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仓库编辑器介绍
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它是一个什么样的编辑器?

不同于市面上流行的那种图形编辑器,比如,飞书文档里面流程编辑器,或者像 Figma 这样的 web 设计软件;本编辑器针对仓库布局的需要而产生。所谓仓库布局,就是将实际仓库里会出现的那些设备,比如,货架、库位、充电桩、输送线等,以图形的方式表现在画布上,编辑器提供用户以物理配置和业务配置的能力。

物理配置即设备的大小、位置、角度、外观等可见的数据;业务配置是那些用于描述设备和仓库软件底层逻辑所需的关系。

本编辑器的原始设计源于 CAD 稿,提供了个体配置和批量配置的能力。

为什么需要这个编辑器以及其核心功能

原本基于 JSON 文件编辑的形式比较容易出错,而且非专业人员无法参与这项工作,公司之前也开发了一两款功能单一、对技术能力要求较高的配置软件,因此需要一个包含全部仓库地图制作流程的软件,用以规范工作流程,并且确保配置的准确性。

核心功能:

  • 导入:从 CAD 稿初始化
  • 编辑:设备的物理和业务配置
  • 导出:地图文件
  • 多用户协同
  • 服务端 undo/redo
  • 输送线编辑

设计

应用结构

张星海的个人博客-星博客-前端开发

以下是三个核心接口:

对象管理 - Collection

对象管理 —— 集合,它的作用在于管理图形或非图形元素,元素的增加、删除、修改都需要通过集合进行,

interface Collection<M = any> extends Iterable<M> {
  /**
   * 将一个对象加入到数据集,标记为 Added,将在下次提交时远程添加
   */
  add(item: M): void
  addRange(...items: M[]): void
  /**
   * 将一个对象加入到数据集,如果是本地数据,则标记为 Added,否则就是 UnChanged
   */
  attach(item: M): void
  attachRange(...items: M[]): void
  /**
   * 将对象从数据集移除,并将其标记为 Deleted,将在下次提交时远程删除
   */
  remove(item: M): void
  removeRange(...items: M[]): void
  /**
   * 将对象标记为 Modified,将在下次提交时更新对应的远程对象
   */
  update(item: M): void
  updateRange(...items: M[]): void
  has(key: string | M): boolean
  find(key: string): M
  query(predicate: (item: M) => boolean): M[]
  /**
   * 创建一个默认的对象,并且将其添加至数据集
   */
  create(...args: any[]): M
}

可持久化对象

实现了本接口的对象具备与服务器同步数据的能力,

interface PersistableObject {
  /**
   * 当前关联的数据上下文
   */
  $context: PersistableContext
  /**
   * 当前关联的批量对象
   */
  $batch: Batch
  /**
   * 当前关联的集合
   */
  $set: PersistableCollection

  persistableObjectType: PersistableObjectType
  persistingId: string
  persistingState: PersistableState

  /**
   * 数据是否正在同步
   */
  commiting: boolean
  isUpdateRequestFromOtherClient: boolean
  isInFromJSONValueFrame: boolean

  /**
   * 提交当前对象,以期望其与远程系统同步,并且等待远程回复
   */
  commit(): void
  /**
   * 远程给出的应答
   */
  receiveCommit(error?: any, payload?: CommitAnswer): void
  /**
   * 是否只是本地数据
   */
  isLocal(): boolean

  /**
   * 你已经知道该项需要被删除,因此执行 remove 同步该操作
   *
   * 之所以叫 removeSelf,因为 Leaflet Layer 已经有一个方法名叫 remove
   */
  removeSelf(): void
  /**
   * 你已经知道本地的数据发生了修改,因此执行 update 上传这些修改
   */
  updateSelf(): void

  /**
   * 生成快照
   */
  snapshot(): void
}

可持久化对象集合

用于管理可持久化对象,基本逻辑继承“集合”,但同时补充了同步数据的逻辑,

export interface IPersistableCollection<
  T extends PersistableObjectExports = PersistableObjectExports,
> {
  isUpdateRequestFromOtherClient: boolean
  $context: PersistableContext
  findFromTrash(key: string): T
  find(id: string): T
  update(item: T): void
  requestToRemove(item: T): void
  requestToCreate(args: any): void
  requestToModify(item: T, args: any): void
  createFromJSON(arg: any): T
  createDefault(...args: any[]): T
  has(item: T): boolean
  add(item: T): void
  iter(fn: (m: T) => void): void
  getIdentity(): string
  updateIndexById(received: any): void
}

状态

可持久化对象的状态,提交存储的时候,会根据这些状态做出不同的行为,

enum PersistableState {
  Added = 10,
  Deleted = 20,
  Detached = 30,
  Modified = 40,
  Unchanged = 50,
}

技术选型

  • Leaflet, 作为图形渲染的底层
  • glMatrix,用于对 Leaflet 进行图形变换功能的扩展
  • React,DOM 渲染
  • Antd,组件

Leaflet 本是用于构建地图应用的 library,用它来做仓库编辑器似乎不是很妥当。我们之所以选择它,有其历史原因。

我们在开发监控系统的时候,尝试过使用 X6,考虑过 FabricJs,X6 采取 SVG 渲染,极不适合渲染成规模的图形元素,这是做过试验的,大概超过 3000 个点(最简单的图形)渲染就会表现得吃力,在后期的交互上更是不堪。

FabricJs 在海柔的若干历史项目中被采用过,据相关同事反馈,其对于大批量元素的渲染能力也非常有限。

Leaflet 的渲染包含多种:

  • 供地图使用的瓦片渲染,其实就是图片
  • SVG 渲染
  • Canvas 渲染
  • DOM 渲染,比如 HTML、图片

我测试过使用 Canvas 去画 10,000 个点,基本是过关的,而且其在后期的交互方面依然非常出色。这其实要归因于 leaflet 内部所做的一项优化,即超出视界的部分,leaflet 会忽略渲染。

另外,leaflet 是当时的部门经理极力推荐的,他说其分层特性可以解决一些渲染时的性能问题。

以上是在我开发监控软件的时候的选择,其实在现在看来,选择 leaflet 这个 library 客观说是比较失败的,原因是:

  • 它过于老旧,API 非常不友好
  • 许多基本功能需要亲自实现,比如图形的转换
  • 模块化做的不好,导致我在扩展它的时候必须非常谨慎
  • 因为 10 年前尚未推出 es6,leaflet 内部使用了大量的原型链技巧,使得代码读起来十分费解
  • 很多功能是根本实现不了的,或者说实现起来会得不偿失,比如,??(一时想不起来,但确实碰到了许多此类情况)

对于 leaflet 的使用持续了一年多,使得我摸清了 leaflet 的底层逻辑,对它的 API 了解非常全面,其提供的视窗交互能力也非常不错,基于这些背景,在开始做编辑器的时候,我们认为继续使用 leaflet 作为图形渲染的部分应该是比较保险的,毕竟学习一项新的图形库会非常耗时,坦白讲,我们有些担心在有限的时间内无法完成工作。

当然,后来我们考察了 pixi 这样的库,它是在 webgl 上开发出来的 2D 图形库,其渲染性能和 API 确实比 leaflet 好很多,但其没有分层逻辑(我在图形库项目中自己实现了分层,也就是不同类型的元素可以渲染到各自的 canvas 上),视窗功能需要用户集成第三方插件。

glMatrix 是早年我私自研究 3D 渲染期间使用到的 lib,它提供的各种变换或三维矢量计算函数非常全面,我比较熟悉。在编辑器项目中,我使用它对 leaflet 进行了图形变换功能的扩展,这里参考了 threejs 的相关实现。

open `editor-intro-transform.ts`

React 用于 DOM 渲染,这是公司技术栈的要求。

组件库我们选择了 antd,它提供组件非常全面,口碑佳且生态好,是国内组件库的首选,相信会节省我们大量的时间。

以上就是我们的技术选型过程,没有特别复杂的考虑,大部分都是基于历史原因,以及个人的熟练程度;另外,我本人对使用这些技术实现需求也非常有信心。

实现中遇到的若干问题以及我如何解决

  • 对 leaflet 进行功能扩展,使其具备基本的图形变换能力
  • 如何做到地图的实时存储及渲染
  • 如何实现 undo/redo,考虑到地图是实时存储及渲染
  • 大批量图形元素的渲染如何可能,比如:10w 点
  • 如何做到多用户同时操作

对 leaflet 进行功能扩展,使其具备基本的图形变换能力

我使用了 glMatrix,并参考了 threejs 的实现,写了一个 Mixin,这个 Mixin 会混淆到 leaflet 的 layer 上,从而使 leaflet 的图形元素具备了变换能力。

如何做到地图的实时存储与渲染

这个比较复杂,首先为什么需要实时渲染?这是整个项目的初期设计导致的,最初的开发人员比较少,因此大量的生成和校验计算会交给后端同事。后端计算之后,会将结果通过 Websocket 推送到前端,前端会调协本地状态,使本地状态与服务端状态保持一致,以及在界面上做出正确的响应。因此,编辑器不光需要关注 UI 对它的变更,还需要关注后端(或者 WS)对其提出的变更请求。

UI 交互会导致本地状态发生变更,这些变更需要不断地推送到后端,后端一方面会存储这些状态,并反馈一个 ok 给前端,从而前端修改元素状态为Unchanged

要实现这个功能,并非需要特别高深的技术,要做的仅仅是规范数据流通管道,以及设计好原子数据的状态。

如何实现 undo/redo,考虑到地图是实时存储与渲染

这个更加困难,因为数据是实时存储的,因此 undo/redo 不能由前端实现,而是后端的事。前端需要管理一个操作栈,用户点击 undo/redo 的时候,请求后端,让后端做出 undo/redo 的操作,然后将变更推送给前端,前端及时做出响应,这个问题在上一节中讲述过。

大批量图形元素的渲染如何可能,比如:10w 点

这里改写了 leaflet 的图形事件的实现,使得用户可以跨 canvas 交互!可以查看代码。

open `leafletCanvasOverrides.ts`

不同类型的元素会被绘制到不同的 canvas 上,这样渲染 10w 个点是不存在问题的!

如何做到多用户同时操作

现实考量,我们其实并没有实现多用户的协同操作,但是有非常严肃的考虑过。

需求最终确定,一张地图只允许单用户操作,但是其他用户可以实时查看。当前用户需要请求编辑权限,如果获得了权限,其他客户端将会进入只读模式。

只读模式下,我切断了数据提交的通道,并且禁止了全部组件的可编辑性。有些很难控制的,比如画布的元素,如果只读用户移动了它们,数据其实不会提交,同时我们在界面上给出一行文本提示。

我们做到了 99% 的编辑/只读控制。

我从中收获到了什么?

  • 定义了一套 mixin 的实现标准
  • 明白了 threejs 内部图形变换的实现逻辑
  • 对 SVG 有了更多的了解
  • 对 leaflet 这样的地图渲染库有了很多了解
  • 如何开发一个大型 App
  • 做技术预研,要亲自实验,测试其 API 友好度、性能,以及功能是否能满足需求

定义了一套 mixin 的实现标准,见代码

open `mixin-routine.ts`

明白了 threejs 内部图形变换的实现逻辑

元素的三项变化——位置,朝向以及大小——并不会影响子元素的此三项属性的值,threejs 内部为每一个元素维护了一个变换矩阵,三项变化影响是这个矩阵,然后将矩阵发送到 webgl,webgl 会帮助计算子元素应该显示在什么位置、如何朝向、以及大小如何。

对 SVG 有了更多的了解

比如,SVG 中的视窗概念、动画,其实外部的 CSS 也可以直接访问 SVG 节点,因此也可以写入样式和动画。

对 leaflet 这样的地图渲染库有了很多了解

明白了地图是怎么渲染出来的,一定程度上了解了 geojson 标准。

如何开发一个大型 App

  • 关注点分离,并设计好通讯机制
  • 数据流通管道,不要容忍数据被任意修改

在编辑器项目中,Canvas Rendering、DOM Rendering、Domain、Data 都是严格区隔的,同时要做好通讯机制的设计。

开发大型 App,需要从高层设计,把核心概念抽象出来,描述清楚它们之间的关系,定义接口,确定层与层、模块与模块之间如何通讯,设置(最好是强制的)关键的数据流通管道,使开发更加规范,后期开发人员对代码也更有控制力。