作系统 API,嵌入层主要是将 Flutter 引擎 ”安装“ 到特定平台上。嵌入层采用了当前平台的语言编写,例如 Android 使用的是 Java 和 C++, iOS 和 macOS 使用的是 Objective-C 和 Objective-C++,Windows 和 Linux 使用的是 C++。 Flutter 代码可以通过嵌入层,以模块方式集成到现有的应用中,也可以作为应用的主体。Flutter 本身包含了各个常见平台的嵌入层,假如以后 Flutter 要支持新的平台,则需要针对该新的平台编写一个嵌入层。

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