鴻蒙系統(tǒng) （HarmonyOS）是華為推出的一款分布式操作系統(tǒng)，那么如何在保證開發(fā)迭代效率的前提下，以相對低的成本將移動應(yīng)用快速移植到鴻蒙平臺上呢？美團(tuán)外賣 MTFlutter 團(tuán)隊(duì)近期做了一次技術(shù)探索，成功地實(shí)現(xiàn)了 Flutter 對于鴻蒙系統(tǒng)的原生支持。

作者 | 楊超

本文經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載自美團(tuán)技術(shù)團(tuán)隊(duì)

前言

鴻蒙系統(tǒng) （HarmonyOS）是華為推出的一款面向未來、面向全場景的分布式操作系統(tǒng)。在傳統(tǒng)單設(shè)備系統(tǒng)能力的基礎(chǔ)上，鴻蒙提出了基于同一套系統(tǒng)能力、適配多種終端形態(tài)的分布式理念。自 2020 年 9 月 HarmonyOS 2.0 發(fā)布以來，華為加快了鴻蒙系統(tǒng)大規(guī)模落地的步伐，預(yù)計(jì) 2021 年底，鴻蒙系統(tǒng)會覆蓋包括手機(jī)、平板、智能穿戴、智慧屏、車機(jī)在內(nèi)的數(shù)億臺終端設(shè)備。對移動應(yīng)用而言，新的系統(tǒng)理念、新的交互形式，也意味著新的機(jī)遇。如果能夠利用好鴻蒙的開發(fā)生態(tài)及其特性能力，可以讓應(yīng)用覆蓋更多的交互場景和設(shè)備類型，從而帶來新的增長點(diǎn)。

與面臨的機(jī)遇相比，適配鴻蒙系統(tǒng)帶來的挑戰(zhàn)同樣巨大。當(dāng)前手機(jī)端，盡管鴻蒙系統(tǒng)仍然支持安卓 APK 安裝及運(yùn)行，但長期來看，華為勢必會拋棄 AOSP，逐步發(fā)展出自己的生態(tài)，這意味著現(xiàn)有安卓應(yīng)用在鴻蒙設(shè)備上將會逐漸變成“二等公民”。然而，如果在 iOS 及 Android 之外再重新開發(fā)和維護(hù)一套鴻蒙應(yīng)用，在如今業(yè)界越來越注重開發(fā)迭代效率的環(huán)境下，所帶來的開發(fā)成本也是難以估量的。因此，通過打造一套合適的跨端框架，以相對低的成本移植應(yīng)用到鴻蒙平臺，并利用好該系統(tǒng)的特性能力，就成為了一個(gè)非常重要的選項(xiàng)。

在現(xiàn)有的眾多跨端框架當(dāng)中，F(xiàn)lutter 以其自渲染能力帶來的多端高度一致性，在新系統(tǒng)的適配上有著突出的優(yōu)勢。雖然 Flutter 官方并沒有適配鴻蒙的計(jì)劃（https://github.com/flutter/flutter/issues/38437），但經(jīng)過一段時(shí)間的探索和實(shí)踐，美團(tuán)外賣 MTFlutter 團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了 Flutter 對于鴻蒙系統(tǒng)的原生支持。

這里也要提前說明一下，因?yàn)轼櫭上到y(tǒng)目前還處于 Beta 版本，所以這套適配方案還沒有在實(shí)際業(yè)務(wù)中上線，屬于技術(shù)層面比較前期的探索。接下來本文會通過原理和部分實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的介紹，分享我們在移植和開發(fā)過程中的一些經(jīng)驗(yàn)。希望能對大家有所啟發(fā)或者幫助。

背景知識和基礎(chǔ)概念介紹

在適配開始之前，我們要明確好先做哪些事情。先來回顧一下 Flutter 的三層結(jié)構(gòu)：

在 Flutter 的架構(gòu)設(shè)計(jì)中，最上層為框架層，使用 Dart 語言開發(fā)，面向 Flutter 業(yè)務(wù)的開發(fā)者；

中間層為引擎層，使用 C/C++ 開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了 Flutter 的渲染管線和 Dart 運(yùn)行時(shí)等基礎(chǔ)能力；

最下層為嵌入層，負(fù)責(zé)與平臺相關(guān)的能力實(shí)現(xiàn)。顯然我們要做的是將嵌入層移植到鴻蒙上，確切地說，我們要通過鴻蒙原生提供的平臺能力，重新實(shí)現(xiàn)一遍 Flutter 嵌入層。

對于 Flutter 嵌入層的適配，F(xiàn)lutter 官方有一份不算詳細(xì)的指南（https://github.com/flutter/flutter/wiki/Custom-Flutter-Engine-Embedders），實(shí)際操作起來成本很高。由于鴻蒙的業(yè)務(wù)開發(fā)語言仍然可用 Java，在很多基礎(chǔ)概念上與 Android 也有相似之處（如下表所示），我們可以從 Android 的實(shí)現(xiàn)入手，完成對鴻蒙的移植。

Flutter 在鴻蒙上的適配

如前文所述，要完成 Flutter 在新系統(tǒng)上的移植，我們需要完整實(shí)現(xiàn) Flutter 嵌入層要求的所有子模塊，而從能力支持角度，渲染、交互以及其他必要的原生平臺能力是保證 Flutter 應(yīng)用能夠運(yùn)行起來的最基本的要素，需要優(yōu)先支持。接下來會依次進(jìn)行介紹。

1. 渲染流程打通

我們再來回顧一下 Flutter 的圖像渲染流程。如圖所示，設(shè)備發(fā)起垂直同步（VSync）信號之后，先經(jīng)過 UI 線程的渲染管線（Animate/Build/Layout/Paint），再經(jīng)過 Raster 線程的組合和柵格化，最終通過 OpenGL 或 Vulkan 將圖像上屏。這個(gè)流程的大部分工作都由框架層和引擎層完成，對于鴻蒙的適配，我們主要關(guān)注的是與設(shè)備自身能力相關(guān)的問題，即：

（1）如何監(jiān)聽設(shè)備的 VSync 信號并通知 Flutter 引擎？

（2）OpenGL/Vulkan 用于上屏的窗口對象從何而來？

VSync 信號的監(jiān)聽及傳遞

在 Flutter 引擎的 Android 實(shí)現(xiàn)中，設(shè)備的 VSync 信號通過 Choreographer 觸發(fā)，其產(chǎn)生及消費(fèi)流程如下圖所示：

Flutter VSync

Flutter 框架注冊 VSync 回調(diào)之后，通過 C++ 側(cè)的 VsyncWaiter 類等待 VSync 信號，后者通過 JNI 等一系列調(diào)用，最終 Java 側(cè)的 VsyncWaiter 類調(diào)用 Android SDK 的 Choreographer.postFrameCallback 方法，再通過 JNI 一層層傳回 Flutter 引擎消費(fèi)掉此回調(diào)。Java 側(cè)的 VsyncWaiter 核心代碼如下：

@OverridepublicvoidasyncWaitForVsync(long cookie){Choreographer.getInstance().postFrameCallback(new Choreographer.FrameCallback() {@OverridepublicvoiddoFrame(long frameTimeNanos){float fps = windowManager.getDefaultDisplay().getRefreshRate();long refreshPeriodNanos = (long) (1000000000.0 / fps);FlutterJNI.nativeOnVsync(frameTimeNanos, frameTimeNanos + refreshPeriodNanos, cookie);}});}

在整個(gè)流程中，除了來自 Android SDK 的 Choreographer 以外，大多數(shù)邏輯幾乎都由 C++ 和 Java 的基礎(chǔ) SDK 實(shí)現(xiàn)，可以直接在鴻蒙上復(fù)用，問題是鴻蒙目前的 API 文檔中尚沒有開放類似 Choreographer 的能力。所以現(xiàn)階段我們可以借用鴻蒙提供的類似 iOS Grand Central Dispatch 的線程 API，模擬出 VSync 的信號觸發(fā)與回調(diào)：

@OverridepublicvoidasyncWaitForVsync(long cookie){// 模擬每秒 60 幀的屏幕刷新間隔：向主線程發(fā)送一個(gè)異步任務(wù), 16ms 后調(diào)用applicationContext.getUITaskDispatcher().delayDispatch(() -> {float fps = 60; // 設(shè)備刷新幀率，HarmonyOS 未暴露獲取幀率 API，先寫死 60 幀long refreshPeriodNanos = (long) (1000000000.0 / fps);long frameTimeNanos = System.nanoTime();FlutterJNI.nativeOnVsync(frameTimeNanos, frameTimeNanos + refreshPeriodNanos, cookie);}, 16);};

渲染窗口的構(gòu)建及傳遞

在這一部分，我們需要在鴻蒙系統(tǒng)上構(gòu)建平臺容器，為 Flutter 引擎的圖形渲染提供用于上屏的窗口對象。同樣，我們參考 Flutter for Android 的實(shí)現(xiàn)，看一下 Android 系統(tǒng)是怎么做的：

Flutter 在 Android 上支持 Vulkan 和 OpenGL 兩種渲染引擎，篇幅原因我們只關(guān)注 OpenGL。拋開復(fù)雜的注冊及調(diào)用細(xì)節(jié)，本質(zhì)上整個(gè)流程主要做了三件事：

創(chuàng)建了一個(gè)視圖對象，提供可用于直接繪制的 Surface，將它通過 JNI 傳遞給原生側(cè)；在原生側(cè)獲取 Surface 關(guān)聯(lián)的本地窗口對象，并交給 Flutter 的平臺容器；將本地窗口對象轉(zhuǎn)換為 OpenGL ES 可識別的繪圖表面（EGLSurface），用于 Flutter 引擎的渲染上屏。接下來我們用鴻蒙提供的平臺能力來實(shí)現(xiàn)這三點(diǎn)。

a. 可用于直接繪制的視圖對象

鴻蒙系統(tǒng)的 UI 框架提供了很多常用視圖組件（Component），比如按鈕、文字、圖片、列表等，但我們需要拋開這些上層組件，獲得直接繪制的能力。借助官方媒體播放器開發(fā)指導(dǎo)文檔，可以發(fā)現(xiàn)鴻蒙提供了 SurfaceProvider 類，它管理的 Surface 對象可以用于視頻解碼后的展示。而 Flutter 渲染與視頻上屏從原理上是類似的，因此我們可以借用 SurfaceProvider 實(shí)現(xiàn) Surface 的管理和創(chuàng)建：

// 創(chuàng)建一個(gè)用于管理 Surface 的容器組件SurfaceProvider surfaceProvider = new SurfaceProvider(context);// 注冊視圖創(chuàng)建回調(diào)surfaceProvider.getSurfaceOps().get().addCallback(surfaceCallback);// ... 在 surfaceCallback 中@OverridepublicvoidsurfaceCreated(SurfaceOps surfaceOps) {Surface surface = surfaceOps.getSurface();// ...將 surface 通過 JNI 交給 Native 側(cè)FlutterJNI.onSurfaceCreated(surface);}

b. 與 Surface 關(guān)聯(lián)的本地窗口對象

鴻蒙目前開放的 Native API 并不多，在官方文檔中，我們可以比較容易地找到 Native_layer API（https://developer.harmonyos.com/cn/docs/documentation/doc-references/native__layer-0000001060033509）。根據(jù)文檔的說明，Native API 中的 NativeLayer（https://developer.harmonyos.com/cn/docs/documentation/doc-references/native__layer-0000001060033509#EN-US_TOPIC_0000001060033509__ga10f0496160a17e00453c6744fb98a3f6）對象剛好對應(yīng)了 Java 側(cè)的 Surface 類，借助 GetNativeLayer （https://developer.harmonyos.com/cn/docs/documentation/doc-references/native__layer-0000001060033509#EN-US_TOPIC_0000001060033509__ga10f0496160a17e00453c6744fb98a3f6）方法，我們實(shí)現(xiàn)了兩者之間的轉(zhuǎn)化：

// platform_view_android_jni_impl.ccstaticvoidSurfaceCreated(JNIEnv* env, jobject jcaller, jlong shell_holder, jobject jsurface){fml::jni::ScopedJavaLocalFrame scoped_local_reference_frame(env);// 通過鴻蒙 Native API 獲取本地窗口對象 NativeLayerauto window = fml::MakeRefCounted(GetNativeLayer(env, jsurface));ANDROID_SHELL_HOLDER->GetPlatformView()->NotifyCreated(std::move(window));}

c. 與本地窗口對象關(guān)聯(lián)的 EGLSurface

在 Android 的 AOSP 實(shí)現(xiàn)（https://source.android.google.cn/devices/graphics/arch-egl-opengl?hl=zh-cn）中，EGLSurface 可通過 EGL 庫的 eglCreateWindowSurface（https://www.khronos.org/registry/EGL/sdk/docs/man/html/eglCreateWindowSurface.xhtml）方法從本地窗口對象 ANativeWindow 創(chuàng)建而來。對于鴻蒙而言，雖然我們沒有從公開文檔找到類似的說明，但是鴻蒙標(biāo)準(zhǔn)庫（https://developer.harmonyos.com/cn/docs/documentation/doc-references/library-0000001060513586）默認(rèn)支持了 OpenGL ES，而且鴻蒙 SDK 中也附帶了 EGL 相關(guān)的庫及頭文件，我們有理由相信在鴻蒙系統(tǒng)上，EGLSurface 也可以通過此方法從前一步生成的 NativeLayer 轉(zhuǎn)化而來，在之后的驗(yàn)證中我們也確認(rèn)了這一點(diǎn)：

// window->handle() 即為之前得到的 NativeLayerEGLSurface surface = eglCreateWindowSurface(display, config_, reinterpret_cast(window->handle()),attribs);//...交給 Flutter 渲染管線

2. 交互能力實(shí)現(xiàn)

交互能力是支撐 Flutter 應(yīng)用能夠正常運(yùn)行的另一個(gè)基本要求。在 Flutter 中，交互包含了各種觸摸事件、鼠標(biāo)事件、鍵盤錄入事件的傳遞及消費(fèi)。以觸摸事件為例，F(xiàn)lutter 事件傳遞的整個(gè)流程如下圖所示：

Flutter 事件分發(fā)

iOS/Android 的原生容器通過觸摸事件的回調(diào) API 接收到事件之后，會將其打包傳遞至引擎層，后者將事件傳發(fā)給 Flutter 框架層，并完成事件的消費(fèi)、分發(fā)和邏輯處理。同樣，整個(gè)流程的大部分工作已經(jīng)由 Flutter 統(tǒng)一，我們要做的僅僅是在原生容器上監(jiān)聽用戶的輸入，并封裝成指定格式交給引擎層而已。

在鴻蒙系統(tǒng)上，我們可以借助平臺提供的多模輸入 API（https://developer.harmonyos.com/cn/docs/documentation/doc-guides/ui-multimodal-overview-0000000000031876），實(shí)現(xiàn)多種類型事件的監(jiān)聽：

flutterComponent.setTouchEventListener(touchEventListener); // 觸摸及鼠標(biāo)事件flutterComponent.setKeyEventListener(keyEventListener); // 鍵盤錄入事件flutterComponent.setSpeechEventListener(speechEventListener); // 語音錄入事件

對于事件的封裝處理，可以復(fù)用 Android 已有的邏輯，只需要關(guān)注鴻蒙與 Android 在事件處理上的對應(yīng)關(guān)系即可，比如觸摸事件的部分對應(yīng)關(guān)系：

3. 其他必要的平臺能力

為了保證 Flutter 應(yīng)用能夠正常運(yùn)行，除了最基本的渲染和交互外，我們的嵌入層還要提供資源管理、事件循環(huán)、生命周期同步等平臺能力。對于這些能力 Flutter 大多都在嵌入層的公共部分有抽象類聲明，只需要使用鴻蒙 API 重新實(shí)現(xiàn)一遍即可。

比如資源管理，引擎提供了 AssetResolver（https://github.com/flutter/engine/blob/master/assets/asset_resolver.h）聲明，我們可以使用鴻蒙 Rawfile（https://developer.harmonyos.com/cn/docs/documentation/doc-references/rawfile-0000001061151248）API 來實(shí)現(xiàn)：

classHAPAssetMapping :public fml::Mapping {public:HAPAssetMapping(RawFile* asset) : asset_(asset) {}~HAPAssetMapping() override { CloseRawFile(asset_); }size_t GetSize() const override { return GetRawFileSize(asset_); }const uint8_t* GetMapping()const override {returnreinterpret_cast(GetRawFileBuffer(asset_));}private:RawFile* const asset_;FML_DISALLOW_COPY_AND_ASSIGN(HAPAssetMapping);};

對于事件循環(huán)，引擎提供了 MessageLoopImpl（https://github.com/flutter/engine/blob/master/fml/message_loop_impl.h）抽象類，我們可以使用鴻蒙 Native_EventHandler（https://developer.harmonyos.com/cn/docs/documentation/doc-references/native__eventhandler-0000001054795159）API 實(shí)現(xiàn)：

// runner_ 為鴻蒙 EventRunnerNativeImplement 的實(shí)例void MessageLoopHarmony::Run() {FML_DCHECK(runner_ == GetEventRunnerNativeObjForThread());int result = ::EventRunnerRun(runner_);FML_DCHECK(result == 0);}void MessageLoopHarmony::Terminate() {int result = ::EventRunnerStop(runner_);FML_DCHECK(result == 0);}

對于生命周期的同步，鴻蒙的 Page Ability（https://developer.harmonyos.com/cn/docs/documentation/doc-guides/ability-page-concept-0000000000033573）提供了完整的生命周期回調(diào)（如下圖所示），我們只需要在對應(yīng)的時(shí)機(jī)將狀態(tài)上報(bào)給引擎即可。

Page Ability Lifecycle

當(dāng)以上這些能力都準(zhǔn)備好之后，我們就可以成功把 Flutter 應(yīng)用跑起來了。以下是通過 DevEco Studio（https://developer.harmonyos.com/cn/develop/deveco-studio）運(yùn)行官方 Flutter Gallery（https://github.com/flutter/gallery）應(yīng)用的截圖，截圖中 Flutter 引擎已經(jīng)使用鴻蒙系統(tǒng)的平臺能力進(jìn)行了重寫：

DevEco Running Flutter

借由鴻蒙的多設(shè)備支持能力，此應(yīng)用甚至可在 TV、車機(jī)、手表、平板等設(shè)備上運(yùn)行：

Flutter Multiple Devices

總結(jié)和展望

通過上述的構(gòu)建和適配工作，我們以極小的開發(fā)成本實(shí)現(xiàn)了 Flutter 在鴻蒙系統(tǒng)上的移植，基于 Flutter 開發(fā)的上層業(yè)務(wù)幾乎不做任何修改就可以在鴻蒙系統(tǒng)上原生運(yùn)行，為迎接鴻蒙系統(tǒng)后續(xù)的大規(guī)模推廣也提前做好了技術(shù)儲備。

當(dāng)然，故事到這里并沒有結(jié)束。在最基本的運(yùn)行和交互能力之上，我們更需要關(guān)注 Flutter 與鴻蒙自身生態(tài)的結(jié)合：如何優(yōu)雅地適配鴻蒙的分布式技術(shù)？如何用 Flutter 實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的快速連接、資源共享？現(xiàn)有的眾多 Flutter 插件如何應(yīng)用到鴻蒙系統(tǒng)上？未來 MTFlutter 團(tuán)隊(duì)將在這些方面做更深入的探索，因?yàn)榻鉀Q好這些問題，才是真正能讓應(yīng)用覆蓋用戶生活的全場景的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

https://developer.huawei.com/consumer/cn/events/hdc2020/https://developer.harmonyos.com/cn/documentationhttps://flutter.dev/docs/resources/architectural-overviewhttps://github.com/flutter/flutter/wiki/Custom-Flutter-Engine-Embedders作者簡介：

楊超，2016 年加入美團(tuán)外賣技術(shù)團(tuán)隊(duì)，目前主要負(fù)責(zé) MTFlutter 相關(guān)的基礎(chǔ)建設(shè)工作。
編輯：hfy