[移动开发]Flutter混合栈管理

由于Flutter框架出色的UI渲染能力，多平台一致性，大大的提高了研发效率，降低了人力成本。越来越多的厂商开始接入Flutter，但是很多厂商都是成熟的App，完全从头使用Flutter开发应用不现实，采用混合开发则是一种非常好的切入方式。

那混合栈管理则是一个避免不了的话题。

本文从0到1的角度阐释Flutter混合栈实现思路，介绍关键技术点而忽略部分细节，让大家从全局认识Flutter混合栈管理。

一、引导问题

• 为什么同一个原生页面不能显示两个及以上的flutter页面？
• ?为什么在使用flutterboost时不能用官方的Navigator的API？

二、页面栈结构分析

常见的几种flutter页面与原生页面混合的情况如下：

• 交替出现：原生页面与flutter页面交替出现
• 连续出现：多个flutter页面连续出现
• 同时出现：原生页面与flutter页面在子tab中同时出现
• 复合情况：上述情况组合出现，页面结构比较复杂

2.1 标准栈的情况

对于1，2两种情况比较简单，可以抽象成两个比较标准的栈结构，如下图：

对于Android侧：页面栈结构无需做任何改变，直接复用原生页面栈管理即可。
对于Flutter侧：页面栈结构可以由Navigator实现，也是可以直接使用现有的栈管理即可。

关键点：

• Flutter与Activity都可以复用各自的线性栈结构功能
• Flutter与Activity（或Fragment）的页面映射关系实现
• 连续多个Flutter页面使用一个原生容器优化内存

2.2 同级Tab的情况

对于情况3，多个Flutter页面同级可以分为两种情况：

• 多个Flutter需要同时显示页面内容，会同时出现，如Pad情况

由于一个FlutterEngine同一时刻只能渲染一块画布FlutterView，故如果需要显示这种页面结构，则必须使用多引擎。

如富途牛牛Pad的情况，FlutterPage1所在主屏需要一个独立的引擎渲染，FlutterPage2所在副屏使用一个独立引擎并关联其上的其他页面栈，则可以转换为标准的栈结构情况。

• 多个Flutter页面不需要同时显示页面内容，会交替出现，如手机App一级主tab，二级页面的子Tab

由于页面不会同时出现，这样的情况可以使用单引擎来实现，可以减少不必要的内存开销，也可以避开多引擎内存无法共享的问题。

由于有多个同级的FlutterPage页面，flutter侧不能简单的使用Navigator线行栈结构实现。

对于这种情况更好的做法是：抛弃强耦合的线性栈结构，用key-value的形式映射Flutter页面与原生页面，哪个原生页面在前台则渲染其对应的FlutterPage即可。

关键点：

• 在Flutter页面交替出现时单引擎如何渲染不同的Flutter页面
• 原生页面与Flutter页面实现k-v映射关系

2.3 复合情况

对于复合情况，这里只考虑Flutter页面交替出现的场景，对于同时显示的页面需要使用到多引擎，页面管理更复杂，本次暂不考虑。

这种复合情况可以看组1，2，3种情况的结合体，将上述两小节的关键点合考虑即可。

2.4 总结

综合上述关键点，得出我们需要的栈管理结构需要支持一下的关键点：

• 内存优化与共享：使用单引擎，需要解决在页面交替出现时单引擎如何渲染不同页面
• 连续多个Flutter页面：使用单个原生容器承载，内部可以使用Navigator管理多个Flutter页面
• 不连续的Flutter页面：一个Flutter页面一个原生页面（Fragment/Activity），栈结构由原生维护，原生页面与Flutter页面实现k-v映射关系（可以由Overlay实现）。

整个栈结构可以抽象成如下结构图：

三、页面功能分析

混合栈管理的主要功能是路由管理和页面生命周期管理，实现这两项能力就完成了混合栈管理的主体框架，后续可以在此基础上进行拓展，丰富使用能力。

3.1 页面导航

页面导航的基础能力：

• push：打开一个新的Flutter页面并携带参数，需要考虑内部路由情况
• pop：关闭一个Flutter页面并携带参数，需要考虑内部路由情况

打开页面可以分两种：

• 原生侧触发打开页
• Flutter侧触发打开页

路由管理：

• 注册路由
• 路由表管理

3.2 页面生命周期

页面生命周期的基础能力：

• onPageShow：页面显示
• onPageHide：页面隐藏
• onBackground：App进入后台
• onForeground：App回到前台

由于上节页面栈结构分析可知，原生页面与Flutter页面是一对多关系，由于多个连续的Flutter页面在同一个原生容器内并有FlutterNavigator管理，故可以看成一个整体。

所以，页面生命周期分发关系如下：

• 原生页面与Flutter页面一对一，将原生页面生命周期事件通知给Flutter页面即可。
• 原生页面与Flutter页面一对多，将原生页面生命周期事件通知给Flutter页面管理层，由管理层再次分发给到Flutter栈顶页面，故将一对多关系转化为一对一关系。

四、混合栈整体框架

整体架构可以分为如下几个部分：

• 页面导航接口
• Native容器管理
• 页面生命周期管理
• Dart路由管理
• 通知回调
• 双层路由栈结构

4.1 混合栈管理：Flutter Android侧类图

4.1 混合栈管理：Flutter侧类图

五、功能实现

在了解了整体的设计思路后，进入实现部分。实现部分整体分为三块：

• Dart侧双层路由栈结构、路由管理
• Native侧容器管理、页面生命周期管理
• 页面导航接口、通知回调

主要技术点：

• 单引擎交替渲染不同Flutter页面
• 非线性页面栈实现原生页面与Flutter页面实现k-v映射关系
• Dart侧内部栈结构的管理

5.1 双层路由栈结构

双层路由栈实现的关键点，非线性页面栈实现原生页面与Flutter页面实现k-v映射关系，使用k-v映射关系管理的好处是页面无顺序耦合关系，方便应付复杂的原生使用情况，谁在前台就显示谁即可。

连续多个Flutter页面，使用单个原生容器承载，内部可以使用Navigator管理多个Flutter页面。

5.1.1 外层路由栈结构Overlay

Flutter中Overlay可以很好满足我们的需要，Overlay的介绍如下：

Overlay 中维护了一个 OverlayEntry 栈，并且每一个 OverlayEntry 是自管理的
Navigator 已经创建了一个 Overlay 组件，开发者可以直接使用，并且通过 Overlay 实现了页面管理
Overlay 的应用场景有两个：实现悬浮窗口的功能，实现页面叠加

Overlay部分代码：

class Overlay extends StatefulWidget {

  const Overlay({
    Key? key,
    this.initialEntries = const <OverlayEntry>[],
    this.clipBehavior = Clip.hardEdge,
  }) ;
  
}

class OverlayState extends State<Overlay>{

// 内部记录OverlayEntry
 final List<OverlayEntry> _entries = <OverlayEntry>[];
 
    void insert(OverlayEntry entry, { OverlayEntry? below, OverlayEntry? above }){
    // 更新OverlayEntry列表 setState
    }

    void insertAll(Iterable<OverlayEntry> entries, { OverlayEntry? below, OverlayEntry? above }) {
    // 更新OverlayEntry列表 setState
    }

}

OverlayEntry部分代码：

class OverlayEntry extends ChangeNotifier {

  OverlayEntry({
    required this.builder,// 构建页面
    bool opaque = false, //是否不透明
    bool maintainState = false,// 是否保持状态
  });
  
  void remove() { 
    // 从Overlay中移除自己,并通知Overlay刷新
 }
}

通过改变Overlay中_entries的列表，可以轻松实现页面的显示、隐藏、添加和移除。

5.1.2 内层路由栈结构Navigator

由于内部路由结构都是有Flutter页面构成的，那么使用Navigator管理Flutter是一个必然的选则。

Navigator部分代码

class Navigator extends StatefulWidget {

  const Navigator({
    Key? key,
    this.pages = const <Page<dynamic>>[], //页面集合
    this.onPopPage, // 页面pop监听
    this.observers = const <NavigatorObserver>[], // 页面导航监听 pop、push等
  })
  
}

class NavigatorState extends State<Navigator>{
  late GlobalKey<OverlayState> _overlayKey;
  late List<NavigatorObserver> _effectiveObservers;
  
  Widget build(BuildContext context) {
       return Overlay( // Navigator内部也是Overlay实现的
                key: _overlayKey,
                initialEntries: const <OverlayEntry>[],
              )
  }
  
   bool canPop() {
   // 是否可以关闭当前页面，当只有一个页面时返回false，>1时返回true
   }
   
   void pop<T extends Object?>([ T? result ]) {
   // 弹出当前页面
   }

}

Page部分代码：

abstract class Page<T> extends RouteSettings {

  const Page({
    this.key,
    String? name,
    Object? arguments,
    this.restorationId,
  }) : super(name: name, arguments: arguments);


  @factory
  Route<T> createRoute(BuildContext context);

}

通过Navigator中管理Page就可实现页面的栈管理。

5.1.3 双路由栈结构Overlay+Navigator

由于外部路由的页面需要与原生容器绑定，需要一个唯一标识key来建立k-v关系，故需要通过扩展OverlayEntry增加key，可以提供原生页面映射Flutter页面的能力。

再者外部路由的页面需要包含内部路由的情况，外部留有创建的Flutter页面需要具有导航的能力，故需要创建一个包含Navigator的widget作为页面根，然后将第一个页面添加到Navigator中，后续连续页面的导航能力转到Navigator即可。

故可以扩展OverlayEntry，增加key字段，并返回带有Navigator的Widget管理容器。

_ContainerOverlayEntry部分代码：

// 扩展OverlayEntry增加key能力
class _ContainerOverlayEntry extends OverlayEntry {
  _ContainerOverlayEntry(BoostContainer container)
      : containerUniqueId = container.pageInfo!.uniqueId!,
        super(
            builder: (ctx) => BoostContainerWidget(container: container),
            opaque: true,
            maintainState: true);

  ///This overlay's id,which is the same as the it's related container
  final String containerUniqueId;

}

BoostContainerWidget带有Navigator：

class BoostContainerWidget extends StatefulWidget {
  BoostContainerWidget({LocalKey? key, required this.container})
      : super(key: container.key!);

  final BoostContainer container;

  @override
  State<StatefulWidget> createState() => BoostContainerState();

}

class BoostContainerState extends State<BoostContainerWidget> {
  BoostContainer get container => widget.container;
 
 @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return NavigatorExt(
          key: container._navKey, //关联GlobalKey
          pages: List<Page<dynamic>>.of(container.pages),
          onPopPage: (route, result) {
            if (route.didPop(result)) {
              assert(route.settings is BoostPage);
              _updatePagesList(route.settings as BoostPage, result);
              return true;
            }
            return false;
          },
          observers: <NavigatorObserver>[
            BoostNavigatorObserver(),
          ],
        );
  } 
}

BoostContainer用于记录页面和关联Navigator：

class BoostContainer extends ChangeNotifier {
 
 // 原生传递过来的页面参数信息，包括唯一key=pageInfo!.uniqueId!
  final PageInfo? pageInfo;

// 多个Flutter页面信息
  final List<BoostPage<dynamic>> _pages = <BoostPage<dynamic>>[];
  
  // 关联Navigator
  final GlobalKey<NavigatorState> _navKey = GlobalKey<NavigatorState>();
}

整体双层页面栈结构如下如：

5.1.4 路由管理

由上一节可知，所有页面最后都会被放到Navigator中，而Navigator需要使用Page与Route，通过提供路由工程，通过路由关联。

typedef FlutterBoostRouteFactory = Route<dynamic>? Function(
    RouteSettings settings, String? uniqueId);

final Map<String, FlutterBoostRouteFactory> _routerMap = {
  
  "/HomePage": (settings, uniqueId) {
    Object? map = settings.arguments;
    var params = Map<String, dynamic>();
    if (map != null && map is Map<String, dynamic>) {
      params = Map<String, dynamic>.from(map);
    }
    return PageRouteBuilder<dynamic>(
      settings: settings,
      pageBuilder: (_, __, ___) => HomePage(params),
    );
  },
}

5.2 Native侧容器管理

容器管理的之前需要解决单个FlutterEngine如何显示多个Flutter页面。

5.2.1 单引擎多Flutter页面渲染

Flutter当前版的设计中，FlutterEngine渲染与绘制分离的设计，单个FlutterEngine可以在多个FlutterView间切换显示。

Flutter这种设计效果类似于投影仪，FlutterEngine相当于投影器，FlutterView页面相当于幕布，FlutterView内部有多种实现方式就相当于不同的材质的幕布。

主要方法如下：

• FlutterView#detachFromFlutterEngine：FlutterView断开关联的FlutterEngine
• FlutterView#attachToFlutterEngine：FlutterView关联FlutterEngine

通过上述方法就可以在不同FlutterView间显示不同的Flutter页面了。

5.2.2 Native与Flutter页面映射

Android显示页面需要使用Activity或Fragment，Fragment需要依附于Activity存在。Fragment比Activity更清理，可以组合到页面的各个地方。

Flutter页面可能存在两种情况：

• 页面有一个实例，如课堂首页
• 页面有多个实例，如课程详情页

页面有一个实例，使用路由最为key就可建立确定的映射关系。
页面有多个实例，仅使用路由则无法区分同一类页面的映射关系。

如果要满足上述两种情况，有两种方式：

• 组合key，路由地址与另一参数组合为一个唯一key
• 单个key，为每一个页面实例生成一个独一无二的key，如UUID

所以可以采用单个key的形式，管理简单方便，然后将key(UUID)、路由地址和页面启动参数等打包传给Flutter侧用来创建具体的页面。

主要参数如下：

• key(UUID)
• 路由地址
• 是否带原生容器
• 是否透明
• 页面数据参数

具体原生侧Flutter容器接口如下：

public interface FlutterViewContainer {
    Activity getContextActivity();

    String getUrl();

    Map<String, Object> getUrlParams();

    String getUniqueId();

    void finishContainer(Map<String, Object> var1);

    default boolean isPausing() {
        return false;
    }

    default boolean isOpaque() {
        return true;
    }

    default void detachFromEngineIfNeeded() {
    }
}

由于上一节可以，显示一个新的Flutter页面时需要获取FlutterEngine，为了确定FlutterEngine没有被其他页面使用，故需要在启动新页面前主动释放其他页面占用的引擎。

为了知道当前是哪个FlutterViewContainer的实例持有FlutterEngine，需要记录FlutterViewContainer的实例来提提供必要的信息。

5.2.3 页面生命周期管理

在业务需求开发过程中，有很多逻辑是需要依赖页面的生命周期，而Flutter页面本身是无法感知原生页面的生命周期，故需要将原生页面的生命周期通过MethodChannel回调通知Flutter侧。

Flutter页面需的生命周期：

• onPageShow：页面显示
• onPageHide：页面隐藏
• onBackground：App进入后台
• onForeground：App回到前台

Activity生命周期：

• onPageShow：onResume页面显示
• onPageHide：onPause页面隐藏

Fragment生命周期：

• onPageShow：onResume页面显示
• onPageHide：onPause页面隐藏

Fragment生命周期往往不准确，需要借助很多其他的回调方法已经页面状态来判断。

原生切换显示的时机：

• 原生页面显示时：先将Flutter切到对应页面，然后FlutterView#attachToFlutterEngine
• 原生页面隐藏时：FlutterView#detachFromFlutterEngine

5.3 页面导航接口

5.3.1 页面导航接口实现

原生侧接口：

• openPage：打开Flutter页面
• closePage：关闭Flutter页面
• NativeRouterApi#pushNativeRoute：接收Flutter侧打开页原生面请求
• NativeRouterApi#pushFlutterRoute：接收Flutter侧打开Flutter页面请求

Flutter侧接口：

• 路由相关操作接口
• 页面生命周期相关接口

整体接口如下：

class CommonParams {
  String pageName;
  String uniqueId;
  Map<String, Object> arguments;
  bool opaque;
  String key;
}

@HostApi()
abstract class NativeRouterApi {
  void pushNativeRoute(CommonParams param);
  void pushFlutterRoute(CommonParams param);
  @async
  void popRoute(CommonParams param);
}

@FlutterApi()
abstract class FlutterRouterApi {
  void pushRoute(CommonParams param);
  void popRoute(CommonParams param);
  void removeRoute(CommonParams param);
  
  void onForeground(CommonParams param);
  void onBackground(CommonParams param);
  
  void onContainerShow(CommonParams param);
  void onContainerHide(CommonParams param);
  void onBackPressed();
  
  void onNativeResult(CommonParams param);
}

5.3.2 操作Flutter页面相关时序图

打开与关闭流程图

六、多引擎混合栈

多引擎主要是为了解决多个Flutter页面同时显示的问题，但是也会带了一些问题，如多个引擎见内存不可见，通信问题等

多引擎在实际开发中还是有需求的，如何在上述实现单引擎混合栈的逻辑中能否支持多引擎呢？当然是可以的~~

首先需要注意这里还是不能解决内存可见性问题，但是可以以引擎对象实例为key同时维护多个单引擎混合栈是很容易做到。

效果如下图：

七、总结

本文思路与实现均来源于FlutterBoost，整体实现比较清晰。
主要关注点：

• 外部页面栈使用k-v形式实现
• 单引擎在多个FlutterView之间切换逻辑

想深入研究一下实现细节的，可以跟着FlutterBoost源码过一遍能更好的加深理解！

参考文档：
Flutter Boost
Flutter Boost3.0初探
flutter_thrio
Flutter Navigator 2.0原理详解
Flutter 必知必会系列 —— 官方给的 Navigator 2.0 设计原则
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