京东技术中台的 Flutter 实践之路

EuphemiaSimon 发布于1月前
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在 2019 年,Flutter 推出了多个正式版本,支持的终端越来越多,使用的项目也越来越多。Flutter 正在经历从小范围尝鲜到大面积应用的过程。越来越多的研发团队加入到 Flutter 的学习热潮中,京东作为互联网大厂之一也积极参与了 Flutter 的跨端方案研究。本文将介绍京东在 Flutter 上的应用方案和相关优化成果。

为什么考虑 Flutter 技术方案

其实京东很早就开始研究并实践跨端的开发解决方案,最早使用的是 Hybrid App 的技术方案,从 2015 年底开始逐步转向 RN 技术栈,目前应该是业内 RN 技术平台应用最广泛、配套设施比较完善的公司之一。从 2018 年中开始,我们也关注到了 Flutter 技术,最吸引我们的特性是高性能和兼容性。这两点也是目前 RN 技术相对不足的地方。高性能指的是复杂场景和交互下的渲染性能,兼容性指的是不同终端平台上的布局和体验的一致性,这点在碎片化严重的 android 平台上尤其重要。

京东在 Flutter 的实践

随着 2018 年底 Google 正式发布了 Flutter 预览版本,京东内部也越来越多的研发团队有用 Flutter 进行开发业务的诉求。我们正式启动研发并内部发布了 JDFlutter 引擎。在官方 Flutter 引擎之上,我们做了额外的优化和功能扩展:

  • Flutter 工程改造:对 Flutter 开发环境和 dart 代码管理进行优化,可以无缝集成到现有 APP 中并支持自动化 dart 编译打包,便于开发和调试。

  • 路由及多页面管理:对原生页面和 flutter 页面实现了集中路由管理,可以双向传参、跳转并且进行了共享内存优化。

  • 扩展 UI 组件库:官方支持的 Material 和 Cupertino 样式不能满足需求,我们内部实现了自定义样式的组件库。

  • 原生能力扩展:对官方原生能力进行了扩展,封装了包括网络、登陆、埋点等等基础能力的打通并提供了 50+ 原生扩展 API。

  • Android 端动态化支持:在 Android 端实现了动态化支持,可以线上热更新业务。iOS 端暂不支持动态化。

目前京东商城、京东视频、京东到家、京东物流、7Fresh 等 APP 都有业务采用 JDFlutter 进行开发。

JDFlutter 框架设计

JDFlutter 整体的框架结构,主要包含:基础框架、组件、工具三部分,如图所示:

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基础框架

JDFlutter 基础框架分为三层架构,包含 JDFlutter 基础层,通用业务层,业务层。

  • 基础层:提供了 Flutter 的基础组件支持,包括组件管理,状态管理等;基础层完全独立,对业务没有依赖。

  • 通用业务层:提供了通用型业务组件支持,例如登录组件,支付组件等;通用业务层依赖于基础层。

  • 业务层:即具体业务逻辑实现层,根据业务需要进行不同组件的组合,实现业务页面的快速开发。

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核心组件

  • 组件管理:组件之间通过标准的协议接口进行通信,降低组件耦合,便于维护及组件升级;

  • 状态管理:实现数据和界面分离,统一状态管理,以数据的变化来驱动界面的改变,更有利于数据的持久化和保存,同时也有利于 UI 组件的复用;

  • Hybrid Router:主要解决 Flutter 和 Native 之间交叉跳转的问题,减少内存开销,共享同一个 Flutter Engine。

工具介绍

  • 编译发布:优化 Flutter 原有的编译逻辑,管理依赖 Flutter 原生依赖关联,打包 Flutter 和原生代码,实现自动化构建发布。

  • 资源管理:管理图片资源,将资源转换成 Flutter 类,便于资源的读取操作,类似 Andorid 的 R 类;

  • 模版代码生成:减少 Flutter 的代码编写,自动生成 Flutter 组件的框架模板代码,提升代码编写效率;

  • JSON 转换:将 JSON 数据转换成 Flutter code,并提供 json 转 Flutter 对象的 API,减少动手编写 Flutter code 及解析。

JDFlutter 业务开发实践

JDFlutter 为业务研发团队提供了全流程的开发解决方案:

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配置混合工程

Flutter 和原生混合开发有两种情况,其一,开发 Flutter 业务的同学,需要和原生做交互,因此需要有 Flutter 和原生的混合编译环境;其二,使用原生 SDK 开发业务的同学,需要和 Flutter 业务一起集成打包,此时需对 Flutter 透明,以减少对 Flutter 编译环境的依赖,并且,只依赖原生编译环境即可,此时我们将 Flutter 编译成 aar 依赖,放入原生项目中即可。接下来,我们将重点介绍 Android 和 iOS 的混合编译环境配置。

Android 平台配置

创建一个 flutter module

 复制代码

fluttercreate-tmodule--org com.example my_flutter

在原生根项目的 settings.gradle 加入如下配置信息

 复制代码

// MyApp/settings.gradle
include':app'// assumed existing content
setBinding(newBinding([gradle:this]))// new
evaluate(newFile(// new
settingsDir.parentFile,// new
'my_flutter/.android/include_flutter.groovy'// new
))

在原生 App 模块中加入 flutter 依赖

 复制代码

dependencies{
implementationproject(':flutter')
}

这样就可以原生项目一起编译了。

具体可以参照官方文档: https://github.com/flutter/flutter/wiki/Add-Flutter-to-existing-apps

这样的方式虽可以满足混编需求,但还不是特别方便,开发完项目后,还需要去 Android Studio 项目中进行编译,比较麻烦,所以我们也可以把 Flutter 项目 settings.gradle 改造,在 Flutter 开发环境下直接运行包含原生代码的混合项目,改造方式如下:

 复制代码

// MyApp/settings.gradle
//projectName 原生模块名称
//projectPath 原生项目路径
include":$projectName"
project(":$projectName").projectDir= new File("$projectPath")

这样改造之后即可在 Flutter IDE 中直接编译 Flutter 混合工程,并进行调试,也可以运行 futter run 来启动 Flutter 混合工程,不过在配置的时候,需要注意 Flutter 中 gradle 编译环境和原生编译环境的一致性,如果不一致可能会导致编译错误。

iOS 平台配置

创建 flutter module

 复制代码

flutter create -tmodulemy_flutter

进入 iOS 工程目录,初始化 pod 环境(如果项目工程已经使用 Cocoapods,跳过此步骤)

 复制代码

pod init

编辑 Podfile 文件

 复制代码

## 在 Podfile 文件添加的新代码
flutter_application_path ='/{flutter module 目录}/my_flutter'
eval(File.read(File.join(flutter_application_path,'.ios','Flutter','podhelper.rb')), binding)

安装 pod

 复制代码

podinstall

打开工程 (***.xcworkspace) 配置 build phase,为编译 Dart 代码添加编译选项

打开 iOS 项目,选中项目的 Build Phases 选项,点击左上角 + 号按钮,选择 New Run Script Phase,将下面的 shell 脚本添加到输入框中:

“$FLUTTER_ROOT/packages/flutter_tools/bin/xcode_backend.sh” build

“$FLUTTER_ROOT/packages/flutter_tools/bin/xcode_backend.sh” embed

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搭建 PUB 私服仓库

Flutter 开发中使用的组件,一般公司内部会采用共享的方式,以避免重复开发,而 Flutter 组件共享,即需要使用 pub 仓库。由于公司内部的业务组件不适合上传到 pub 官方仓库,因此,需要搭建私服仓库,以解决各个业务研发团队,对 Flutter 组件共享需要。

感兴趣的同学可以研究下官方 pub 仓库的源码 https://pub.dartlang.org/,其对 Google Cloud 环境有很大的依赖 , 也可以基于 https://github.com/kahnsen/pub_server 来搭建一个简易版本的私服仓库,以满足上传和下载功能,pub 协议相对比较简单,我们可以在源码增加协议接口来实现更多功能。

运行 pub_server

 复制代码

~ $ git clonehttps://github.com/dart-lang/pub_server.git
~ $ cd pub_server
~/pub_server $ pub get
...

~/pub_server $ dart example/example.dart -d/tmp/package-db
Listening onhttp://localhost:8080

To make the pub client usethisrepository configure your shellvia:

$ export PUB_HOSTED_URL=http://localhost:8080

发布一个 Flutter 组件需要修改 pubspec.yaml,增加以下内容:

 复制代码

name:hello_plugin//plugin 名称
description:AnewFlutter plugin.// 介绍
version:0.0.1// 版本号
author:xxx <xxx@xxx.com>// 作者和邮箱
homepage:https://localhost:8080 // 组件的介绍页面
publish_to:http://localhost:8080// 仓库上传地址

上传时可以使用如下命令检查代码错误,并显示出上传的目录结构

 复制代码

pub publish --dry-run

如果有不想上传的文件,可以在根目录增加一个.gitignore 文件来忽略如下:

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/build

Flutter 组件的依赖配置,在项目的 pubspec.yaml 中 dependencies: 下增加如下信息

 复制代码

dependencies:
hello_plugin:
hosted:
name: hello_plugin
url:http://localhost:8080
version:0.0.2

这样可以在公司内部实现 Flutter 组件共享,如果不想搭建自己的 pub 仓库,也可以采用 git 依赖,配置如下

 复制代码

dependencies:
hello_plugin:
git:
url:git://github.com/hello_plugin.git //git 地址
ref: dev-branch// 分支

Flutter 业务的开发与调试

在 Flutter IDE 中编译代码调试会很方便,直接点击 debug 按钮即可进行代码调试,如果是混合工程在 Android studio 或者 xcode 中运行的工程,则没办法这么做,但也可以实现调试:

将要调试的 App 安装到手机中(安装 debug 版本),连接电脑,执行如下命令,同步 Flutter 代码到设备的宿主 App 中

 复制代码

$cdflutterProjectPath/
$flutter attach

执行完命令后会进行等待设备连接状态,然后打开宿主 App,进入 Flutter 页面,看到如下信息提示则表示同步成功。

 复制代码

zbdeMacBook-Pro:example zb$ flutter attach
WaitingforaconnectionfromFlutteronMI5X...
Done.
Syncingfilestodevice MI5X...1.2s

:fire: To hot reload changeswhilerunning, press"r". To hot restart (andrebuild state), press"R".
An Observatory debuggerandprofileronMI5Xisavailableat:http://127.0.0.1:54422/
Foramoredetailedhelp message, press"h". To detach, press"d";toquit, press"q".

打开 http://127.0.0.1:54422 可以查看调试信息,如有代码改动可以按 r 来实时同步界面,如果改动没有实时生效可以按 R 重新启动 Flutter 应用。

JDFlutter 热更新实践

大部分跨端框架,诸如 React Native / Weex / H5 等,基本都能做到随时进行热修复,并随时上线,用于及时修复突发的在线问题,架构非常灵活。Flutter 因其 AOT 的设计,预想会很难达到这种灵活度,但技术上仍具有一定的可行性,正如我们在之前的 Flutter 介绍文章中提到的,按照先有的 API 设计,是可以支持热修复的,但仅限于 Android。官方最新的架构上已经支持了热修复架构,大家可以更新到 1.2.1 版本查看,但是官方的功能还比较弱,无法做到版本控制和回滚的灵活性,所以 JDFlutter 并没有采用。

我们可以首先一起看一下 Google 官方热修复方案的设计原理:

Flutter1.2.1 版本引入了 Dynamic Patch

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为了更清楚的了解官方热修复的原理和过程,我们需要首先深入了解 Flutter 的业务包结构和整体运行过程:

Flutter App 的包结构

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可以看到主体代码集中在 asset 目录中,除此之外还有少量 Android 端的框架 java 代码及 flutter so 引擎库外:

  1. icudtl.dat

  2. isolate_snapshot_data

  3. isolate_snapshot_instr

Flutter 包的初始化流程

Flutter 页面启动时是如何加载这些代码的呢?那就要从 Flutter 的初始化说起了,在页面启动前需要调用 FlutterMain.startInitialization 来做初始化:

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可以看到该初始化是要求在主线程完成的,另外主要完成了以下三点:

  • 配置了一些环境数据,比如各个核心包的路径,主要是提供给其他一些模块全局调用

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  • 检查 asset 下 Flutter 包的完整性,主要是上面介绍的一些核心包,一旦缺少核心的一些库,就会直接抛异常。开发过程中我们经常因为配置导致有些文件没有打包进去,然后会直接 crash,就是在这里触发的,具体代码如下:

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  • 解压部分 asset 下的资源到 data 分区,以下是一些片段的代码,那为什么要解压呢?放在 asset 下也是可以通过 assetManager 读取的。这里 google 应该是从性能角度要求解压的,因为频繁的使用 assetManager 读取 asset 是很容易造成多线程阻塞的,一旦阻塞了将会导致整个 Flutter 业务全部无法渲染,所以需要解压一些核心的资源库,而不是解压了所有的资源 (例如图片就没有解压)

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从代码来看,先增加要解压的核心库的目录,然后启动 task 从 asset 中解压库到 data 分区对应 app 数据下的 app_flutter 目录,以下是解压后的目录结构:

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其中 res_timestamp 文件用于标记一些时间戳,算法比较固定,根据客户端的安装时间及 app 的 version code 生成,也就是说当用户打开 Flutter 页面后这个值就是固定的,如果有任何修改引擎会默认有变化,删除现有 app_flutter 的包,重新解压

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运行原理

上面是对 Flutter 程序加载的分析,最终 Flutter 页面显示是需要呈现在原生组件 Flutter View 中的,这个组件会和底层 Flutter Native View 进行绑定,并最终运行上面说到的 data 分区的 Dart 代码来渲染 UI。如果使用的是 Flutter Activity,则默认 Flutter View 是全屏显示,如需要定制页面,需要自己设计 Activity

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热修复实验

了解了这些,其实热修复方案已经呼之欲出,替换原有解压后的 app_flutter 包,杀进程,然后重新加载 Flutter 页面即可。这里我们可以做个简单的实验:

采用 adb 命令 push 一些修改过的并编译的 dart 代码到 app_flutter 目录:

  • 先打开 Flutter 页面,默认会加载 asset 下的包,并解压到 data 分区。

  • 修改一个 Flutter 工程,并编译代码,最终在工程目录

    my_flutter/.android/Flutter/build/intermediates/flutter/release 中看到打包生成的文件。

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  • 这么文件目录中只有 flutter_assets 目录和 isolate_snapshot_data 文件是包含业务代码和图片的,其他部分基本不会变化,所以我们这里要替换的目录也就是这两个,大家可以使用 adb push 命令将资源文件 push 到对应的 data 分区来做个实验。

 复制代码

adb push my_flutter/.android/Flutter/build/intermediates/flutter/release/isolate_snapshot_data /data/data/app 包名 /app_flutter
  • 关闭 Flutter 页面,在 Task 中杀掉进程,回来后重新打开 Flutter 页面,就能看到改动的效果,图片资源是存放在 flutter_asset 目录的,将图片放到这个目录,同样能更新图片

上面这个实验,验证了方案基本是可行的,但这里只是简单替换,实际使用中替换还是有很多问题的。那 Google 官方是如何设计的呢?

Google 热修复设计

热修复步骤

Flutter SDK 1.2.1 中,Google 提供了 ResourceUpdater,用来做包的检查和下载解压。升级步骤如下:

  • 在页面初始化时,检查固定的下载更新目录有没有业务升级包,从代码来看,必须在 manifest 中打开该功能,设置 DynamicPatching

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从逻辑上来看,只有在页面 onResume 或者 App 重新开启的时候会下载升级包,整体下载是通过 http 请求完成的,整体实现代码大家可以参考 ResourceUpdater 中 DownloadTask 的实现部分,这里就不细说了。

  • 每次 init 的时候都会触发检查 data 分区的 app_flutter 包,如果不存在就会从 aaset 目录解压出来,而升级包的替换就是在这步完成的,按照逻辑会优先检查升级目录有没有包存在,如果存在则优先从升级目录解压,如果不存在还是从 asset 目录解压;

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  • 当然在检查到有升级包时,会对升级包的一些配置做校验,主要是 manifest.json 文件,里面会包含 buildNumber/baselineChecksum 字段,同时也会对 "isolate_snapshot_data",

    “isolate_snapshot_instr”,

    "flutter_assets/isolate_snapshot_data" 等文件做 CRC32 校验

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  • 升级后的版本时间戳是从配置的 manifest.json 文件中读取 patchNumber 和文件下载时间确定的,完成文件覆盖后会重新生成。

以下是升级包的大概路径如下

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如何配置服务器

文章上部分介绍了怎么打开升级 patch 的功能,因升级涉及到服务端,那 Google 是怎么做到关联到服务器的呢?其实原理比较简单,需要配置客户端的 manifest 文件的 meta 属性,增加 PatchServerURL,也就是我们服务的地址,以及下载模式 PatchDownloadMode 和加载模式 PatchInstallMode,默认是 ON_NEXT_RESTART(下次初始化时)

整体流程

京东技术中台的 Flutter 实践之路

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存在的缺陷

  • 过于定制化,全部在引擎完成,很难适配一些特殊的需求定制;

  • 不支持现在比较主流的升级流程,诸如灰度和白名单等功能;

  • 版本号的维度不好控制,同时不能做版本回滚等操作。

JDFlutter 如何实现热修复

实现原理

JDFlutter 的整体实现原理,其实和 Google 是一样的,目前来看不修改引擎的前提下,只有这种方案最简单,但是我们没有使用 Google 的这套升级架构,默认关闭了 patch 功能,并框架之外实现了替换包和加载的逻辑,优点是整体兼容性更强、更灵活。

  1. 服务端根据客户端的唯一标识支持了白名单和灰度下发升级包;

  2. 优化下载和替换流程。Flutter 的升级包一般有 4-5M,而且从网络端获取,失败率较高,替换过程又涉及到文件操作,操作不当容易产生 UI 阻塞或者包异常。接入 JDFlutter 的客户端下载包后,并不会直接替换文件,而是修改名称后解压到 app_flutter 目录,等待业务页面重新打开或者重新初始化时再修改成 Flutter 标准名称的文件。这种操作不存在性能问题,另外会把旧版的文件备份,以便回滚代码;

  3. 同时并发运行的 Flutter 页面较多,需避免因为升级出现一些中间状态,使得业务或者页面无法打开的情况;

  4. 升级失败或者下载后业务包有问题,出现无法加载的情况或者文件丢失的情况可以控制回滚代码;

  5. 线上出现大量异常后,可以指定对应的 Flutter 业务执行降级策略,让该业务迅速降级到 H5 页面。

热修复规划

未来,JDFlutter 会继续在热修复方面进行探索和验证,以满足京东业务的快速发展需要。而针对目前的方案,我们思考了如下的优化点:

  • Flutter 业务包差量升级:现有的升级模式都是全量包覆盖,即使压缩后升级包还是很大,影响升级成功率及用户流量,后续会采用一些 diff 工具,对比生成差量的 patch,通过服务端下发后,在客户端合并成完整包,但升级次数较多后会导致最终版本碎片化,需要做好版本之前的维护关系,难度较大。

  • 升级后及时更新页面:现有方案(包括标准 google 升级方案)没有办法做到下载业务包或者替换业务包后及时刷新页面,需要 restart 进程后重新开启才能刷新页面。未来我们会优化引擎,通过释放底层资源并重新加载,来完成随时刷新页面的功能。

未来展望

Google Flutter 是非常出色的跨端开发技术,现在已经取得了长足的发展。社区生态和框架成熟度也正在快速追赶 RN。相信不久的将来,Flutter+RN 一定会成为跨端开发平台的绝代双骄。

团队介绍

京东 ARES 跨端团队作为京东技术与数据中台的多端技术平台团队,聚焦于跨端开发技术框架和平台搭建,包括但不限于 RN、Flutter、小程序等技术栈。目前已经广泛应用于京东商城、京东金融、京东到家、京东拼购等京东系核心 App 内,帮助业务团队低成本、快速开发自己的业务,以应对市场的瞬息万变之势。

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