Flutter 产物分析与减包方案

2021-05-07 10:40:12 浏览数 (1)

在混合开发场景下，Flutter 的包增量略大一直是被大家诟病的一点，但 Google 官方明确表示了 Flutter 不会支持动态化，而且目前 Flutter SDK 官方还没有提供一套定制方案。因此想要瘦身，那么只能自己动手丰衣足食了。

所谓减包，前提条件是必须知道产物内容有什么？产物里有哪些部分可以减？被减掉的部分我们要怎么加回来？因此本文将围绕“产物分析”与“减包方案”两个主题来分别论述 iOS 与 Android 两端的 Flutter 减包原理与方案。

那么，先从 iOS 端开始吧。

注：本文数据与代码片段均来源于一个基于 Flutter 1.17.1 的 Flutter Module 在 Release（AOT Assembly）Mode 下构建后的产物，未经过任何压缩。

1. iOS 篇

1.1 产物构成

我们知道使用 flutter build ios-framework 即可将一个 Flutter  Module 构建成一个 Framework 供 iOS 宿主集成，这种集成方式我们称之为产物集成，这么这个“产物”就是 Flutter 产物，它包含以下几个部分组成：

  1. App.framework
    • App: 这个是 Dart 业务代码 AOT 的产物
    • flutter_assets: Flutter 静态资源文件
  2. Flutter.framework
    • Flutter: Flutter Engine 的编译产物
    • icudtl.dat: 国际化支持数据文件

打出产物之后，我们在终端可以显示各个部分的体积，最后整理一下 iOS 端 Flutter 产物结构如下图所示：

需要注意的是 Mac Finder 中显示的体积会偏大，其换算倍率是 1000 而非 1024，需要我们用命令行拿到显示的体积之后再手动计算得到真实体积。

此外，Engine 产物的体积我们选用的是 profile 模式（arm64 arm32）下的体积，因 Flutter 1.17.1 release 存在 bug，bitcode 无法被压缩，导致体积有 351.47 MB，影响分析。具体原因可见：Flutter app size is too big · Issue #45519。

1.2 减包方案

减包的基本方法有二：

  1. 删产物：把产物中没用的部分直接删掉
  2. 挪产物：把可以暂时移除的部分挪走改变为远端下发，同时需要修改产物加载逻辑，使 Flutter 支持动态加载远端下发的部分产物

我们针对前文中总结的产物结构一一来实现产物减包，首先是 App.framework 中的 App 部分。

1.2.1 App.framework/App

在说方案之前，我们先看看 App.framework 下的 App 是如何构建而来的，如下图所示：

首先，frontend_server 会将 Dart 源码编译成一个中间产物 dill，我们通过运行以下命令也可以实现通过的编译效果：

app.dill 是二进制字节码，我们通过 string app.dill 可以发现它其实就是 Dart 代码合并之后的产物：

而 Dart 在开发模式下提供的 Hot Reload 其实也正是通过将变动的代码通过 frontend_server 编译得到新增的 kernel（app.dill.incremental.dill），通过 WS 提交给 Dart VM Update 之后来进行整棵树的 Rebuild，从而实现 Hot Reload。

之后会通过两个平台侧的 gen_snapshot 进行编译得到 IL 指令集和优化代码，最后输出汇编产物。汇编产物通过 xcrun 工具得到单架构的 App 产物，最后经过 lipo 得到最后双 ARM 架构的 App 产物。所以，我们这里展示的 App.framework 下的 App 的体积是双架构的。

ARMv7: iPhone 5s 之前的 iOS 设备。ARM64: iPhone 5s 及其之后的 iOS 设备。

接着，我们从删产物和挪产物两个层面来讲解如何减少该产物的体积。

删产物

这部分体积是 Dart 代码 AOT 之后的产物，体积较大，是我们减包过程中重点关照对象。

按照之前说的减包基本方法，我们首先试试“删产物”，看看有什么可以直接删掉的，使用 Flutter 提供的体积分析工具可以直接得到体积图：

我们发现确实有两个库业务中没有用到，直接删掉依赖即可。

除此之外还有一些优化，可以帮助我们减少代码体积：

  • 配置 linter 来禁止不合理的语法：如显示类型转换等，编译前会追加大量的 try catch 导致代码体积变大。
  • 混淆 Dart 代码：0.75MB (2.5%) ↓

此外，我们还可以删除一些符号来达到减包效果

  • 不使用堆栈跟踪符号：1.8MB (6.2%) ↓
  • 删除 dSYM 符号表信息文件：5.8MB (20%) ↓

注：dSYM 是保存 16 进制函数地址映射信息的中转文件，包含我们调试的 symbols，用来分析 crash report 文件，解析出正确的错误函数信息。

挪产物

接着，我们再看看如何实现“挪产物”，那就需要对 App.framework/App 中的内容做具体分析了。我们之前说它是 Dart 代码 AOT 之后的产物，没错，因为它主要由四个 AOT 快照库（snapshot）组成：

  • kDartIsolateSnapshotData: Isolate 快照数据，这是 Dart 堆的初始状态，并包含 isolate 专属的信息。
  • kDartIsolateSnapshotInstructions: Isolate 快照指令，包含由 Dart isolate 执行的 AOT 指令。
  • kDartVmSnapshotData: Dart VM 快照数据，isolate 之间共享的 Dart 堆的初始状态。
  • kDartVmSnapshotInstructions: Dart VM 快照指令，包含 VM 中所有 Dart isolate 之间共享的通用例程的 AOT 指令。

详情可以看官方 Wiki 中的介绍：https://github.com/flutter/flutter/wiki/Flutter-engine-operation-in-AOT-Mode

同一个进程里可以有很多个 Isolate，但两个 Isolate 的堆是不能共享的。Dart VM 开发团队早就考虑到了交互的问题，于是就设计了一个 VM Isolate，它是运行在 UI 线程中 Isolate 之间交互的桥梁。Dart VM 中 isolate 之间的关系如下图所示：

因此 isolate 对应的 AOT Snapshot 就是 kDartIsolateSnapshot，其又分为指令段和数据段；VM Isolate 对应的 AOT Snapshot 就是 kDartVmSnapshot，其也分为指令段和数据段。

根据以上分析，App.framework 的结构我们可以进一步拆分成下图所示：

我们知道 App Store 审核条例不允许动态下发可执行二进制代码，因此对于以上 4 个快照，我们只能下发数据段的内容（kDartIsolateSnapshotData 与 kDartVmSnapshotData），而指令段的内容（kDartIsolateSnapshotInstructions 与 kDartVmSnapshotInstructions）则依然要留在产物里。

那么，我们要在哪里分离这个快照库呢？

在 Dart VM 启动时的数据加载阶段，如下图所示，修改 settings 里面快照库的读取路径即可：

修改之后的具体实现本文不做讲解，在 《Q 音直播 Flutter 包裁剪方案 (iOS)》 一文有详细的代码修改介绍。

1.2.2 App.framework/flutter_assets

flutter_assets 是 Flutter Module 中使用到的本地静态资源，对于这部分我们不可能“删”的只能“挪”，我们有两种方案来挪产物——常规方案依然是在 Dart VM 启动时的数据加载阶段来修改 settings 里的 flutter_assets 路径，来做到远程加载，常规情况下我们使用这种方式就可以移除 flutter_assets 了。

那么有没有什么方式可以不修改 Flutter Engine 的代码移除 flutter_assets？有的，可以使用 CDN 图片 磁盘缓存 预加载的组合方案实现同样的效果，步骤如下：

  1. 封装一个 Image 组件，根据编译模式选择使用本地图还是网络图，即开发环境下使用本地图快速开发，生产环境下使用 CDN 图。
  2. 改造 CI，持续集成时移除 flutter_assets 并发布包内的图片到 CDN 上。
  3. 扩展增强 Image 组件的能力，引入 cached_network_image，支持磁盘缓存。
  4. Flutter 模块加载时，使用 precacheImage 方法对 CDN 图片进行预加载。

这套方案稍显麻烦了一些，而且还要区分环境，因此还是建议修改 Flutter Engine 来实现远端加载 flutter_assets。

1.2.3 Flutter.framework/icudtl.dat

icudtl.dat 是国际化支持数据文件，不建议直接删掉，而是同上述挪产物的方案一样，在 Dart VM 启动时的数据加载阶段修改 settings 里的 icudtl.dat 路径（icu_data_path）来实现远端加载：

1.2.4 Flutter.framework/Flutter
引擎修改

这一部分是 Flutter Engine （C ）的编译后的二进制产物，是产物里占据体积最大的部分，目前我们参考字节跳动的分享《如何缩减接近 50% 的 Flutter 包体积》，可优化的部分目前有以下两点：

  1. 编译优化
  2. 引擎裁剪

Flutter Engine 使用 LLVM 进行编译，其中链接时优化（LTO）有一个 Clang Optimization Level 编译参数，如下图所示（在 buildroot 里）:

我们将这里 iOS 平台的 Engine 编译参数从 -Os 参数改成使用 -Oz 参数，最终可以减小 700 KB 左右体积。

而引擎裁剪也有两个部分可以裁剪：

  1. Skia: 去掉一些参数，在不影响性能的情况下可以减少 200KB 的体积。
  2. BoringSSL: 若使用客户端代理请求，则不需要 Dart HttpClient 模块，这部分可以完全移除，且代理请求会比 HttpClient 的性能更好，这部分可以减少 500KB 的体积

附: 在 https://github.com/flutter/flutter/issues/40345 中提及了另一个角度的编译优化，即函数编译优化。同一个加法函数，Dart 实现编译之后有 36 条指令，而 Objective-C 只有 11 条指令，36 条指令中有头部 8 条和尾部 6 条的对齐指令，是可以移除的，中间有 5 条栈溢出检查也是可以移除的，**即 Dart 编译后的 36 条指令可以优化成 13 条指令。**这里需要等 Google 官方来进行优化。

引擎编译

修改完之后我们需要编译引擎，首先先介绍一下 Flutter Engine 编译时需要用到的工具：

  • gclient：源码库管理工具，原本是 chromium 使用的，它可以管理源码以及对应的依赖，通过 gclient 来获取编译需要所有源码和依赖。
  • gn：负责生成 ninja 编译需要的 build 文件，特别像 Flutter 这种跨多种操作系统平台跨多种 CPU 架构的，就需要通过 gn 生成很多套不同的 ninja build 文件。
  • ninja：编译工具，负责最终的编译工作。

编译工具介绍具体可见 Flutter 官方 Wiki：Setting up the Engine development environment - Flutter wiki

具体编译分为三步，首先，创建一个 .gclient 文件，来拉取源码和所有对应的依赖，如下图所示：

第二步，执行 gclient sync 下载依赖。

需要注意的是以上几点修改都是依赖（如 buildroot，skia 等）而非源码，因此需要我们 fork 一份 flutter engine，然后先改好依赖之后，获取对应依赖的 commit 号再填进 engine 的 DEPS 文件里，之后提交代码之后获取 engine 仓库最新的 commit 号，填进 .gclient 文件中。

第三步，使用 ninja 配合 gn 生成的配置文件来编译 engine，想编译什么平台架构的 engine 就使用 gn 生成一份配置，之后 ninja 执行编译即可。如下图所示：

最终，我们就能得到若干份（不同平台架构）的定制 Engine，而使用它们也很简单，直接替换本地 Flutter SDK 中的 Engine 即可。

经过以上几步针对各个产物内容的减包处理，我们最终的产物架构如下图所示：

1.3 减包成效

iOS App 的体积查看分为以下几种方法，得到的大小都是不同的：

第一种方式是查看本地构建 ipa 之后的分析报告，分析报告里会提供两个体积，但是需要注意的是它们都是未加密的：

  1. 安装包体积：即未加密的，下载大小
  2. 解压后的体积：即未加密的，占用体积

但是上传 App Store 之后都是会加密的，因此想要知道用户最后看到的体积，需要上传 App Store 查看报告，这里的报告同样会提供两个体积，如下图所示：

分别是：

  1. Download Size
  2. Install Size

用户最后在 App Store 看到的是 Install Size。

注：但有一种情况例外，即使用 Web 浏览器登录 App Store 去查看 App 的体积，那个时候展示的体积的 Download Size，因为 Apple 认为你此刻关注的并不是安装占用体积。

我们使用空白项目作为宿主工程上传 App Store 查看 Install Size，发现 App 的体积从 18.7MB 减少到了 11.8MB。

2. Android 篇

Android 侧减包方案则较为简单，因为没有 App Store 的审核条例限制，可以粗暴地挪走全部产物并动态下发。我们依然从产物构成、减包方案、减包成效来看看 Android 侧的 Flutter 减包。

2.1 产物构成

首先我们来看看 Android 端 Flutter Module 产物（Release）编译流程，和 iOS 一样，依然是 Dart 源码与 Engine 两部分产物构成：

最终产物 flutter.gradle 里面包括了：

  1. libapp.so
  2. flutter.jar

其中，flutter.jar 又含有 libflutter.so，icudtl.dat 与一些 Java 文件，而 libflutter.so 即引擎产物，icudtl.dat 依然是国际化支持文件，最后一些 Java 是暴露给业务侧调用 Flutter 的接口。

那么关键产物构成如下表所示：

2.2 减包方案

libflutter.so 是引擎产物，我们依然可以做裁剪定制，但是必要性已经不大了，因为 Flutter 产物在 Android 端可以做到完全动态下发。步骤如下：

  1. 挪走 libapp.so，libflutter.so，flutter_assets 等文件，发布到云端
  2. 通过定制 flutter.jar 中的 FlutterLoader.java 逻辑，来加载自定义位置的库路径，从而实现动态加载

具体代码不再演示。

2.3 减包成效

使用空白工程作为宿主，测量减包前后 APK 的体积大小，可以发现 6.2MB 的 Flutter 产物体积可以完全减去。

以上便是双端的 Flutter 减包方案，内容相对简单，都是参考前人的脚步来一步步实践得到的效果，因此强烈建议读者延伸阅读一下文末的两篇文章，以作为进一步学习来加深了解。

参考文章：

  1. 《Q 音直播 Flutter 包裁剪方案 (iOS)》  https://mp.weixin.qq.com/s/mhObltbb3TKTUqb9Rs67-Q
  2. 《如何缩减接近 50% 的 Flutter 包体积》 https://coffee.pmcaff.com/article/13376800_j
dart 编程算法 打包 java flutter

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