作者：闲鱼技术-皓黯
相信读者们在阅读了我们之前的文章后，对Platform Channel有了一定的理解和认识。但是由于篇幅有限，上文并未对Platform Channel的工作原理进行详细的讲解。Platform Channel如何工作，消息如何从Flutter端传递到Platform端，消息如何编解码，Platform Channel工作在什么线程上，是否线程安全，Platform Channel能否传递大内存数据块？本文试图结合官方例子，对上述问题进行详细的讲解。
1. 理解Platform Channel工作原理@H_403_5@
Flutter定义了三种不同类型的Channel，它们分别是
BasicMessageChannel：用于传递字符串和半结构化的信息。
EventChannel: 用于数据流（event streams）的通信。
三种Channel之间互相独立，各有用途，但它们在设计上却非常相近。每种Channel均有三个重要成员变量：
name: String类型，代表Channel的名字，也是其唯一标识符。
messager：BinaryMessenger类型，代表消息信使，是消息的发送与接收的工具。
codec: MessageCodec类型或MethodCodec类型，代表消息的编解码器。
1.1. Channel name
一个Flutter应用中可能存在多个Channel，每个Channel在创建时必须指定一个独一无二的name，Channel之间使用name来区分彼此。当有消息从Flutter端发送到Platform端时，会根据其传递过来的channel name找到该Channel对应的Handler（消息处理器）。
1.2. 消息信使:BinaryMessenger
binaryMessager
虽然三种Channel各有用途，但是他们与Flutter通信的工具却是相同的，均为BinaryMessager。
BinaryMessenger是Platform端与Flutter端通信的工具，其通信使用的消息格式为二进制格式数据。当我们初始化一个Channel，并向该Channel注册处理消息的Handler时，实际上会生成一个与之对应的BinaryMessageHandler，并以channel name为key，注册到BinaryMessenger中。当Flutter端发送消息到BinaryMessenger时，BinaryMessenger会根据其入参channel找到对应的BinaryMessageHandler，并交由其处理。
Binarymessenger在Android端是一个接口，其具体实现为FlutterNativeView。而其在iOS端是一个协议，名称为FlutterBinaryMessenger，FlutterViewController遵循了它。
Binarymessenger并不知道Channel的存在，它只和BinaryMessageHandler打交道。而Channel和BinaryMessageHandler则是一一对应的。由于Channel从BinaryMessageHandler接收到的消息是二进制格式数据，无法直接使用，故Channel会将该二进制消息通过Codec（消息编解码器）解码为能识别的消息并传递给Handler进行处理。
当Handler处理完消息之后，会通过回调函数返回result，并将result通过编解码器编码为二进制格式数据，通过BinaryMessenger发送回Flutter端。
1.3. 消息编解码器:Codec
binaryMessager
消息编解码器Codec主要用于将二进制格式的数据转化为Handler能够识别的数据，Flutter定义了两种Codec：MessageCodec和MethodCodec。
1.3.1. MessageCodec
MessageCodec用于二进制格式数据与基础数据之间的编解码。BasicMessageChannel所使用的编解码器就是MessageCodec。
Android中，MessageCodec是一个接口，定义了两个方法:encodeMessage接收一个特定的数据类型T，并将其编码为二进制数据ByteBuffer，而decodeMessage则接收二进制数据ByteBuffer，将其解码为特定数据类型T。iOS中，其名称为FlutterMessageCodec，是一个协议，定义了两个方法：encode接收一个类型为id的消息，将其编码为NSData类型，而decode接收NSData类型消息，将其解码为id类型数据。
MessageCodec有多种不同的实现：
BinaryCodec
BinaryCodec是最为简单的一种Codec，因为其返回值类型和入参的类型相同，均为二进制格式（Android中为ByteBuffer，iOS中为NSData）。实际上，BinaryCodec在编解码过程中什么都没做，只是原封不动将二进制数据消息返回而已。或许你会因此觉得BinaryCodec没有意义，但是在某些情况下它非常有用，比如使用BinaryCodec可以使传递内存数据块时在编解码阶段免于内存拷贝。
StringCodec
StringCodec用于字符串与二进制数据之间的编解码，其编码格式为UTF-8。
JSONMessageCodec
JSONMessageCodec用于基础数据与二进制数据之间的编解码，其支持基础数据类型以及列表、字典。其在iOS端使用了NSJSONSerialization作为序列化的工具，而在Android端则使用了其自定义的JSONUtil与StringCodec作为序列化工具。
StandardMessageCodec
StandardMessageCodec是BasicMessageChannel的默认编解码器，其支持基础数据类型、二进制数据、列表、字典，其工作原理会在下文中详细介绍。
1.3.2. MethodCodec
MethodCodec用于二进制数据与方法调用(MethodCall)和返回结果之间的编解码。MethodChannel和EventChannel所使用的编解码器均为MethodCodec。
与MessageCodec不同的是，MethodCodec用于MethodCall对象的编解码，一个MethodCall对象代表一次从Flutter端发起的方法调用。MethodCall有2个成员变量：String类型的method代表需要调用的方法名称，通用类型(Android中为Object，iOS中为id)的arguments代表需要调用的方法入参。
由于处理的是方法调用，故相比于MessageCodec，MethodCodec多了对调用结果的处理。当方法调用成功时，使用encodeSuccessEnvelope将result编码为二进制数据，而当方法调用失败时，则使用encodeErrorEnvelope将error的code、message、detail编码为二进制数据。
MethodCodec有两种实现：
JSONMethodCodec
JSONMethodCodec的编解码依赖于JSONMessageCodec，当其在编码MethodCall时，会先将MethodCall转化为字典
{"method":method,"args":args}。其在编码调用结果时，会将其转化为一个数组，调用成功为[result]，调用失败为[code,message,detail]。再使用JSONMessageCodec将字典或数组转化为二进制数据。StandardMethodCodec
MethodCodec的默认实现，StandardMethodCodec的编解码依赖于StandardMessageCodec，当其编码MethodCall时，会将method和args依次使用StandardMessageCodec编码，写入二进制数据容器。其在编码方法的调用结果时，若调用成功，会先向二进制数据容器写入数值0（代表调用成功），再写入StandardMessageCodec编码后的result。而调用失败，则先向容器写入数据1（代表调用失败），再依次写入StandardMessageCodec编码后的code，message和detail。
1.4. 消息处理器：Handler
当我们接收二进制格式消息并使用Codec将其解码为Handler能处理的消息后，就该Handler上场了。Flutter定义了三种类型的Handler，与Channel类型一一对应。我们向Channel注册一个Handler时，实际上就是向BinaryMessager注册一个与之对应的BinaryMessageHandler。当消息派分到BinaryMessageHandler后，Channel会通过Codec将消息解码，并传递给Handler处理。
1.4.1. MessageHandler
MessageHandler用户处理字符串或者半结构化的消息，其onMessage方法接收一个T类型的消息，并异步返回一个相同类型result。MessageHandler的功能比较基础，使用场景较少，但是其配合BinaryCodec使用时，能够方便传递二进制数据消息。
1.4.2. MethodHandler
MethodHandler用于处理方法的调用，其onMessage方法接收一个MethodCall类型消息，并根据MethodCall的成员变量method去调用对应的API，当处理完成后，根据方法调用成功或失败，返回对应的结果。
1.4.3. StreamHandler
binaryMessager
StreamHandler与前两者稍显不同，用于事件流的通信，最为常见的用途就是Platform端向Flutter端发送事件消息。当我们实现一个StreamHandler时，需要实现其onListen和onCancel方法。而在onListen方法的入参中，有一个EventSink（其在Android是一个对象，iOS端则是一个block）。我们持有EventSink后，即可通过EventSink向Flutter端发送事件消息。
实际上，StreamHandler工作原理并不复杂。当我们注册了一个StreamHandler后，实际上会注册一个对应的BinaryMessageHandler到BinaryMessager。而当Flutter端开始监听事件时，会发送一个二进制消息到Platform端。Platform端用MethodCodec将该消息解码为MethodCall，如果MethodCall的method的值为"listen"，则调用StreamHandler的onListen方法，传递给StreamHandler一个EventSink。而通过EventSink向Flutter端发送消息时，实际上就是通过BinaryMessager的send方法将消息传递过去。
2. 理解消息编解码过程@H_403_5@
在官方文档《Writing custom platform-specific code with platform channels》中的获取设备电量的例子中我们发现，Android端的返回值是java.lang.Integer类型的，而iOS端返回值则是一个NSNumber类型的（通过NSNumber numberWithInt:获取）。而到了Flutter端时，这个返回值自动"变成"了dart语言的int类型。那么这中间发生了什么呢？
Flutter官方文档表示，standard platform channels使用standard messsage codec对message和response进行序列化和反序列化，message与response可以是booleans, numbers, Strings, byte buffers,List, Maps等等，而序列化后得到的则是二进制格式的数据。
所以在上文提到的例子中，java.lang.Integer或NSNumber类型的返回值先是被序列化成了一段二进制格式的数据，然后该数据传递到传递到flutter侧后，被反序列化成了dart语言中的int类型的数据。
Flutter默认的消息编解码器是StandardMessageCodec,其支持的数据类型如下：
binaryMessager
当message或response需要被编码为二进制数据时，会调用StandardMessageCodec的writeValue方法，该方法接收一个名为value的参数，并根据其类型，向二进制数据容器(NSMutableData或ByteArrayOutputStream)写入该类型对应的type值，再将该数据转化为二进制表示，并写入二进制数据容器。
而message或者response需要被解码时，使用的是StandardMessageCodec的readValue方法，该方法接收到二进制格式数据后，会先读取一个byte表示其type，再根据其type将二进制数据转化为对应的数据类型。
在获取设备电量的例子中，假设设备的电量为100，当这个值被转化为二进制数据时，会先向二进制数据容器写入int类型对应的type值:3，再写入由电量值100转化而得的4个byte。而当Flutter端接收到该二进制数据时，先读取第一个byte值，并根据其值得出该数据为int类型，接着，读取紧跟其后的4个byte，并将其转化为dart类型的int。
binaryMessager
对于字符串、列表、字典的编码会稍微复杂一些。字符串使用UTF-8编码得到的二进制数据是长度不定的，因此会在写入type后，先写入一个代表二进制数据长度的size，再写入数据。列表和字典则是写入type后，先写入一个代表列表或字典中元素个数的size，再递归调用writeValue方法将其元素依次写入。
3. 理解消息传递过程@H_403_5@
消息是如何从Flutter端传递到Platform端的呢？接下来我们以一次MethodChannel的调用为例，去理解消息的传递过程。
3.1. 消息传递：从Flutter到Platform
3.1.1. Dart层
当我们在Flutter端使用MethodChannel的invokeMethod方法发起一次方法调用时，就开始了我们的消息传递之旅。invokeMethod方法会将其入参message和arguments封装成一个MethodCall对象，并使用MethodCodec将其编码为二进制格式数据，再通过BinaryMessages将消息发出。（注意，此处提到的类名与方法名均为dart层的实现）
上述过程最终会调用到ui.Window的_sendPlatformMessage方法，该方法是一个native方法，其实现在native层，这与Java的JNI技术非常类似。我们向native层发送了三个参数：
name，String类型，代表Channel名称data，ByteData类型，即之前封装的二进制数据callback，Function类型，用于结果回调
3.1.2. Native层
到native层后，window.cc的SendPlatformMessage方法接受了来自dart层的三个参数，并对它们做了一定的处理：dart层的回调callback封装为native层的PlatformMessageResponseDart类型的response；dart层的二进制数据data转化为std::vector<uint8_t>类型数据data；根据response,data以及Channel名称name创建一个PlatformMessage对象，并通过dart_state->window()->client()->HandlePlatformMessage方法处理PlatformMessage对象。
dart_state->window()->client()是一个WindowClient，而其具体的实现为RuntimeController，RuntimeController会将消息交给其代理RuntimeDelegate处理。
RuntimeDelegate的实现为Engine，Engine在处理Message时，会判断该消息是否是为了获取资源（channel等于"flutter/assets"）,如果是，则走获取资源逻辑，否则调用Engine::Delegate的OnEngineHandlePlatformMessage方法。
Engine::Delegate的具体实现为Shell，其OnEngineHandlePlatformMessage接收到消息后，会向PlatformTaskRunner添加一个Task，该Task会调用PlatformView的HandlePlatformMessage方法。值得注意的是，Task中的代码执行在Platform Task Runner中，而之前的代码均执行在UI Task Runner中。
binaryMessager
3.2. 消息处理
PlatformView的HandlePlatformMessage方法在不同平台有不同的实现，但是其基本原理是相同的。
3.2.1. PlatformViewAndroid
PlatformViewAndroid的是Platformview的子类，也是其在Android端的具体实现。当PlatformViewAndroid接收到PlatformMessage类型的消息时，如果消息中有response（类型为PlatformMessageResponseDart），则生成一个自增长的response_id,并以response_id为key，response为value存入字典pending_responses_中。接着，将channel和data均转化为Java可识别的数据，通过JNI向Java层发起调用，将response_id、channel和data传递过去。
Java层中，被调用的代码为FlutterNativeView (BinaryMessager的具体实现)的handlePlatformMessage，该方法会根据channel找到对应的BinaryMessageHandler并将消息传递给它处理。其具体处理过程我们已经在上文中详细分析过了，此处不再赘述。
BinaryMessageHandler处理完成后，FlutterNativeView会通过JNI调用native的方法，将response_data和response_id传递到native层。
native层，PlatformViewAndroid的InvokePlatformMessageResponseCallback接收到了respond_id和response_data。其先将response_data转化为二进制结果，并根据response_id，从panding_responses_中找到对应的PlatformMessageResponseDart对象，调用其Complete方法将二进制结果返回。
binaryMessager
3.2.2. PlatformViewIOS
PlatformViewIOS是PlatformView的子类，也是其在iOS端的具体实现，当PlatformViewIOS接收到message时会交给PlatformMessageRouter处理。
PlatformMessageRouter通过PlatformMessage中的channel找到对应的FlutterBinaryMessageHandler，并将二进制消息其处理，消息处理完成后，直接调用PlatformMessage对象中的PlatformMessageResponseDart对象的Complete方法将二进制结果返回。
3.3. 结果回传：从Platform到Flutter
PlatformMessageResponseDart的Complete方法向UI Task Runner添加了一个新的Task，这个Task的作用是将二进制结果从native的二进制数据类型转化为Dart的二进制数据类型response，并调用dart的callback将response传递到Dart层。
Dart层接收到二进制数据后，使用MethodCodec将数据解码，并返回给业务层。至此，一次从Flutter发起的方法调用就完整结束了。
4. 问题解析@H_403_5@4.1. Platform Channel的代码运行在什么线程
在文章《深入理解Flutter引擎线程模型》中提及，Flutter Engine自己不创建线程，其线程的创建于管理是由enbedder提供的，并且Flutter Engine要求Embedder提供四个Task Runner,分别是Platform Task Runner,UI Task Runner，GPU Task Runner和IO Task Runner。
实际上，在Platform侧执行的代码运行在Platform Task Runner中，而在Flutter app侧的代码则运行在UI Task Runner中。在Android和iOS平台上，Platform Task Runner跑在主线程上。因此，不应该在Platform端的Handler中处理耗时操作。
4.2. Platform Channel是否线程安全
Platform Channel并非是线程安全的，这一点在官方的文档也有提及。Flutter Engine中多个组件是非线程安全的，故跟Flutter Engine的所有交互（接口调用）必须发生在Platform Thread。故我们在将Platform端的消息处理结果回传到Flutter端时，需要确保回调函数是在Platform Thread（也就是Android和iOS的主线程）中执行的。
4.3. 是否支持大内存数据块的传递
Platform Channel实际上是支持大内存数据块的传递，当需要传递大内存数据块时，需要使用BasicMessageChannel以及BinaryCodec。而整个数据传递的过程中，唯一可能出现数据拷贝的位置为native二进制数据转化为Dart语言二进制数据。若二进制数据大于阈值时（目前阈值为1000byte）则不会拷贝数据，直接转化，否则拷贝一份再转化。
4.4. 如何将Platform Channel原理应用到开发工作中
实际上Platform Channel的应用场景非常多，我们这里举一个例子：
在平常的业务开发中，我们需要使用到一些本地图片资源，但是Flutter端是无法使用Platform端已存在的图片资源的。当Flutter端需要使用一个Platform端已有的图片资源时，只有将该图片资源拷贝一份到Flutter的Assert目录下才能使用。实际上，让Flutter端使用Platform端的资源并不是一件难事。
我们可以使用BasicMessageChannel来完成这个工作。Flutter端将图片资源名name传递给Platform端，Native端使用Platform端接收到name后，根据name定位到图片资源，并将该图片资源以二进制数据格式，通过BasicMessageChannel，传递回Flutter端。
总结@H_403_5@
在Flutter与Native混合开发的模式下，Platform Channel的应用场景非常多，理解Platform Channel的工作原理，有助于我们在从事这方面开发时能做到得心应手。
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参考@H_403_5@
https://flutter.io/platform-channels/
https://github.com/flutter/flutter
https://github.com/flutter/engine
作者：闲鱼技术