原文作者：Yegor Jbanov
译者：UC 国际研发 Jothy
今天，我们在 Flutter Live 上宣布了一个消息：我们正尝试在 Web 上运行 Flutter。 这篇文章描述了我们应对挑战的方式，以及该技术的当前状态。 在文末，我们附上了协同工作和嵌入等问题的答案。
让我们快速回顾一下 Flutter 的架构。 Flutter 是一个多层系统，这样高的层更易用，用很少的代码就能表达很多，而较低的层能提供更多的控制，代价是必须处理一些复杂性。 当较高层不能满足开发者的需求时，它们可以降到较低层。 开发者可以访问 Flutter Engine 之上的所有层。
Flutter 的 Mobile 架构
在 Flutter 中，Flutter Engine 作为最低级别的库 dart:ui 暴露。它不关心 组件，物理实现，动画或布局（文本布局除外）。它所关心的是如何将图片组合到屏幕上，渲染变成像素。在 dart:ui 上直接编写应用是很困难的。这正是我们创建更高层的原因。
dart:ui 之上的一切是我们所谓的“框架”。它下面的一切都是“引擎”。该框架完全使用 Dart 语言编写。大多数引擎都是用 C++ 编写的，特定于 Android 的部分用 Java 编写，而 iOS 特定的部分用 Objective-C 编写。 dart:ui 中的一些基本类和函数是用 Dart 编写的，主要用作 Dart 和 C++ 之间的桥梁。
Flutter 还提供插件系统。插件使用指定语言编写，可以直接访问移动生态系统日积月累的 OEM 库和第三方库。你可以使用 Java 或 Kotlin 为 Android 创建插件。 iOS 插件开发是使用 Objective-C 或 Swift。
Hello, The Web
Web 平台已经发展了数十年，包含了许多技术和规范。 有一些涵盖性术语用于描述大量相关功能：HTML，CSS，SVG，JavaScript，WebGL。 为了在 Web 上运行 Flutter，我们需要：
- 编译 Dart 代码：Flutter 是用 Dart 编写的，我们需要在 Web 上运行 Dart。
- 选择要在 Web 上运行的 Flutter 子集：在 Web 上运行所有 Flutter 代码是不切实际的。 其中一些是特定于平台的，例如 Android 和 iOS。
- 选择足够的 Web 功能子集：随着时间的推移，Web 平台会累积重复的功能。 例如，你可以使用 HTML + CSS，SVG，Canvas 和 WebGL 绘制图形。
从 Dart 诞生之初，它就一直在编译 JavaScript。 现在有许多重要的应用都从 Dart 编译为 JavaScript，并在生产环境中运行。 Flutter 的编译策略依赖于同样的基础设施。
当我们开始探索时，我们面临着 UI 渲染的几种选择。 我们很快意识到，要想支持的特定 Flutter 层，决定了我们将用什么 Web 技术。 我们构建了三个原型：
- 仅仅是 Widgets（组件）：这个原型实现了 Flutter 的 widget 框架，并提供了一组核心布局 widget 作为构建自定义 widget 的基础。 对于布局和定位，它依赖于 Web 的内置功能，例如 flexbox，grid 布局，浏览器滚动（通过 overflow:scroll 实现）等。
- Widgets + 自定义布局：此原型包括 Flutter 的布局系统（由 RenderObject 提供），但将渲染对象直接映射到 HTML 元素。
- Flutter Web Engine：这个原型保留了 dart:ui 之上的所有层，并提供了一个在浏览器中运行的 dart:ui 实现。
One of the most valuable features of Flutter is that it is portable across platforms. While you can (and sometimes are encouraged to) write custom platform-specific code, the code that does not need to be different across platforms can be shared. This allows writing applications targeting multiple platforms with a single codebase.
Flutter 最有价值的功能之一是它可以跨平台移植。 你完全可以（有时甚至被鼓励）编写自定义的特定平台代码，代码无需跨平台定制即可共享。 意味着使用单个代码库就可以编写面向多个平台的应用。
在尝试将几个示例应用移植到 Web 之后，我们意识到原型 #1 和 #2 不能提供 Flutter 开发者喜欢的可移植性级别。 因此，我们决定使用 Flutter Web Engine 设计的原型 #3，因为它有着平台之间最高的框架级代码重用：
Flutter的Web架构 (Hummingbird)
既然我们知道我们想要实现整个 dart:ui API，我们需要选择一组 Web 技术来构建。 Flutter 一次渲染一帧 UI。 在每个帧内，Flutter 会构建 widgets，执行布局，最后在屏幕上绘制它们。
构建 Widgets
Widget 构建机制不依赖于应用运行的环境。该过程只是实例化内存中的对象，跟踪其状态、以及状态变更何时计算系统低级别的最小更新，布局和绘制等。 将此部分移植到 Web 上非常简单。 在 Dart 团队用 dart2js 中实现了 super-mixin 支持之后，编译器将所有 widget 和 widget frame 都编译成了 JavaScript，几乎没有 issue 产生。
布局
布局系统有点棘手。 最大的挑战是文本布局。 除了 Center，Row， Column，Stack，Scrollable，Padding，Wrap 等之外的所有内容都由框架布局，因此无需修改即可编译到 Web。
在 Flutter 中，你可以创建 Paragraph 对象并调用其 layout() 方法来实现文本布局。 不幸的是，Web 缺少直接的文本布局 API。 我们用来测量文本布局属性的技巧是：先让浏览器布局，然后从 DOM 元素中读回相关属性。
布局文本段落时，Flutter 会测量段落的高度，宽度，最大内在宽度，最小内在宽度以及字母和表意基线。 这些属性如下所示。
Paragraph layout attributes
你可以在 Flutter 的 Paragraph 文档中找到更多详细信息。
要测量这些属性，我们首先在 HTML DOM 元素中放置一个段落，然后读取元素的维度。 这会引起浏览器布局。 例如，要获取元素的宽度和高度，我们调用 offsetWidth 及 offsetHeight。 为了测量基线，我们将段落放置在一个元素中，该元素配置为使用 flex 行进行布局。 在段落旁边，我们放置另一个名为 probe 的元素。 因为 probe 与文本的基线对齐，所以调用 getBoundingClientRect 就可以得到基线。 我们使用类似的技巧来测量最小和最大固有宽度。
- Painting（绘制） *
不得不提的是，我们得绘制 widgets。 对这个区域的探索最是麻烦，它仍然是我们的研究中最活跃的领域。 在框架最后，我们所有的 widget 都需要在屏幕上绘制成像素。 在浏览器中，这意味着它们必须归结为 HTML / CSS，Canvas，SVG 和 WebGL 的某种组合。
我们还没有看过 WebGL，主要是因为它级别较低，并且要求我们重新实现浏览器已经可以做的事情，例如文本布局和光栅化 2D 图形。另一个原因是我们还没有弄清楚非 Flutter 组件与 WebGL 如何结合才能实现可访问性，文本选择，和组合。
我们的早期原型为每个 RenderObject 生成了一个 HTML 元素。 结果符合预期，但最后事实却证明 API 的变化太大了。 我们必须用 Flutter 维持一个巨大的代码增量，所以我们搁置了这个想法。
我们目前正在同时探索两种方法：
- HTML+CSS+Canvas
- CSS Paint API
HTML+CSS+Canvas
基于这种方法，我们将框架生成的图片分类为使用 HTML + CSS 表达的图片以及使用 Canvas 2D 表达的图片。然后，我们输出结合了 HTML，CSS 和 2D 画布的 HTML DOM。
我们更喜欢 HTML + CSS，因为它受浏览器的显示列表支持。这意味着我们可以把图片的光栅化优化留给浏览器的渲染引擎去做。并且，我们还可以应用任意变换，尤其是旋转和缩放，而不必担心像素化。我们将此画布实现称为 DomCanvas。
如果我们无法使用 HTML + CSS 表达图片，我们会用 Canvas。 Canvas 2D 允许我们绘制几乎所有的 Flutter 绘图命令。如果将 Flutter 的 Canvas 与 Web 的 CanvasRenderingContext2D 进行比较，你会发现许多相似之处。在 Canvas 上绘画很高效，因为它不会创建需要随时间维护的可变树节点，如 HTML DOM 或 SVG。
2D Canvas 的一个挑战是浏览器将其表示为位图，即存储 Width x Height 像素的内存缓冲区。因此，缩放 canvas 会导致像素化。如果缩放导致图片大小变化，我们也需要调整 canvas 大小。我们发现分配 canvas 操作相当昂贵，因此方案改成调整它们的大小。最重要的是，当将多个 canvas 合成到同一页面上时，浏览器必须执行栅格合成，这也需要配置。合成栅格与显示列表的方式不同。你可以将多个显示列表绘制到同一个内存缓冲区中。我们调用 Canvas 2D 支持的 canvas 实现 BitmapCanvas。我们正在发掘使位图 canvas 更高效的方法。
为了表达 Flutter 的不透明度，变换，偏移，剪辑矩形和其他图层，我们使用纯 HTML 元素。例如，不透明度层变为 元素，其上具有 opacity CSS 属性，变换图层变为带有 transform CSS 属性的 元素，剪辑 rect 变为使用 overflow: hidden 的 。
完成所有操作后，框架将作为 HTML 元素树呈现在页面上，其中 DomCanvas 和 BitmapCanvas 作为叶节点。举个例子：
Sample HTML DOM structure of a frame
Flutter Engine 中的等效 Flutter layer tree（称为 flow layer）如下所示：
Sample Flutter Engine layer structure
它们的结构非常相似。 最大的区别是，在 Web 上，我们必须根据内容选择不同的图片实现。
HTML + CSS + Canvas 适用于所有现代浏览器。 但是，我们已经在展望未来：
CSS Paint API
CSS Paint 是一个新的 Web API，是 Houdini 的更大组成部分。 Houdini 是多个浏览器厂商合作的项目，旨在向开发者展示 CSS 引擎的某些部分。 特别的是，CSS Paint API 允许开发者在这些元素请求绘制时将自定义图形绘制成 HTML 元素。 例如，你可以将元素背景的绘制分配给自定义 CSS 绘制器。 它与 canvas 非常像，但有以下重要区别：
这个绘画不是由核心 JavaScript 独立完成的，而是由一个叫做 paint worklet 的东西完成的。 它有点像 web worker，因为它有自己的内存空间。 它会在 DOM 更改提交之后，在浏览器的绘制阶段执行绘制工作。
CSS paint 由显示列表支持，而不是位图。 这真是两全其美 - 2D canvas 般的绘画效率和无像素化。
目前 CSS paint 不支持绘制文本。
在撰写本文时，Chrome 和 Opera 是唯一在正式版本中支持 CSS Paint 的浏览器。 而其他浏览器正处于发布各自实现的不同阶段。
我们在 Flutter for Web 中对 CSS Paint API 进行了实验性支持，它已经展现出良好的结果，特别是在性能方面。 我们的实现只是将 paint 命令序列化为自定义 CSS 属性。 paint worklet 读取这些命令并执行它们。 我们使用像
和 这样普通的 HTML 元素来渲染文本。
我们当前的序列化机制不是特别有效 - 它是一个嵌套列表转换成的 JSON 树 - 但 Houdini 项目的一部分是添加对类型化数组的支持。 当它可用时，我们会将绘制命令编码为类型化数组而不是 JSON 字符串。 类型化数组是可转移的，这意味着它们可以通过引用从主 JavaScript 传递到 paint worklet，而不复制内存。
协同和嵌入
从 Flutter 调用 Dart 库
Flutter Web 应用可以访问当前在 Web 上运行的所有 Dart 库。
从 Flutter 调用 JavaScript 库
Flutter Web 应用完全支持 Dart 的 JS-interop 软件包：package:js和 dart:js。
在 Flutter Web 应用中使用 CSS
目前，Flutter 假定完全控制网页的正确性和性能。 例如，我们只使用遵循某些性能指南的一小部分 CSS，例如 https://csstriggers.com/。 在页面上随意使用 CSS 可能会导致 Flutter 出现不可预期的后果。
在 Flutter for Web 应用中避免使用 CSS 的另一个原因是，在设计时，Flutter 需要在渲染框架时知道所有布局属性。 CSS 充当黑盒。 例如，如果要显示可滚动的窗口 widget 列表，则必须实例化并为所有 widgets 生成 HTML 并应用必要的 CSS 属性（例如，flex-direction row 和 overflow:scroll）。 然后浏览器将所有内容都布局并将其渲染到屏幕上。 应用代码不参与布局过程。
最后，本着保持 Flutter 代码可跨平台移植的精神，我们尽量避免使用 CSS，因此我们可以在 Android 和 iOS 上本机运行相同的代码。
将 Flutter 嵌入现有的 Web 应用中
我们还没有为此添加适当的支持，但我们打算在将来探索。 我们正在考虑的方法是 和 shadow DOM。
在 Flutter 中嵌入非 Flutter 组件
我们还未支持在 Flutter Web 应用中嵌入非 Flutter 组件 - 自定义元素、React 组件、Angular 组件，但我们打算在将来探索。 有可能是使用平台视图将外部内容放入 Flutter Web 应用中。需要考虑的是外部内容可能对应用的性能和正确性产生影响。 因为非 Flutter 组件可能包含任意 CSS，如上所述，它可能会有问题。 需要更多的研究。
可移植性
我们的目标是尽可能多地将框架移植到 Web 上。 但是，这并不意味着任何 Flutter 应用将在 Web 上运行而不更改代码。 Flutter Web 应用仍然是一个 Web 应用; 它在浏览器中被沙箱化，只能执行 Web 浏览器允许的操作。 例如，如果你的 Flutter 应用使用 Web 未实现的本机插件（例如 ARCore），你将无法在 Web 上运行该应用。 同样，也无权限直接访问文件系统或低级网络。
当前状态
我们构建了足够的 Web 引擎来渲染大部分 Flutter Gallery。 我们还未移植 Cupertino widgets，但所有 Material widgets，Material Theming，以及 Shrine 和 Contact Profile 演示应用均已运行在 Web 上。
Flutter running in desktop Chrome 演讲视频
https://www.youtube.com/watch?v=5IrPi2Eo-xM
源代码在哪里？
我们计划很快开源这个项目，并很高兴与开源社区分享。 该项目最初是作为 Google 内部源代码树的一项探索而开始的。 待代码稳定后，我们打算将开发转移到 GitHub，我们有机会将其从内部基础架构中剥离出来。 与此同时，如果您在 github.com/flutter 组织下看到与 Web 相关的 pull 请求，请不要感到惊讶！
结论
希望这篇文章能让你了解我们正在解决的问题，以帮助 Flutter 在 Web 上更好运行。 欢迎表达您的观点和意见。
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英文原文：
https://medium.com/flutter-io/hummingbird-building-flutter-for-the-web-e687c2a023a8
