闲鱼Flutter互动引擎系列——整体设计篇

2021-09-21 01:01:42

作者：闲鱼技术-然道

0. 什么是Candy引擎

Candy引擎是闲鱼技术团队设计开发的一款APP嵌入式的、轻量级的、易于开发、性能稳定的互动引擎。其中游戏系列符合业界标准，绘制系统高度融合Flutter体系，游戏场景和Flutter UI可以无缝混排，动画系统对主流格式的支持友好且易扩展。本文从缘起开始讲解下我们为什么要做这款引擎以及我们是如何设计这款引擎的。

1. 缘起

最近APP游戏化成为了一个新的风口，把在游戏中一些好玩的、能吸引用户的娱乐方式或场景应用在应用当中，以达到增加用户粘性，提升DAU的效果，成本较低。同时在一些需要对用户有引导性的场景，游戏化还可以使用户更易于接受并完成引导性任务，并通过激励的形式鼓励用户持续沉浸在任务当中，形成良性循环。

目前APP内嵌小游戏一般采用H5小游戏的方式，而这个方式存在一些隐患，并不被很多应用商店推荐。因此我们需要寻找一种新的安全的方式来实现APP内嵌小游戏，并且我们希望这个方式开发友好、性能稳定、功能齐全；所以我们遵循这三点去寻找一种新的方式。

2. 思考

我们主要通过下面三种思路来探讨APP内嵌小游戏：

采用Native的游戏能力

目前Native开发游戏生态并不是特别成熟，而且采用Native开发，就必须面临双端两套代码的问题，开发成本和后续维护成本都会比较高。

采用游戏引擎，比如Cocos-2dx、Unity等

虽然游戏引擎目前非常成熟，但是游戏引擎一般用于开发重度游戏，所以引擎大小一般比较大，引入游戏引擎会导致包大小增幅不小。而且游戏引擎比较复杂，所以引擎启动耗时较多，比较难做到游戏页面秒开；游戏引擎加载进来后内存消耗都会比较大。游戏引擎和APP间的通信互动相对较为麻烦，目前没有比较好的混合栈支持。游戏引擎的UI能力较弱，无法胜任复杂的APP UI逻辑，若采用游戏引擎开发内嵌小游戏，无法融合小游戏页面内游戏场景和Feeds等UI。

采用Flutter的轻量级互动引擎

Flutter本身是基于Skia这个2D绘制引擎实现的跨端APP解决方案，所以它天然具备2D绘制能力，所以采用Flutter来实现App内嵌小游戏存在可能。目前Flutter存在一些轻量级游戏引擎，比如Flame，这款引擎支持简单游戏逻辑和动画能力，同时整个游戏是以一个Widget的形式最终插入到APP中，可以让小游戏页面中游戏部分和UI部分完美融合。

综上考虑，我们决定采用Flutter的轻量级互动引擎。

3. Flame还是自主设计

Flame引擎目前是Flutter生态中比较不错的一款小游戏引擎，但是依然存在很多问题：

游戏系统不完善：引擎只有Game和Componet，没有Scene和GameObject概念，这样会导致游戏对象嵌套复杂，对多场景不友好。
引擎完全采用Canvas来实现，游戏场景中无法实现局部刷新，存在性能隐患。
缺少GUI系统，场景内嵌套UI比较难。
缺少手势事件系统。
动画支持格式不主流：骨骼动画是通过Flare支持的，不支持DragonBones。粒子动画最近才上，对主流格式支持也不太友好。
资源管理存在内存问题，资源加载后一直不会释放。
缺少机型适配能力。

基于这些考虑，我们决定重新设计一款Flutter互动引擎：

对标集团的EVA引擎和业界的Unity引擎，完善游戏系统。
复用Flutter局部刷新。
复用Flutter UI作为GUI。
复用Flutter手势管理。
实现支持主流格式的骨骼动画和粒子动画。
复用APP资源库（图片库）。
实现全局750适配。

其中2~4点本质上是将互动引擎的绘制系统融合入Flutter的绘制体系中，本文下面按解决上面问题的思路依次介绍我们的引擎设计。

4. Candy引擎设计

4.1 框架设计

首先分析游戏化业务需要哪些能力，分析我们的业务场景，得出游戏化业务需要图4-1所示的能力：

拆解后，互动引擎需要有游戏系统、绘制系统、生命周期系统、GUI系统、物理系统、动画系统、资源系统、事件系统（手势管理）。

根据我们之前的定位，互动游戏绘制融合到Flutter绘制体系中来，基于这个思路，我们可以复用Flutter的UI系统，同时需要融合Flutter和游戏的手势管理。最终我们得出如图4-2所示的框架图：

整个互动引擎架构共分为四部分：

接口层

对外暴露的游戏接口，主要包含创建游戏、创建游戏对象、添加游戏组件等接口，同时还封装了一些常用游戏对象、常用游戏组件的工厂接口。

游戏系统

游戏世界的管理系统，主要管理Game、Scene、GameObject和Compoent间的组织关系，还控制游戏子系统和绘制系统的启动与关闭。

游戏子系统

游戏化能力补充，主要包含生命周期系统、物理系统、动画系统和资源系统，被游戏系统调用。

绘制系统

负责游戏的绘制，本引擎的绘制系统会高度和Flutter绘制逻辑融合，所以兼容了GUI系统和事件系统（手势管理）。

4.2 游戏系统

对标Unity设计，游戏系统有下列四大元素：

Game：游戏类，负责整个游戏的管理，Scene的加载管理以及各子系统管理与调度。
Scene：游戏场景类，负责游戏场景中各游戏对象的管理。
GameObject：游戏对象类，游戏世界中游戏对象的最小单位，游戏世界中的任何物体都是GameObject。
Component：游戏组件类，表示游戏对象的能力属性，比如SpriteComponent表示精灵组件，表示绘制精灵的能力。

GameObject通过组合Component的形式来让自己拥有各种能力，不同的组合让GameObject相互之间不一样。整个游戏系统的组织关系如图4-3所示：

4.3 生命周期

对标Unity和Flutter特性，我们设计了如表4-1所示的生命周期，共有八个回调，基本可以满足互动游戏业务开发。

4.4 渲染系统

基于融合Flutter绘制体系思考，我们就不能全盘用Canvas来做整个游戏的绘制管理，我们需要将游戏对象和Flutter的绘制对象RenderObject结合起来，如图4-4所示：

首先是Game的对象数和Flutter的三颗树有效融合，所以每一个GameObject必须对应一个Widget、Element和RenderObject。

融合过程主要需要解决以下问题：

游戏的坐标系与Flutter的布局转换融合。
动态添加和删除游戏对象的处理。
动态修改游戏绘制深度的处理。
Flutter Inspector对游戏对象的支持。

整个绘制融合相对复杂，需要解决很多BadCase，后续会另撰文详述互动引擎绘制融合Flutter绘制体系的过程，本文不再赘述。

4.5 GUI系统

由于绘制已经融合到Flutter体系，GameObject都会对应Widget，所以我们可以设计一个特殊的GameObject，支持插入一段Flutter Widget树，这样我们就不需要另外实现GUI了，复用Flutter UI作为GUI即可。这个逻辑和绘制融合思路比较一致，将插入的Widget树作为GUIWidget的孩子即可，在GUIRenderObject中打通layout、paint和hitTest逻辑即可。

这里给一段我们GUI的示例实例代码，开发过程相对简单：

final GUIObject gui = IdleFishGame.createGUI(
  'gui',
  child: GestureDetector(
    child: Container(
      width: 100.0,
      height: 60.0,
      decoration: BoxDecoration(
        color: const Color(0xFFA9CCE3),
        borderRadius: const BorderRadius.all(
          Radius.circular(10.0),
        ),
      ),
      child: const Center(
        child: Text(
          'Flutter UI示例',
          style: TextStyle(
            fontSize: 14.0,
          ),
        ),
      ),
    ),
    behavior: HitTestBehavior.opaque,
    onTap: () {
      print('UI被点击了');
    },
  ),
  position: Position(100, 100),
);
game.scene.addChild(gui);

4.6 事件系统

在绘制融合到Flutter体系的基础上，我们融合了事件系统，增加了手势处理组件GestureBoxComponent，如图4-5所示：

整个融合过程分下列几步：

GestureBoxComponent将开发者注册手势回调方法注册到手势识别器中。
GameObject对应的RenderObject复写hitTest逻辑，按Flutter规范来处理点击的hitTest。通过GestureBoxComponent来判断点击是否该被消费。
GameObject复写handEvent来将点击事件传递给GestureBoxComponent消费。
GestureBoxComponent收到点击事件后，传递给手势识别器处理。
手势识别器在将点击传给手势竞技场开始手势竞技，最终将胜出的手势返回手势识别器，最终返回并做出手势事件响应，当然这一步属于Flutter逻辑了。

4.7 其他子系统

4.7.1 动画系统

我们目前动画主要支持骨骼动画和粒子动画，骨骼动画资源目前支持DragonBones，粒子动画资源目前支持EgretFeather。本文篇幅有限，动画的具体实现我们后续撰文专门讲述。

4.7.2 资源系统

目前互动引擎的资源系统相对简单，本文就简单介绍下。资源系统的设计思路是复用APP的资源系统，确保整个APP只有一份资源库，减少内存开销和增大资源复用率。资源系统架构如图4-6所示，在游戏系统和资源系统中间增加了一层代理，兼容APP资源系统和兜底资源系统。若我们没有注册APP的资源系统，系统会自动调用兜底的资源系统。

兜底资源系统目前分两部分：

兜底图片库，复用Flutter的ImageCache，复用Flutter的能力做内存管理。

动画JSON资源管理，目前只实现了JSON读取逻辑，由于JSON复用性不高，所以目前并没有实现缓存管理。

目前资源系统没有做远程加载和预加载的能力，这部分在我们的后续规划中，后续我们再撰文分享具体设计实现。

5. 最后

本次主要从全局上分析介绍了我们正在做的Flutter互动引擎设计，后续我们会通过《Candy引擎系列》的系列文章分别来详述一些具体系统的设计，如渲染系统设计、动画系统等。

本文主要讲述了Candy互动引擎的设计，而我们在设计实现过程中遇到了很多问题，如发现了Flutter在绘制过程中存在一定的内存泄露，内存回收不及时等，我们后续会撰文详述这些问题的排查与解决，同时还会对Candy引擎的性能与稳定性方面做详细测试分析，敬请关注。

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