Flutter浪潮下的音视频研发探索

文/陈炉军

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整理/LiveVideoStack

大家好，我是阿里巴巴闲鱼事业部的陈炉军，本次分享的主题是Flutter浪潮下的音视频研发探索，主要内容是针对闲鱼APP在当下流行的跨平台框架Flutter的大规模实践，介绍其在音视频领域碰到的一些困难以及解决方案。

分享内容主要分为四个方面，首先会对Flutter有一个简单介绍以及选择Flutter作为跨平台框架的原因，其次会介绍Flutter中与音视频关系非常大的外接纹理概念，以及对它做出的一些优化。之后会对闲鱼在音视频实践过程中碰到的一些Flutter问题提出了一些解决方案——TPM音视频框架。最后是闲鱼Flutter多媒体开源组件的介绍。

Flutter

Flutter是一个跨平台框架，以往的做法是将音频、视频和网络这些模块都下沉到C++层或者ARM层，在其上封装成一个音视频的SDK，供UI层的PC、iOS和Android调用。

而Flutter做为一个UI层的跨平台框架，顾名思义就是在UI层也实现了一个跨平台开发。可以预想的是未Flutter发展的好的话，会逐渐变为一个从底层到UI层的一个全链路的跨平台开发，技术人员分别负责SDK和UI层的开发。

在Flutter之前已经有很多跨平台UI解决方案，那为什么选择Flutter呢？

我们主要考虑性能和跨平台的能力。

以往的跨平台方案比如Weex，ReactNative，Cordova等等因为架构的原因无法满足性能要求，尤其是在音视频这种性能要求几乎苛刻的场景。

而诸如Xamarin等，虽然性能可以和原生App一致，但是大部分逻辑还是需要分平台实现。

我们可以看一下，为什么Flutter可以实现高性能：

原生的native组件渲染以IOS为例，苹果的UIKit通过调用平台自己的绘制框架QuaztCore来实现UI的绘制，图形绘制也是调用底层的API,比如OpenGL、Metal等。

而Flutter也是和原生API逻辑一致，也是通过调用底层的绘制框架层SKIA实现UI层。这样相当于Flutter他自己实现了一套UI框架，提供了一种性能超越原生API的跨平台可能性。

但是我们说一个框架最终性能怎样，其实取决于设计者和开发者。至于现在到底是一个什么状况：

在闲鱼的实践中，我们发现在正常的开发没有特意的去优化UI代码的情况下，在一些低端机上，Flutter界面的流畅性是比Native界面要好的。

虽然现在闲鱼某些场景下会有卡顿闪退等情况，但是这是一个新事物发展过程中的必然问题，我们相信未来性能肯定不会成为限制Flutter发展的瓶颈的。

在闲鱼实践Flutter的过程中，混合栈和音视频是其中比较难解决的两个问题，混合栈是指一个APP在Flutter过程中不可能一口气将所有业务全部重写为Flutter，所以这是一个逐步迭代的过程，这期间原生native界面与Flutter界面共存的状态就称之为混合栈。闲鱼在混合栈上也有一些比较好的输出，例如FlutterBoost。

外接纹理

在讲音视频之前需要简要介绍一下外接纹理的概念，我们将它称之为是Flutter和Frame之间的桥梁。

Flutter渲染一帧屏幕数据首先要做的是，GPU发出的VC信号在Flutter的UI线程，通过AOT编译的机器码结合当前Dart Runtime，生成Layer Tree UI树，Layer Tree上每一个叶子节点都代表了当前屏幕上所需要渲染的每一个元素，包含了这些元素渲染所需要的内容。将Layer Tree抛给GPU线程，在GPU线程内调用Skia去完成整个UI的渲染过程。Layer Tree中有PictureLayer和TextureLayer两个比较重要的节点。PictureLayer主要负责屏幕图片的渲染，Flutter内部实现了一套图片解码逻辑，在IO线程将图片读取或者从网络上拉取之后，通过解码能够在IO线程上加载出纹理，交给GPU线程将图片渲染到屏幕上。但是由于音视频场景下系统API太过繁多，业务场景过于复杂。Flutter没有一套逻辑去实现跨平台的音视频组件，所以说Flutter提出了一种让第三方开发者来实现音视频组件的方式，而这些音视频组件的视频渲染出口，就是TextureLayer。

在整个Layer Tree渲染的过程中，TextureLayer的数据纹理需要由外部第三方开发者来指定，可以把视频数据和播放器数据送到TextureLayer里，由Flutter将这些数据渲染出来。

TextureLayer渲染过程：首先判断Layer是否已经初始化，如果没有就创建一个Texture，然后将Texture Attach到一个SufaceTexture上。

这个SufaceTexture是音视频的native代码可以获取到的对象，通过这个对象创建的Suface，我们可以将视频数据、摄像头数据解码放到Suface中，然后Flutter端通过监听SufaceTexture的数据更新就可以顺利把刚才创建的数据更新到它的纹理中，然后再将纹理交给SKIA渲染到屏幕上。

然而我们如果需要用Flutter实现美颜，滤镜，人脸贴图等等功能，就需要将视频数据读取出来，更新到纹理中，再将GPU纹理经过美颜滤镜处理后生成一个处理后的纹理。按Flutter提供的现有能力，必须先将纹理中的数据从GPU读出到CPU中，生成Bitmap后再写入Surface中，这样在Flutter中才能顺利的更新到视频数据，这样做对系统性能的消耗很大。

通过对Flutter渲染过程分析，我们知道Flutter底层需要渲染的数据就是GPU纹理，而我们经过美颜滤镜处理完成以后的结果也是GPU纹理，如果可以将它直接交给Flutter渲染，那就可以避免GPU-CPU-GPU这样的无用循环。这样的方法是可行的，但是需要一个条件，就是OpenGL上下文共享。

OpenGL

在说上下文之前，得提到一个和上线文息息相关的概念：线程。

Flutter引擎启动后会启动四个线程：

第一个线程是UI线程，这是Flutter自己定义的UI线程，主要负责GPU发出的VSync信号时候用当前Dart编译的机器码和当前运行环境创建出Layer Tree。

还有就是IO线程和GPU线程。和大部分OpenGL处理解决方案中一样，Flutter也采取一个线程责资源加载，一部分负责资源渲染这种思路。

两个线程之间纹理共享有两种方式。一种是EGLImage(IOS是 CVOpenGLESTextureCache)。一种是OpenGL Share Context。Flutter通过Share Context来实现纹理共享，将IO线程的Context和GPU线程的Context进行Share，放到同一个Share Group下面，这样两个线程下资源是互相可见可以共享的。

Platform线程是主线程，Flutter中有一个很奇怪的设定，GPU线程和主线程共用一个Context。并且在主线程也有很多OpenGL 操作。

这样的设计会给音视频开发带来很多问题，后面会详细说。

音视频端美颜处理完成的OpenGL纹理能够让Flutter直接使用的条件就是Flutter的上下文需要和平台音视频相关的OpenGL上下文处在一个Share Group下面。

由于Flutter主线程的Context就是GPU的Context，所以在音视频端主线程中有一些OpenGL操作的话，很有可能使Flutter整个OpenGL被破坏掉。所以需要将所有的OpenGL操作都限制在子线程中。

通过上述这两个条件的处理，我们就可以在没有增加GPU消耗的前提下实现美颜和滤镜等等功能。

TPM

在经过demo验证之后，我们将这个方案应用到闲鱼音视频组件中，但改造过程中发现了一些问题。

上图是摄像头采集数据转换为纹理的一段代码，其中有两个操作：首先是切进程，将后面的OpenGL操作都切到cameraQueue中。然后是设置一次上下文。然后这种限制条件或者说是潜规则往往在开发过程中容易被忽略的。而这个条件一旦忽略后果就是出现一些莫名其妙的诡异问题极难排查。因此我们就希望能抽象出一套框架，由框架本身实现线程的切换、上下文和模块生命周期等的管理，开发者接入框架以后只需要安心实现自己的算法，而不需要关心这些潜规则还有其他一些重复的逻辑操作。

在引入Flutter之前闲鱼的音视频架构与大部分音视频逻辑一样采用分层架构：

1：底层是一些独立模块

2：SDK层是对底层模块的封装

3：最上层是UI层。

引入Flutter之后，通过分析各个模块的使用场景，我们可以得出一个假设或者说是抽象：音视频应用在终端上可以归纳为视频帧解码之后视频数据帧在各个模块之间流动的过程，基于这种假设去做Flutter音视频框架的抽象。

咸鱼Flutter多媒体开源组件

整个Flutter音视频框架抽象分为管线和数据的抽象、模块的抽象、线程统一管理和上下文同一管理四部分。

管线，其实就是视频帧流动的管道。数据，音视频中涉及到的数据包括纹理、Bit Map以及时间戳等。结合现有的应用场景我们定义了管线流通数据以Texture为主数据，同时可以选择性的添加Bit Map等作为辅助数据。这样的数据定义方式，避免重复的创建和销毁纹理带来的性能开销以及多线程访问纹理带来的一些问题。也满足一些特殊模块对特殊数据的需求。同时也设计了纹理池来管理管线中的纹理数据。

模块：如果把管线和数据比喻成血管和血液，那框架音视频的场景就可以比喻成器官，我们根据模块所在管线的位置抽象出采集、处理和输出三个基类。这三个基类里实现了刚才说的线程切换，上下文切换，格式转换等等共同逻辑，各个功能模块通过集成自这些基类，可以避免很多重复劳动。

线程：每一个模块初始化的时候，初始化函数就会去线程管理的模块去获取自己的线程，线程管理模块可以决定给初始化函数分配新的线程或者已经分配过其他模块的线程。

这样有三个好处：

一是可以根据需要去决定一个线程可以挂载多少模块，做到线程间的负载均衡。第二，多线程并发式能够保证模块内的OpenGL操作是在当前线程内而不会跑到主线程去，彻底避免Flutter的OpenGL 环境被破坏。第三，多线程并行可以充分利用CPU多核架构，提升处理速度。

从Flutter端修改Flutter引擎将Context取出后，根据Context创建上下文的统一管理模块，每一个模块在初始化的时候会获取它的线程，获取之后会调用上下文管理模块获取自己的上下文。这样可以保证每一个模块的上下文都是与Flutter的上下文进行Share的，每个模块之间资源都是共享可见的，Flutter和音视频native之间也是互相共享可见的。

基于上述框架如果要实现一个简单的场景，比如画面实时预览和滤镜处理功能，

1：需要选择功能模块，功能模块包括摄像头模块、滤镜处理模块和Flutter画面渲染模块，

2：需要配置模块参数，比如采集分辨率、滤镜参数和前后摄像头设置等，

3：在创建视频管线后使用已配置的参数创建模块

4：最后管线搭载模块，开启管线就可以实现这样简单的功能。

上图为整个功能实现的代码和结构图。

结合上述音视频框架，闲鱼实现了Flutter多媒体开源组件。

组要包含四个基本组件分别是：

1：视频图像拍摄组件

2：播放器组件

3：视频图像编辑组件

4：相册选择组件

现在这些组件正在走内部开源流程。预计9月份，相册和播放器会实现开源。

后续展望和规划

1：实现开头所说的从底层SDK到UI的全链路的跨端开发。目前底层框架层和模块层都是各个平台各自实现，反而是Flutter的UI端进行了跨平台的统一，所以后续会将底层也按照音视频常用做法把逻辑下沉到C++层，尽可能的实现全链路跨平台。

2：第二部分内容为开源共建，闲鱼开源的内容不仅包括拍摄、编辑组件，还包括了很多底层模块，希望有开发者在基于Flutter开发音视频应用时可以充分利用闲鱼开源出的音视频模块能力，搭建APP框架，开发者只要去负责实现特殊需求模块就可以，尽可能的减少重复劳动。

Flutter发布Package(Pub.dev或私有Pub仓库)

  因为我们使用Flutter跨平台技术开发App时，会有很多公用组件，因为Flutter中一切皆为Widget，widget也比较细粒度，所以我们需要进行封装，用于一个项目或者公司不同项目中去~

  那么今天写写如何发布package或者插件到Pub.dev上，扯扯谈O(∩_∩)O哈哈~

《Flutter的拨云见日》系列文章如下：

1、Flutter中指定字体(全局或者局部，自有字库或第三方)

2、Flutter发布Package(Pub.dev或私有Pub仓库)

首先，我们知道flutter有四种工程模式：Flutter Application、Flutter Module、Flutter Plugin和Flutter Package。

我们这里就主要讲Package 纯Dart插件的发布吧，都差不多。

创建工程后，就可以编写你的公共组件，或者公用字体库呀啥的， 都行。

在更改下你的pubspec.yaml文件，修改下你的versionCode，项目名称，项目描述，作者等

如果上传失败试试????的命令：

在执行该命令时，可能会中途调到网页，要求你登录google账号，登录授权，到时候登录账号并授权就可以了。

因为我们直接使用flutter packages pub publish是发布到Pub.dev上，并不是发布到私有仓库，该怎么办呢？

其实呢，也很简单！像versionCode，项目名，等都和发布Pub.dev是一样的。没啥区别。

有两种方式：

就是这么简单o( ＠ )o

相信大家引用Pub.dev上的第三方库都会了哈，到处都是这里不讲了

在使用flutter pub get就可以拉到私有仓库项目了

以上就差不多聊了聊package发布和获取的事儿了，都很明了，大家可以试试，挺简单的。

PS: 写文不易，觉得没有浪费你时间，请给个点赞~ ????

Flutter真香，我用它写了个桌面版JSON解析工具

Flutter支持稳定的桌面设备开发已经一段时间了，不得不说，Flutter多平台支持的特性真的很香。我本人并没有任何桌面开发的经验，但仍然使用Flutter开发出了一个桌面版小程序，功能很简单，就是对输入的json做格式化处理和转模型。

话不多说，先来看看实际效果。 项目源码地址

开发环境如下：

Flutter : 2.8.1

Dart : 2.15.1

IDE : VSCode

JSON作为我们日常开发工作中经常要打交道的一种数据格式，它共有6种数据类型： null , num , string , object , array , bool 。我们势必对它又爱又恨。爱他因为他作为数据处理的一种格式确实非常方便简洁。但是在我们做Flutter开发中，又需要接触到json解析时，就会感觉非常棘手，因为flutter没有反射，导致json转模型这块需要手写那繁杂的映射关系。就像下面这样子。

数据量少还能接受，一旦量大，那么光手写这个解析方法都能让你怀疑人生。更何况手写还有出错的可能。好在官方有个工具**json_serializable**可以自动生成这块转换代码，也解决了flutter界json转模型的空缺。当然，业界也有专门解析json的网站，可以自动生成dart代码，使用者在生成后复制进项目中即可，也是非常方便的。

本项目以json解析为切入点，和大家一起来看下flutter是如何开发桌面应用的。

要让我们的flutter项目支持桌面设备。我们首先需要修改下flutter的设置。如下，让我们的项目支持 windows 和 macos 系统。

接下来使用 flutter create 命令创建我们的模版工程。

创建完项目后，我们就可以 run 起来了。

先来看下整体界面，界面四块，分别为功能模块、文件选择模块、输入模块、输出模块。

我们在新建一个桌面应用时，默认的模版又一个Appbar，此时应用可以用鼠标拖拽移动，放大缩小，还可以缩到很小。但是，我们一旦去掉这个导航栏，那么窗口就不能用鼠标拖动了，并且我们往往不希望用户将我们的窗口缩放的很小，这会导致页面异常，一些重要信息都展示不全。因此这里需要借助第三方组件 bitsdojo_window 。通过 bitsdojo_window ，我们可以实现窗口的定制化，拖动，最小尺寸，最大尺寸，窗口边框，窗口顶部放大、缩小、关闭的按钮等。

通过 InkWell 组件，可以捕捉到手势、鼠标、触控笔的移动和停留位置

这个功能是鼠标移动后的UI交互界面。要在窗口上显示一个提示框，可以使用 Overlay 。需要注意的是，由于在 Overlay 上的 text 的根结点不是 Material 风格的组件，因此会出现黄色的下划线。因此一定要用 Material 包一下 text 。并且你必须给创建的 OverlayEntry 一个位置，否则它将全屏显示。

读取说表拖拽的文件一开始想尝试使用 InkWell 组件，但是这个组件无法识别拖拽中的鼠标，并且也无法从中拿到文件信息。因此放弃。后来从文章《Flutter-2天写个桌面端APP》中发现一个可读取拖拽文件的组件 desktop_drop ，能满足要求。

使用开源组件 file_picker ，选完图片后的操作和拖拽选择图片后的操作一致。

Textfield 如果要显示富文本，那么需要自定义 TextEditingController 。并重写 buildTextSpan 方法。

在做导出功能时遇到下列报错，保存提示为没有权限访问对应目录下的文件。

通过Apple的开发文档找到有关权限问题的说明。其中有个授权私钥的key为 com.apple.security.files.downloads.read-write ，表示 对用户的下载文件夹的读/写访问权限 。那么，使用Xcode打开Flutter项目中的mac应用，修改工程目录下的 DebugProfile.entitlements 文件，向 entitlements 文件中添加 com.apple.security.files.downloads.read-write ，并将值设置为YES，保存后重启Flutter项目。发现已经可以向下载目录中读写文件了。

当然，这是正常操作。还有个骚操作就是关闭系统的沙盒机制。将 entitlements 文件的 App Sandbox 设置为NO。这样我们就可以访问任意路径了。当然关闭应用的沙盒也就相当于关闭了应用的防护机制，因此这个选项慎用。

原文地址：

基于Weex的Flutter项目框架

最近在做的一个项目，项目的前期采用Weex开发。但是随着交互复杂度的增加，Weex一处开发多处多处运行的特征并没有很好的体现，相反很多时候我们还是需要做IOS和Android的适配。如今火热的Flutter相比Weex和Rn来说，给出了更好的跨平台解决方案。所以我们设计了一套基于Weex实现，底层跑在Flutter Engine上的框架。

底层的Runtime采用isolate engine,框架业务逻辑，Dom的解析逻辑和Render逻辑都跑在这里。

渲染引擎采用Flutter的Skia，彻底剥离了Android和IOS的差异性.

将Weex VirsualDom的解析都替换成Flutter Widget.

设计基于Weex2Dart的Brider,使JS和Dart可以相互调用

weex-demo的性能展示

release环境下采用AOT模式，性能会有质的飞跃。

Android-Release版本只有10m大小

相比Weex和Rn具有更好的性能，同时具有更好的跨平台性

相比Flutter，具有动态部署的能力（Flutter Release采用AoT模式并没有动态部署的能力，即使Debug版本也只是开发环境下才有动态化能力并没有可以实施项目的能力）

只需要会Weex开发或则Rn开发就可以，不需要额外学习Dart，已有的Weex项目可以无缝切换。

futtar.exe是什么程序

flutter是桌面应用程序。

1、使用flutter桌面应用，必须使用master通道，在命令窗口执行以下命令：

flutter channel master

flutter upgrade

2、安装visual studio后，执行flutter doctor命令

3、在visual studio installer中选择对应版本号进行安装：

4、再次执行flutter doctor命令

5、配置执行目标平台

flutter config --enable-windows-desktop

6、命令行切换到flutter-desktop-embedding\example目录下，执行flutter run命令

7、通过visual studio打开目录flutter-desktop-embedding\example\windows下的Runner.sln文件对项目进行打包。

生成的exe可执行文件在目录flutter-desktop-embedding\example\build\windows\x64\Release下

为什么Flutter开发APP性能最接近原生，前端程序员请关注

Flutter是谷歌公司推出的跨终端的开发框架，支持Android、iOS和WEB终端。1.0版在2018年12月5日发布，目前的最新版本是1.5，它采用的开发语言是Dart，Dart也是谷歌开发的计算机编程语言，语法类似C，是编译型语言：

hello world例子，打印字符串“Hello World!”：

1、没有桥接层

React Native、Weex等技术都是跨终端的框架，然而性能跟原生App存在很大差距。这是由于它们的工作原理决定的：

React Native、Weex等技术多了一个桥接层，所以界面渲染会慢一些，由于UI渲染非常频繁，想要不卡顿，基本上比较难，性能和用户体验跟原生代码有差距。而这恰恰是Flutter的优势所在：

Dart可以被编译成不同平台的本地代码，让Flutter不通过桥接层直接跟平台通信，自然性能会快一些。

2、编译执行

JavaScript是解释执行的，Dart是编译执行的，性能谁好一目了然。

3、Flutter Engine虚拟机

Flutter是依靠Flutter Engine虚拟机在iOS和Android上运行的，Flutter Engine使用C/C++编写，开发人员通过Flutter框架直接和API在内部进行交互，所以具有输入低延迟和UI渲染高帧速率的特点。除了这特点之外，Flutter还提供了自己的小部件，Flutter小部件是使用从React获取灵感的现代框架构建的。 中心思想是您使用小部件构建UI。

窗口小部件根据其当前配置和状态描述了它们的视图。 当窗口小部件的状态发生更改时，窗口小部件会重建其描述，框架将根据前面的描述进行区分，以确定底层呈现树从一个状态转换到下一个状态所需的最小更改。可以直接在OS平台提供的画布上进行描绘，也就是一些核心类库直接放到虚拟机里面，调用起来更快。

从它的系统结构可以看出，类似安卓的ART(Android Run Time)虚拟机，同样采用AOT(Ahead of TIme)技术，会在APP安装时就编译成机器语言，不再解释执行，从而优化了APP运行的性能。

4、自带渲染引擎

Flutter使用谷歌自己的Skia渲染引擎，而Android系统自带Skia引擎，iOS平台上Flutter也会把Skia引擎打包到APP中，从而实现了高效渲染。而React Native通过桥接层访问原生UI，操作频繁就容易出性能问题。

综合所述，Flutter 是性能最接近原生代码 的一种开发框架，未来也会是构建谷歌Fuchsia应用的主要方式，前途不可限量，唯一的问题就是需要学习一门新的语言：Dart，而有Java或者C#语言基础的程序员会比较容易学习。

网页名称：flutter平台通道,flutter基础
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