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Flutter浪潮下的音视频研发探索

文/陈炉军

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。

相关问答

Q1: Flutter（六）Android与Flutter混合开发（Hybird）

如果我们目前的项目是Android的，但是接下来我们希望部分页面可以使用Flutter进行开发，甚至我们希望在Native页面中嵌入FlutterUI组件，那么我们该如何实现呢？

假设你现在Android项目的目录的结构是这样的

这时候如果你想创建一个Flutter模块，使得Android模块和Flutter模块之间可以进行交互，我们可以通过Android Studio新建一个Flutter Module，具体过程是：File — New — New Module ，之后选择Flutter Module，指定Project Location的路径为

也就是说，最终你的项目结构会是这样的

接下来在Android Module的 build.gradle 文件中添加flutter依赖

先创建一个Flutter页面

这里比较重要的是 window.defaultRouteName 这个字段，这个字段可以接收从Native传递过来的参数 （下文我们会介绍原生传递参数的方法），也就是说通过这个字段我们就可以进行Flutter页面的路由的分发

我们可以直接在Android的 MainActivity 中启动一个 FlutterActivity ，这里的 initialRoute 方法中传递的参数就对应Flutter层的 window.defaultRouteName

注意：需要在 AndroidManifest.xml 注册 FlutterActivity

自己创建一个 FlutterAppActivity 继承自 FlutterActivity

在 MainActivity 中启动 FlutterAppActivity （另外别忘了在 AndroidManifest.xml 中注册 FlutterAppActivity ）

两种启动方式的区别

如果单纯只是想打开一个Flutter页面，两种方式实际上基本没有太大区别，第一种方式也许还会更简单一点。但是，在Flutter开发中，我们往往还需要开发一些Native插件供Flutter调用，如果使用复写 FlutterActivity 的方式更有利于我们在 FlutterActivity 中注册我们的Native插件，所以实际开发中一般推荐使用第二种方式

扩展思考

initialRoute 从名称上看起来是Flutter提供给我们进行Native与Flutter交互的路由跳转的，但是实际上他就是一个字符串，我们不仅仅可以传递一个路由名称，有时候我们也可以通过这个参数传递一串JSON数据，然后在Flutter端进行解析，这样我们就可以通过这个参数做更多的事情

activity_main.xml

FrameLayout 用于承载Flutter组件

MainActivity.java

使用 FragmentManager 将 FlutterFragment 添加到 FrameLayout 容器中

运行结果

上半部分是原生的TextView，下半部分是Flutter的Text组件

本节主要介绍了Native和Flutter之间的页面跳转，以及同一个页面中Native与Flutter组件的组合。接下来会介绍如何编写Android插件与Flutter进行数据交互

Q2: Flutter 启动页的前世今生适配历程

APP 启动页在国内是最常见也是必备的场景，其中启动页在 iOS 上算是强制性的要求，其实配置启动页挺简单，因为在 Flutter 里现在只需要：

一般只要配置无误并且图片尺寸匹配，基本上就不会有什么问题， 那既然这样，还有什么需要适配的呢？

事实上大部分时候 iOS 是不会有什么问题， 因为 LaunchScreen.storyboard 的流程本就是 iOS 官方用来做应用启动的过渡；而对于 Andorid 而言，直到 12 之前 windowBackground 这种其实只能算“民间”野路子 ，所以对于 Andorid 来说，这其中就涉及到一个点：

所以下面主要介绍 Flutter 在 Android 上为了这个启动图做了哪些骚操作～

在已经忘记版本的“远古时期” ， FlutterActivity 还在 io.flutter.app.FlutterActivity 路径下的时候，那时启动页的逻辑相对简单，主要是通过 App 的 AndroidManifest 文件里是否配置了 SplashScreenUntilFirstFrame 来进行判断。

在 FlutterActivity 内部 FlutterView 被创建的时候，会通过读取 meta-data 来判断是否需要使用 createLaunchView 逻辑 ：

是不是很简单，那就会有人疑问为什么要这样做？我直接配置 Activity 的 android:windowBackground 不就完成了吗？

这就是上面提到的时间差问题， 因为启动页到 Flutter 渲染完第一帧画面中间，会出现概率出现黑屏的情况，所以才需要这个行为来实现过渡 。

经历了“远古时代”之后， FlutterActivity 来到了 io.flutter.embedding.android.FlutterActivity ， 在到 2.5 版本发布之前，Flutter 又针对这个启动过程做了不少调整和优化，其中主要就是 SplashScreen 。

自从开始进入 embedding 阶段后， FlutterActivity 主要用于实现了一个叫 Host 的 interface ，其中和我们有关系的就是 provideSplashScreen 。

默认情况下它会从 AndroidManifest 文件里是否配置了 SplashScreenDrawable 来进行判断 。

默认情况下当 AndroidManifest 文件里配置了 SplashScreenDrawable ，那么这个 Drawable 就会在 FlutterActivity 创建 FlutterView 时被构建成 DrawableSplashScreen 。

DrawableSplashScreen 其实就是一个实现了 io.flutter.embedding.android.SplashScreen 接口的类，它的作用就是：

之后 FlutterActivity 内会创建出 FlutterSplashView ，它是个 FrameLayout。

FlutterSplashView 将 FlutterView 和 ImageView 添加到一起， 然后通过 transitionToFlutter 的方法来执行动画，最后动画结束时通过 onTransitionComplete 移除 splashScreenView 。

所以整体逻辑就是：

当然这里也是分状态：

当然这个阶段的 FlutterActivity 也可以通过 override provideSplashScreen 方法来自定义 SplashScreen 。

看到没有，做了这么多其实也就是为了弥补启动页和 Flutter 渲染之间， 另外还有一个优化，叫 NormalTheme 。

通过该配置 NormalTheme ，在 Activity 启动时，就会首先执行 switchLaunchThemeForNormalTheme(); 方法将主题从 LaunchTheme 切换到 NormalTheme 。

大概配置完就是如下样子， 前面分析那么多其实就是为了告诉你，如果出现问题了，你可以从哪个地方去找到对应的点 。

讲了那么多， Flutter 2.5 之后 provideSplashScreen 和 io.flutter.embedding.android.SplashScreenDrawable 就被弃用了，惊不喜惊喜，意不意外，开不开心 ？

通过源码你会发现，当你设置了 splashScreen 的时候，会看到一个 log 警告：

为什么会弃用？

其实这个提议是在 这个 issue 上，然后通过 这个 pr 完成调整。

大概意思就是： 原本的设计搞复杂了，用 OnPreDrawListener 更精准，而且不需要为了后面 Andorid12 的启动支持做其他兼容，只需要给 FlutterActivity 等类增加接口开关即可 。

也就是2.5之后 Flutter 使用 ViewTreeObserver.OnPreDrawListener 来实现延迟直到加载出 Flutter 的第一帧。

为什么说默认情况？ 因为这个行为在 FlutterActivity 里，是在 getRenderMode() == RenderMode.surface 才会被调用，而 RenderMode 又和 BackgroundMode 有关心 。

所以在 2.5 版本后， FlutterActivity 内部创建完 FlutterView 后就会执行一个 delayFirstAndroidViewDraw 的操作。

这里主要注意一个参数： isFlutterUiDisplayed 。

当 Flutter 被完成展示的时候， isFlutterUiDisplayed 就会被设置为 true。

所以当 Flutter 没有执行完成之前， FlutterView 的 onPreDraw 就会一直返回 false ，这也是 Flutter 2.5 开始之后适配启动页的新调整。

看了这么多，大概可以看到其实开源项目的推进并不是一帆风顺的，没有什么是一开始就是最优解，而是经过多方尝试和交流，才有了现在的版本，事实上开源项目里，类似这样的经历数不胜数：

Q3: Flutter CustomPaint 使用介绍

CustomPaint class提供了让用户自定义widget的能力，它暴露了一个canvas，可以通过这个canvas来绘制widget，CustomPaint会先调用painter绘制背景，然后再绘制child，最后调用foregroundPainter来绘制前景，CustomPaint的定义如下

CustomPaint的绘制过程都将会交给CustomPainter来完成，CustomPainter是个抽象接口，在子类化CustomPainter的时候必须要重写它的 paint 跟 shouldRepaint 接口，可以根据自己的场景来选择性的重写 hitTest 跟 shouldRebuildSemantics 方法。

canvas--画布，真正的绘制是由canvas跟paint来完成的，画布提供了各种绘制的接口来绘制图形，除此以外画布还提供了平移、缩放、旋转等矩阵变换接口，画布都有固定大小跟形状，还可以使用画布提供的裁剪接口来裁剪画布的大小形状等等。

常用的绘制接口有 更多请查看官方文档

Paint---笔画，是用来设置在画布上面绘制图形时的一些笔画属性，如：颜色、线宽、绘制模式、抗锯齿等等。常用属性有 更多请查看官方文档

color ： 设置画笔颜色

isAntiAlias ： 设置画笔是否扛锯齿

shader : 着色器，填充形状或者画线时用到，如果没设置将会使用color

strokeWidth ： 设置画笔画线宽度

style ：绘制模式，画线或充满

下面这个例子来自于官方，通过 CustomPaint 画出了一个蓝天跟太阳出来

效果如下：

Q4: Flutter 之 Sliver 系列控件

SliverAppBar 控件，一个 MD 的 AppBar 。属性和 AppBar 类似，但做的效果比 AppBar 更加强大。相同的属性具体可以看 Flutter 之 Scaffold 控件 ， 里面有 AppBar 控件的介绍。那么还有些没有的属性：

结合 elevation 使用，当elevation 不为 0 的时候，是否显示阴影

AppBar 展开时候的高度

true 的时候下滑AppBar优先滑动展示，展示完成后才给滑动控件滑动

snap 为 true, 则 floating 也要为 true 。true 的时候根据手指松开的位置展开或者收缩AppBar

appBar 收缩到最小高度的时候 appBar 是否可见

SliverAppBar 往往做为 CustomScrollView 的第一个子元素，根据滚动控件的偏移量或者浮动的位置来改变 SliverAppBar 的高度。所以具体用法如下

另外在上面设计到 FlexibleSpaceBar 控件，FlexibleSpaceBar 有个 collapseMode 属性

为 Sliver 系列控件添加一个 padding 。如给上面 SliverAppBar 添加一个 Padding 。

多行多列的列表控件，相当于 Android 的 GridView，有两个属性

SliverChildDelegate，这里有两种方式创建

SliverGridDelegate，也是有两种方式创建

结合上面展示效果

和上面 delegate 属性一样，需要创建一个 SliverChildDelegate 。

比 SliverList 多一个 itemExtent 属性，设置 item 的高度 。item 里面的子控件无法再改动高度。

上面 SliverAppBar 就是结合 SliverPersistentHeader 实现的效果，SliverPersistentHeader 需要一个 SliverPersistentHeaderDelegate 。 实现 SliverPersistentHeaderDelegate 有 4 个方法需要重写

至于效果，具体效果具体分析。

有一个 Widget 属性，主要作用是在 CustomScrollView 里面添加多种不同布局的样式。

占满一屏或者比一屏更多的布局，

滑动剩余部分展示的布局

Q5: Flutter Transform使用介绍

窗口小部件(Widget)可以在Paint之前应用Transform进行转换，通过Transform可以对widget进行平移、旋转、缩放等矩阵变换。不像RotatedBox在layout前就对Widget进行旋转操作，Transform是在Widget绘制前进行转换，这意味着在计算Widget的显示需要占用多少空间时，不会去考虑Transform变换。

例子

在垂直方向移动15个单位距离

例子

顺时针旋转45°

例子

放大1.5倍