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APP常用跨端技术栈深入分析

京东云开发者
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导读
本文主要针对常用跨端技术Flutter、ReactNative、Weex、H5,从技术特点、基本架构、编译原理、基本渲染流程等进行梳理分析;以及一些常见性能问题如何优化解决,然后如何进行技术选型或在进行业务开发时选择不同技术栈的逻辑是什么。

01
背景
在今年的敏捷团队建设中,我通过Suite执行器实现了一键自动化单元测试。Juint除了Suite执行器还有哪些执行器呢?由此我的Runner探索之旅开始了!

随着技术的发展,产生了越来越多的端,如Android、iOS、Mac、Windows、Web、Fuchsia OS、鸿蒙等,而随着公司业务的发展,出现了越来越多的业务场景;作为APP开发人员,在日常工作中难免会碰到以下问题,如:1、UI设计师在进行UI审查时、测试同学在回归测试过程中、业务方在使用过程中,多少会发现端与端存在着差异,影响用户体验;2、同样的业务、同样的功能在不同的端上,需要每端投入资源去开发实现。而移动互联网的发展已经处于晚期,领导们越来越关心投入产出。

与此同时,出现了一些跨端的技术解决方案,可以实现一套代码在多端运行,解决业务发展上的痛点,如Flutter、ReactNative、Weex、H5(注:小程序和其它基于DSL的方案暂不在本文讨论范围)。然后对一些常用APP进行了对比分析,结论和预期一致,大部分都在使用跨端技术;Flutter和ReactNative使用率较高,Weex使用率相对低一些,H5基本都在使用,使用多种跨端技术框架是一种常态。那么,它们都有哪些特点呢?

02 
四种技术栈特点介绍

理解,首先 MCube 会依据模板缓存状态判断是否需要网络获取最新模板,当获取到模板后进行模板加载,加载阶段会将产物转换为视图树的结构,转换完成后将通过表达式引擎解析表达式并取得正确的值,通过事件解析引擎解析用户自定义事件并完成事件的绑定,完成解析赋值以及事件绑定后进行视图的渲染,最终将目标页面展示到屏幕。

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图1-技术栈特点

通过图1,从性能、开发语言、渲染、包大小、社区、支持平台等方面梳理了它们的主要特点;不由产生几个问题:为什么原生和Flutter性能更好?为什么ReactNative和Weex性能相对较差?为什么H5页加载慢?这些性能问题该如何去优化,这是需要深入了解的问题,下面将从基本的架构、渲染流程、编译运行原理等一起分析。

03
基础架构介绍

3.1 Flutter基础架构介绍

ABM是Apple公司提供的iOS应用的分发渠道之一,与App Store平台不同,ABM是2019年10月才开始在中国区启动的一套全新的应用分发系统,部分功能和企业账号类似,旨在为企业提供快速、高效的方式来部署应用到企业拥有的苹果设备。ABM与App Store两个平台的关键区别如下:

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图2-Flutter基础架构

Google在2018年发布了Flutter 1.0,如图2所示,主要分为Framework层和Engine层;

Framework层:基于Dart实现,主要包括Text、Image、Button、动画、手势等各种Widgets,核心基础类库io、async、ui等package;基于Framework开发App,其运行在Engine层上,Framework和逻辑层都在基于Dart语言开发,对于开发而言,一切都是Widget,Widget是UI实现的基础;Engine层:基于C++、C实现;主要包括Skia渲染引擎库、Dart Runtime、Text文本渲染库等,而Engine层自带Skia渲染引擎,以此实现所有端的渲染展示统一,在Engine层适配平台差异和跨平台支持,实现更完美的跨端效果;Dart代码通过AOT编译为运行平台的二进制代码。也就是说Flutter不需要桥接,自己完成从逻辑侧和渲染侧的所有能力,和原生类似。这也是它性能突出的关键所在。另外Android自带Skia引擎,所以也使得在Android的的编译产物比iOS更小。除了支持移动端外,还支持Mac OS、Windows等PC端和Web端,在新的Funchsia OS也支持Dart,使用Flutter作为UI框架。

对于Flutter Web,Framework层是公用的,意味着业务层可以使用此层的widgets实现逻辑跨端;但Engine层则不同,需要通过Canvas Render或者 HTML Render对齐Engine的能力。2022年5月Google IO大会发布Flutter 3.0,除了移动端,更好的支持了Mac OS、Linux平台,也包括其它一系列优化和支持,大家可以多关注。

3.2 ReactNative基础架构介绍

ABM是Apple公司提供的iOS应用的分发渠道之一,与App Store平台不同,ABM是2019年10月才开始在中国区启动的一套全新的应用分发系统,部分功能和企业账号类似,旨在为企业提供快速、高效的方式来部署应用到企业拥有的苹果设备。ABM与App Store两个平台的关键区别如下:

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图3-ReactNative基础架构

ReactNative是Facebook于2015年开源,如图3所示,主要服务于Android和iOS两端,采用React开发实现逻辑侧代码(也可应用于前端),采用Redux实现状态管理,在APP中UI渲染、网络请求、动画等均由原生侧桥接实现;在这里实际运行过程中,js侧的dom会形成一个virtual dom,并通过bridge桥接将此dom结构传输到原生侧,原生侧会解析并映射到原生控件,形成原生的dom结构后,再调用原生能力进行渲染展示。

2021年ReactNative新版本对底层进行了重构,可以关注一下,如改变线程模型,引入异步渲染能力,允许多个渲染并简化异步数据处理,简化 JSBridge等。

3.3 Weex基础架构介绍

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图4-Weex基础架构

Weex是阿里2016年发布的跨端框架,如图4所示,Weex编译产物js bundle可以部署在服务端,APP加载完即可运行,也可以看出具备动态发布的能力;和ReactNative类似,Weex在实际运行过程中,js侧会形成一个dom,并通过Bridge交由原生侧解析,映射到原生控件再由原生能力进行渲染;Weex基于JS V8引擎,基于Vue设计,支持Android、iOS、Web三端。3.4 WebView基础架构介绍

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图5-WebView内核基础架构WebView内核模块较复杂,如图5所示,这里主要介绍WebView架构主要的几个部分:桥接协议是上层逻辑测与WebView的通信层,是JS和Native互相通信的能力层;

WebCore是浏览器加载和排版渲染页面的基础,主要包括资源加载、HTML解析、CSS解析、DOM解析、排版渲染等,JavaScript引擎是JavaScript解析器,JavaScriptCore是Webkit的JavaScript引擎,V8是Google的Blink的默认引擎;WebKit Ports是WebKit中移植部分,包括网络、字体、图片解码、音视频解码、硬件加速等模块;然后再往下也使用了很多第三方库,包括2D图形库、3D图形库、网络库、存储库、音视频库等;最底层是操作系统,支持Android、iOS、Windows等系统。

3.5 编译原理分析

Flutter支持Release、Profile、Debug编译模式。

Release模式即使用AOT预编译模式,预编译为机器码,通过编译生成对应架构的代码,在用户设备上直接运行对应的机器码,运行速度快,执行性能好;此模式关闭了所有调试工具,只支持真机。对于编译产物,iOS侧主要生成App.framework和Flutter.framework;App.framework为dart代码编译产物,Flutter.framework为引擎编译产物;Android侧主要在lib下增加了libapp.so和libflutter.so,libapp.so为dart代码编译产物,libflutter.so为引擎编译产物,不同的是在assets下增加了flutter_assets存放引用资源文件。

Profile模式和Release模式类似,此模式最重要的作用是可以用DevTools来检测应用的性能,做性能调试分析。

Debug模式使用JIT即时编译技术,支持常用的开发调试功能hot reload,在开发调试时使用,包括支持的调试信息、服务扩展、Observatory、DevTools等调试工具,支持模拟器和真机。iOS侧主要生成App.framework和Flutter.framework,在App.framework文件夹里多了isolate_snapshot_data,kernel_blob.bin,vm_snapshot_data;Android侧也同样多了多了以上文件,但lib下少了libapp.so文件。

ReactNative整体分为逻辑侧和渲染侧,逻辑侧基于js引擎,会将基于React写的代码编译为JavaScript原生代码,再编译生成jsbundle文件,内置或下发到APP端运行;而渲染侧依赖于Android或iOS原生渲染,需要分平台编译对应的编译产物,然后发布到服务端或内置到APP。

Weex和ReactNative类似,weex会将源码编译为js bundle,这些js bundle可以部署在服务端,APP下载完js bundle后,通过js引擎构建虚拟dom并通过桥接映射到原生dom,由原生渲染引擎进行渲染。

H5:以React和Vue为例,会将以框架开发的代码编译为JavaScript原生代码,即然后在浏览器或者WebView中执行;内核会先建立连接、加载资源,然后解析、排版布局、绘制渲染呈现给用户。3.6 基本渲染流程对比

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图6-基本渲染流程对比

简单分析渲染流程,基于Android和iOS原生开发APP,调用Framework框架层实现上层逻辑,经过布局绘制后直接调用系统渲染引擎进行渲染展示;基于Flutter开发APP,会直接调用Skia渲染引擎进行渲染展示;不依赖于原生渲染。

基于ReactNative或Weex开发APP则不同,首先业务逻辑是基于React或Weex开发,然后会将js bundle包预置或下载到APP,然后将虚拟dom通过bridge映射到原生控件,再调用原生渲染引擎进行渲染展示。

基于Hybrid方案开发APP,需要通过React、Vue等前端框架实现,首页要编译为JavaScript原生语言,然后通过链接在WebView或浏览器加载页面,关键的流程是连接加载、解析、排版、绘制,最后再调渲染引擎进行展示。

通过以上所有分析,可以回答前面提出的问题:

为什么原生和Flutter性能更好?主是都是经过布局绘制后直接调系统或自带渲染引擎进行展示。

为什么ReactNative和Weex性能相对慢?主要是需要下载js bundle包,并把js dom结构解析映射到原生,而下载和预置都比较耗时,并且依赖原生进行渲染(ReactNative新版本升级了基础架构,据说有较大性能提升,大家也可以关注)。

为什么H5页加载慢?主要因为连接和加载比较耗时,这里占大部分时间,连接和加载完以后基本就是WebView或浏览器本地可以完成的工作,后期优化也可以以此为切入点。

04常见主要性能问题优化

在实际开发过程中也遇到了一些性能问题,接下来进行简单介绍。

4.1 如何优化Flutter性能?

关键优化指标:页面异常率、页面FPS帧率、页面加载时长。

页面异常率(异常发生次数 / 整体页面 PV 数):通过 runZoned 与 FlutterError 两个方法,在异常拦截的方法中统计异常的发生次数和堆栈数据。

页面FPS帧率:如何采集FPS是关键,通过window对象注册onReportTimings回调,就可以得到整个构建和渲染过程的耗时,然后就可以算出页面的FPS。

页面加载时长(页面可见的时间-页面创建的时间):页面可见的时间通过WidgetsBinding的addPostFrameCallback回调获取,页面创建的时间通过页面初始化方法initState获取。

将以上数据上传到监控和性能分析平台(mPaaS和烛龙),作为后期性能分析和优化的参考数据,在开发过程中可通过DevToos性能分析工具、Flutter Inspector分析优化性能。按需加载,局部刷新也是常用的优化手段。其它性能优化如布局加载优化、状态管理优化、启动优化-引擎预加载、内存优化、包大小优化等不再详细介绍。可以多关注Flutter社区,定期升级Flutter版本,会带来很好的收获。

4.2 如何优化ReactNative加载慢的问题?

一是可以预下载bundle包,减少包加载的时间,打开页面直接映射渲染,从而达到更快打开页面的目的,当然也可以预置包,需要平衡好包大小和性能;

二是尝试升级ReactNative最新版本,新版本升级了基础架构,主要包括线程模型,引入了异步渲染能力,优化JSBridge,对性能有明显提升(作者咨询过京东mPaaS团队,也在跟进中)。

4.3 如何优化APP中H5加载慢的问题

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图7-加载H5流程介绍

图7描述了从WebView初始化到H5页面最终渲染的整个过程,以及和前面H5基本渲染流程进行分析。耗时环节的主要有两点,一是WebView初始化,可以通过提前初始化WebView优化此问题;二是资源(html、js、css\图片等)的请求连接和加载,可以用H5离线包方案解决此问题,通过资源的预加载,解决html、js、css和资源图片的加载问题,从而大大降低资源的加载时间,提升页面加载性能,甚至达到秒开的效果。

05总结

那么如何技术选型呢?应该以提升开发效率和用户体验为前提去思考,然后再分析关键因素:
1、技术栈的基础架构如何,原始架构是否优秀,是否更面向未来发展;
2、团队技术栈成熟度,学习的成本,社区的成熟度;
3、研发效率,实现代码多端复用,减少多端差异,降低开发成本,更加专注于业务开发;而效率提升是一个持续的收益过程,体现在业务发展的整个生命周期。当然,对于新技术在实践前期会有一些成本,但熟悉后总的收益是长期的;
4、是否更好解决多端一致性,更好解决UI设计师在UI审查时、测试同学在测试过程中、业务方在使用过程中发现的端与端并异问题,风格统一也是良好用户体验的重要体现;
5、支持动态化的程度,解决新需求必须发版的问题,也是业务的痛点,关键因素;
6、用户体验是最关键的,也需考虑用户的使用环境(网络环境、手机配置)等;对于正式的C端项目,面对千万甚至亿级的用户量,技术选型策略一定是在保证用户体验的基础上实现降本提效,用户第一,用户利益最大化即保证了公司的利益;对于非C端项目,可能需要考虑在实现降本提效基础上提升用户体验。

本文作者:京东国际技术研发部——卢旭、张公、姚峰、高鑫鹏、李澄锋、陈海蛟、高明、凡为连、单禹钦、慕新建

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