Flutter Platform Channel 和 FFI 通道性能测试

Flutter Platform Channel

Flutter 官方提供了 Platform Channel 用于 Dart 侧与平台侧的数据通信，其主要数据链路如下。

MessageCodec 对数据进行编码，生成 Uint8List （Dart 对象，第一次拷贝）
-> 通过 native extension 将数据传给 Flutter Engine
-> 拆箱，获得 uint8_t* 的原始数据指针
-> 将数据复制到 std::vector<uint8_t> 中（第二次拷贝）
-> 将数据从UIRunner 传递到 PaltformRunner 中
Android 下平台链路如下
-> 创建 jbytearray
-> 将数据拷贝到 jbytearray 中（第三次拷贝）
-> JNI 传回，MessageCodec 解码（第四次拷贝）
-> 由 MethodCallHandler 处理

这种方式提供了一个相对不错的性能，能够满足大部分场景下的数据传递要求。但是从实现上看仍然存在一定的瓶颈（编解码，拷贝）。将不同长度的数据通过 MethodChannel 传递给 Android 原生后再原样传回，统计往返时间以度量性能情况，结果如下。

// Dart
var ts = DateTime.now();
for (var i = 0; i < count; i++) {
  var cal = codec.encodeMethodCall(MethodCall('test', list));
  codec.decodeMethodCall(cal);
}
print('编解码 ${DateTime.now().difference(ts).inMicroseconds}');

ts = DateTime.now();
for (var i = 0; i < count; i++) await platform.invokeMethod('benchmark', list);
print('Method Channel 调用 ${DateTime.now().difference(ts).inMicroseconds}');

// Kotlin
MethodChannel(flutterEngine.dartExecutor.binaryMessenger, CHANNEL)
        .setMethodCallHandler { call, result ->
            result.success(call.arguments)
        }

重复次数	数据长度（字节）	总编解码耗时（微秒）	总耗时（微秒）	单程通道耗时
10	1M	4025	58894	2743 μs / MB
20	1M	8036	90813	2069 μs / MB
30	1M	11789	119261	1791 μs / MB
20	512 K	4143	43645	1975 μs / MB
20	1 M	8057	109885	2545 μs / MB
20	5 M	79848	360039	1400 μs / MB
20	10 M	145318	746307	1502 μs / MB
20	20 M	319748	1402876	1353 μs / MB
20	40 M	662206	2373947	1069 μs / MB

从测试中可以看出，Platform Channel 的效率随着数据量大增大而提升，最终能够达到 1000 μs / MB 左右，由于没有考虑到平台侧的编解码耗时，这个实际效率应高于测试得到的效率。对于大量碎片化的小数据，Platform Channel 的效率较为低下。在传递图片等大数据量场景下，通道仍然会造成毫秒级的延迟，而当传输图片列表时，延迟会累加到上百毫秒甚至秒级，造成视觉上的卡顿，影响使用体验。

FFI 通道

FFI 是 Dart 2.7 引入的特性，它使 Dart VM 能够直接绑定和调用 C 函数。由于静态绑定和类型完备的特性，其理论性能应当优于官方通道的 native extension 实现。使用 FFI 模拟官方的 method channel 进行数据传递，测试结果如下。

// Dart
ts = DateTime.now();
for (var i = 0; i < count; i++) {
  var ptr = allocate<Uint8>(count: message.length);
  ptr.asTypedList(message.length).setAll(0, message); 
  var retPtr = nativeFunc(message.length, ptr);
  var ret = retPtr.asTypedList(length);
  free(ptr);
}
print('FFI 双向耗时 ${DateTime.now().difference(ts).inMicroseconds}');

// C++
uint8_t * NativeFunc(uint64_t length, uint8_t *data) {
  …
  JNIEnv *env = getEnv();
  jbyteArray arr = env->NewByteArray(length);
  env->SetByteArrayRegion(arr, 0, length, (jbyte *)data);
  jobject obj = env->CallStaticObjectMethod(cls, mtd, arr);
  jboolean copy = JNI_FALSE;
  jbyte *ret = env->GetByteArrayElements(static_cast<jbyteArray>(obj), &copy);
  return (uint8_t *)ret;
}

// Kotlin
fun replyBytes(arr : ByteArray): ByteArray {
    return arr
}

重复次数	数据长度（字节）	总拷贝耗时（微秒）	总耗时（微秒）	单程通道耗时
20	512K	25911	29574	183 μs / MB
20	1M	50866	60182	233 μs / MB
20	5M	255877	342361	432 μs / MB

可以看出，FFI 通道的通道性能要远高于官方的 Platform Channel，效率随数据量的增大而降低。但是，由于使用 FFI 通道发送数据需在 Dart 分配 C 堆的内存空间并拷贝数据，相比于官方的在 C++ 层做拷贝的方式，效率大幅降低，造成了通道性能的大幅损失，使其最终结果已经接近官方的 Platform Channel。