阿裡妹導讀：對于開發者而言，Flutter工程和我們的Android/iOS工程有何差别？Flutter的渲染和事件傳遞機制如何工作？建構緩慢或出錯又如何去定位，修改和生效呢？凡此種種，都需要對Flutter從設計，開發建構，到最終運作有一個全局視角的觀察。
本文由閑魚技術團隊出品，将以一個簡單的hello_flutter為例，介紹下Flutter相關原理及定制與優化。
Flutter簡介
Flutter的架構主要分成三層:Framework，Engine和Embedder。
Framework使用dart實作，包括Material Design風格的Widget,Cupertino(針對iOS)風格的Widgets，文本/圖檔/按鈕等基礎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架構和引擎之間的接口)等package。
Engine使用C++實作，主要包括:Skia,Dart和Text。Skia是開源的二維圖形庫，提供了适用于多種軟硬體平台的通用API。其已作為Google Chrome，Chrome OS，Android, Mozilla Firefox, Firefox OS等其他衆多産品的圖形引擎，支援平台還包括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模式的話，還包括JIT(Just In Time)支援。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(用于字型選擇，分隔行)。HartBuzz用于字形選擇和成型。Skia作為渲染/GPU後端，在Android和Fuchsia上使用FreeType渲染，在iOS上使用CoreGraphics來渲染字型。
Embedder是一個嵌入層，即把Flutter嵌入到各個平台上去，這裡做的主要工作包括渲染Surface設定,線程設定，以及插件等。從這裡可以看出，Flutter的平台相關層很低，平台(如iOS)隻是提供一個畫布，剩餘的所有渲染相關的邏輯都在Flutter内部，這就使得它具有了很好的跨端一緻性。
Flutter工程結構
本文使用開發環境為flutter beta v0.3.1，對應的engine commit:09d05a389。
以hello_flutter工程為例，Flutter工程結構如下所示：
其中ios為iOS部分代碼，使用CocoaPods管理依賴，android為Android部分代碼，使用Gradle管理依賴，lib為dart代碼，使用pub管理依賴。類似iOS中Cocoapods對應的Podfile和Podfile.lock，pub下則是pubspec.yaml和pubspec.lock。
Flutter模式
對于Flutter，它支援常見的debug,release,profile等模式，但它又有其不一樣。
Debug模式：對應了Dart的JIT模式，又稱檢查模式或者慢速模式。支援裝置，模拟器(iOS/Android)，此模式下打開了斷言，包括所有的調試資訊，服務擴充和Observatory等調試輔助。此模式為快速開發和運作做了優化，但并未對執行速度，包大小和部署做優化。Debug模式下，編譯使用JIT技術，支援廣受歡迎的亞秒級有狀态的hot reload。
Release模式：對應了Dart的AOT模式，此模式目标即為部署到終端使用者。隻支援真機，不包括模拟器。關閉了所有斷言，盡可能多地去掉了調試資訊，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，服務擴充。
Profile模式：類似Release模式，隻是多了對于Profile模式的服務擴充的支援，支援跟蹤，以及最小化使用跟蹤資訊需要的依賴，例如，observatory可以連接配接上程序。Profile并不支援模拟器的原因在于，模拟器上的診斷并不代表真實的性能。
鑒于Profile同Release在編譯原理等上無差異，本文隻讨論Debug和Release模式。
事實上flutter下的iOS/Android工程本質上依然是一個标準的iOS/Android的工程，flutter隻是通過在BuildPhase中添加shell來生成和嵌入App.framework和Flutter.framework(iOS),通過gradle來添加flutter.jar和vm/isolate_snapshot_data/instr(Android)來将Flutter相關代碼編譯和嵌入原生App而已。是以本文主要讨論因flutter引入的建構，運作等原理。編譯target雖然包括arm,x64,x86,arm64，但因原理類似，本文隻讨論arm相關(如無特殊說明，android預設為armv7)。
Flutter代碼的編譯與運作(iOS)
Release模式下的編譯
release模式下，flutter下iOS工程中dart代碼建構鍊路如下所示：
其中gen_snapshot是dart編譯器，采用了tree shaking(類似依賴樹邏輯，可生成最小包，也因而在Flutter中禁止了dart支援的反射特性)等技術,用于生成彙編形式的機器代碼，再通過xcrun等編譯工具鍊生成最終的App.framework。換句話說，所有的dart代碼，包括業務代碼，三方package代碼，它們所依賴的flutter架構代碼，最終将會變成App.framework。
tree shaking功能位于gen_snapshot中，對應邏輯參見:
engine/src/third_party/dart/runtime/vm/compiler/aot/precompiler.cc
dart代碼最終對應到App.framework中的符号如下所示：
事實上，類似Android Release下的産物(見下文)，App.framework也包含了kDartVmSnapshotData，kDartVmSnapshotInstructions，kDartIsolateSnapshotData，kDartIsolateSnapshotInstructions四個部分。為什麼iOS使用App.framework這種方式，而不是Android的四個檔案的方式呢？原因在于在iOS下，因為系統的限制，Flutter引擎不能夠在運作時将某記憶體頁标記為可執行，而Android是可以的。
Flutter.framework對應了Flutter架構中的engine部分，以及Embedder。實際中Flutter.framework位于flutter倉庫的/bin/cache/artifacts/engine/ios*下，預設從google倉庫拉取。當需要自定義修改的時候，可通過下載下傳engine源碼，利用Ninja建構系統來生成。
Flutter相關代碼的最終産物是:App.framework(dart代碼生成)和Flutter.framework(引擎)。從Xcode工程的視角看，Generated.xcconfig描述了Flutter相關環境的配置資訊，然後Runner工程設定中的Build Phases新增的xcode_backend.sh實作了Flutter.framework的拷貝(從Flutter倉庫的引擎到Runner工程根目錄下的Flutter目錄)與嵌入和App.framework的編譯與嵌入。最終生成的Runner.app中Flutter相關内容如下所示：
其中flutter_assets是相關的資源，代碼則是位于Frameworks下的App.framework和Flutter.framework。
Release模式下的運作
Flutter相關的渲染，事件，通信處理邏輯如下所示：
其中dart中的main函數調用棧如下：
Debug模式下的編譯
Debug模式下flutter的編譯，結構類似Release模式，差異主要表現為兩點：
1.Flutter.framework
因為是Debug，此模式下Framework中是有JIT支援的，而在Release模式下并沒有JIT部分。
2.App.framework
不同于AOT模式下的App.framework是Dart代碼對應的本地機器代碼，JIT模式下，App.framework隻有幾個簡單的API，其Dart代碼存在于snapshot_blob.bin檔案裡。這部分的snapshot是腳本快照，裡面是簡單的标記化的源代碼。所有的注釋，空白字元都被移除，常量也被規範化，也沒有機器碼，tree shaking或者是混淆。
App.framework中的符号表如下所示：
對Runner.app/flutter_assets/snapshot_blob.bin執行strings指令可以看到如下内容：
Debug模式下main入口的調用堆棧如下：
Flutter代碼的編譯與運作(Android)
鑒于Android和iOS除了部分平台相關的特性外，其他邏輯如Release對應AOT，Debug對應JIT等均類似，此處隻涉及兩者不同。
release模式下，flutter下Android工程中dart代碼整個建構鍊路如下所示：
其中vm/isolate_snapshot_data/instr内容均為arm指令，将會在運作時被engine載入，并标記vm/isolate_snapshot_instr為可執行。vm_中涉及runtime等服務(如gc)，用于初始化DartVM，調用入口見Dart_Initialize(dart_api.h)。isolate__則是對應了我們的App代碼，用于建立一個新isolate,調用入口見Dart_CreateIsolate(dart_api.h)。
flutter.jar類似iOS的Flutter.framework，包括了engine部分的代碼(Flutter.jar中的libflutter.so)，以及一套将Flutter嵌入Android的類和接口(FlutterMain,FlutterView,FlutterNativeView等)。實際中flutter.jar位于flutter倉庫的/bin/cache/artifacts/engine/android*下，預設從google倉庫拉取。當需要自定義修改的時候，可通過下載下傳engine源碼，利用Ninja建構系統來生成flutter.jar。
以isolate_snapshot_data/instr為例，執行disarm指令結果如下：
其Apk結構如下所示：
APK新安裝之後，會根據一個ts的判斷(packageinfo中的versionCode結合lastUpdateTime)來決定是否拷貝APK中的assets，拷貝後内容如下所示：
isolate/vm_snapshot_data/instr均最後位于app的本地data目錄下，而這部分又屬于可寫内容，是以可以通過下載下傳并替換的方式，完成App的整個替換和更新。
類似iOS的Debug/Release的差别，Android的Debug與Release的差異主要包括以下兩部分：
1.flutter.jar
差別同iOS
2.App代碼部分
位于flutter_assets下的snapshot_blob.bin，同iOS。
在介紹了iOS/Android下的Flutter編譯原理後，下面着重描述下如何定制flutter/engine以完成定制和優化。鑒于Flutter處于靈活的疊代中，現在的問題後續不一定是問題，因而此部分并不是要去解決多少問題，而是選取不同類别的問題來說明解決思路。
Flutter建構相關的定制與優化
Flutter是一個很複雜的系統，除了上述提到的三層架構中的内容外，還包括Flutter Android Studio(Intellij)插件，pub倉庫管理等。但我們的定制和優化往往是在flutter的工具鍊相關，具體代碼位于flutter倉庫的flutter_tools包。接下來舉例說明下如何對這部分做定制。
Android部分
相關内容包括flutter.jar，libflutter.so(位于flutter.jar下)，gen_snapshot，flutter.gradle，flutter(flutter_tools)。
1.限定Android中target為armeabi
此部分屬于建構相關，邏輯位于flutter.gradle下。當App是通過armeabi支援armv7/arm64的時候，需要修改flutter的預設邏輯。如下所示：
因為gradle本身的特點，此部分修改後直接建構即可生效。
2.設定Android啟動時預設使用第一個launchable-activity，此部分屬于flutter_tools相關，修改如下：
這裡的重點不是如何去修改，而是如何去讓修改生效。原理上來說，flutter run/build/analyze/test/upgrade等指令實際上執行的都是flutter(flutter_repo_dir/bin/flutter)這一腳本，再通過腳本通過dart執行flutter_tools.snapshot(通過packages/flutter_tools生成)。其邏輯如下：
不難看出要重新建構flutter_tools，可以删除flutter_repo_dir/bin/cache/flutter_tools.stamp(這樣重新生成一次)，或者屏蔽掉if/fi判斷(每一次都會重新生成)。
3.如何在Android工程Debug模式下使用release模式的flutter
當開發者在研發中發現flutter有些卡頓時，猜測可能是邏輯的原因，也可能是因為是Debug下的flutter。此時可以建構release下的apk，也可以将flutter強制修改為release模式如下：
iOS部分
相關内容包括:Flutter.framework，gen_snapshot，xcode_backend.sh，flutter(flutter_tools)。
1.優化建構過程中反複替換Flutter.framework導緻的重新編譯
此部分邏輯屬于建構相關，位于xcode_backend.sh中，Flutter為了保證每次擷取到正确的Flutter.framework,每次都會基于配置(見Generated.xcconfig配置)查找和替換Flutter.framework，但這也導緻了工程中對此Framework有依賴部分代碼的重新編譯，修改如下：
2.如何在iOS工程Debug模式下使用release模式的flutter
隻需要将Generated.xcconfig中的FLUTTER_BUILD_MODE修改為release，FLUTTER_FRAMEWORK_DIR修改為release對應的路徑即可。
3.armv7的支援
原始文章請參見:
https://github.com/flutter/engine/wiki/iOS-Builds-Supporting-ARMv7事實上flutter本身是支援iOS下的armv7的，但目前并未提供官方支援，需要自行修改相關邏輯，具體如下：
a.預設的邏輯可以生成
Flutter.framework(arm64)
b.修改flutter以使得flutter_tools可以每次重新建構，修改build_aot.dart和mac.dart，将相關針對iOS的arm64修改為armv7,修改gen_snapshot為i386架構。
其中i386架構下的gen_snapshot可通過以下指令生成：
這裡有一個隐含邏輯：
建構gen_snapshot的CPU相關預定義宏(x86_64/__i386等)，目标gen_snapshot的arch，最終的App.framework的架構整體上要保持一緻。即x86_64->x86_64->arm64或者i386->i386->armv7。
c.在iPhone4S上，會發生因gen_snapshot生成不被支援的SDIV指令而造成EXC_BAD_INSTRUCTION(EXC_ARM_UNDEFINED)錯誤，可通過給gen_snapshot添加參數--no-use-integer-division實作(位于build_aot.dart)。其背後的邏輯如下圖所示：
d.基于a和b生成的Flutter.framework,将其lipo create生成同時支援armv7和arm64的Flutter.framework。
e.修改Flutter.framework下的Info.plist，移除
同理，對于App.framework也要作此操作，以免上架後會受到App Thining的影響。
flutter_tools的調試
例如我們想了解flutter在建構debug模式下的apk的時候，具體執行的邏輯如何，可以按照下面的思路走：
a.了解flutter_tools的指令行參數
b.以dart工程形式打開packages/flutter_tools，基于獲得的參數修改flutter_tools.dart，設定指令行dart app即可開始調試。
定制engine與調試
假設我們在flutter beta v0.3.1的基礎上進行定制與業務開發，為了保證穩定，一定周期内并不更新SDK，而此時，flutter在master上修改了某個v0.3.1上就有的bug，記為fix_bug_commit。如何才能跟蹤和管理這種情形呢？
1.flutter beta v0.3.1指定了其對應的engine commit為:09d05a389，見
flutter/bin/internal/engine.version。
2.擷取engine代碼
3.因為2中拿到的是master代碼，而我們需要的是特定commit(09d05a389)對應的代碼庫，因而從此commit拉出新分支:custom_beta_v0.3.1。
4.基于custom_beta_v0.3.1(commit:09d05a389)，執行gclient sync，即可拿到對應flutter beta v0.3.1的所有engine代碼。
5.使用git cherry-pick fix_bug_commit将master的修改同步到custom_beta_v0.3.1，如果修改有很多對最新修改的依賴，可能會導緻編譯失敗。
6.對于iOS相關的修改執行以下代碼：
如果需要調試Flutter.framework源代碼，建構的時候指令如下：
用生成産物替換掉flutter中的Flutter.framework和gen_snapshot，即可調試engine源代碼。
7.對于Android相關的修改執行以下代碼：
即可生成針對Android的arm&debug/release/profile
的産物。可用建構産物替換
flutter/bin/cache/artifacts/engine/android*下的gen_snapshot和flutter.jar。
如果對文本的内容有疑問或指正，歡迎告知我們。
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參考文檔：
1.Flutter's modes
(
https://github.com/flutter/flutter/wiki/Flutter%27s-modes)2.iOS Builds Supporting ARMv7
https://github.com/flutter/engine/wiki/iOS-Builds-Supporting-ARMv7)3.Contributing to the Flutter engine
https://github.com/flutter/engine/blob/master/CONTRIBUTING.md)4.Flutter System Architecture
https://docs.google.com/presentation/d/1cw7A4HbvM_Abv320rVgPVGiUP2msVs7tfGbkgdrTy0I/edit)5.The magic of flutter
https://docs.google.com/presentation/d/1B3p0kP6NV_XMOimRV09Ms75ymIjU5gr6GGIX74Om_DE/edit)6.Symbolicating production crash stacks
https://github.com/flutter/engine/wiki/Symbolicating-production-crash-stacks)7.flutter.io
https://flutter.io/docs)8.擷取本文使用的源代碼
https://github.com/FlutterRepo/hello_flutter.git)原文釋出時間為：2018-07-06
本文作者：正物
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