基於可視化搭建的方式來實現通用數據大屏搭建的解決方案，通過對平臺能力的開發來講解可視化搭建的核心功能實現，幫助有需要的同學瞭解可視化搭建的整體架構設計流程。 ...

作者：vivo 互聯網大數據團隊- Wang Lei

一、前言

一直以來，許多產品平臺都在嘗試通過可視化搭建的手段來降低 GUI 應用的研發門檻，提高生產效率。隨著我們業務的發展，數據建設的完善，用戶對於數據可視化的訴求也日益增多，而數據大屏是數據可視化的其中一種展示方式，它作為大數據展示媒介的一種，被廣泛運用於各種會展、公司展廳、發佈會等。

相比於傳統手工定製的圖表與數據儀錶盤，通用大屏搭建平臺的出現，可以解決定製開發, 數據分散帶來的應用開發、數據維護成本高等問題，通過數據採集、清洗、分析到直觀實時的數據可視化展現，能夠多方位、多角度、全景展現各項指標，實時監控，動態一目瞭然。

本文將通過敏捷BI平臺的通用大屏搭建能力的實現方案，來講解一下通用可視化搭建平臺整體的設計思路。

二、快速瞭解可視化大屏

2.1 什麼是數據可視化

從技術層面上來講，最直觀的就是前端可視化框架：Echart、Antv、Chart.js、D3.js、Vega 等，這些庫都能幫我們快速把數據轉換成各種形式的可視化圖表。

從業務層面來講，其最主要的意義就在於通過數據 -> 圖表組合 -> 可視化頁面這一業務流程，來幫助用戶更加直觀整體的分析不同行業和場景的趨勢和規律。

所以在數據領域里，對於複雜難懂且體量龐大的數據而言，圖表的信息量要大得多，這也是數據可視化最根本的目的。

2.2 可視化大屏都有哪些部分

主要由可視化組件 + 事件交互 + 坐標關係組成，效果如下圖所示：

2.3 可視化大屏和常見的BI報表看板的區別

經常會有同學會問到，可視化大屏和BI報表看板的區別是什麼？

這裡簡單的做一下介紹：

大屏和報表看板都只是BI的其中一種展現方式，大屏更多是通過不同尺寸的顯示器硬體上進行投屏，而報表看板更多是在電腦端進行展示使用。
大屏更加註重數據動態變化，會有極強的視覺體驗和衝擊力，提供豐富的輪播動畫、表格滾動等動畫特效。而報表看板更註重互動式數據探索分析，例如上捲下鑽、排序、過濾、圖表切換、條件預警等。

三、設計思路

3.1 技術選型

前端框架：React 全家桶（個人習慣）
可視化框架：Echarts\DataV-React (封裝度高，json結構的配置項易拓展) D3.js（可視化元素粒度小、定製能力強）
拖拽插件：dnd-kit （滿足樹狀結構視圖的跨組件拖拽）
佈局插件：React-Grid-Layout（網格自由佈局，修改源碼，支持多個方向的拖拽，自由佈局、鎖定縮放比等）

3.2 架構設計

下圖是我們搭建平臺的整體架構設計：

整個大屏搭建平臺包含四個非常重要的子系統和模塊：

可視化物料中心：是整個平臺最基礎的模塊，我們在開源的圖表庫和自主開發的可視化組件上面定義了一層標準的 DSL 協議，這個協議和接入畫布編輯器的協議是對應的，目前已經有 40+ 相關組件，組件數量還在不斷增長。
畫布編輯器：是搭建平臺的核心與難點，支持頁面佈局配置、頁面交互配置和組件數據配置等功能，另外還支持代碼片段的配置，也可以稱得上是一個低代碼平臺。
數據中心：是提供專門用於連接不同數據源的服務，例如直連 MySQL、ClickHouse、Elasticsearch、Presto 等，提供了大屏搭建所需要的原始數據。
管理中心：是大屏的後臺運營管理模塊，包含了大屏模版管理、大屏發佈下線、訪問許可權等管理功能。

3.3 搭建流程

通過上面提到的大屏組成元素，我們可以分析總結出大屏搭建主流程如下圖所示：

四、核心功能實現

接下來我們會逐一對平臺幾個核心功能實現進行解析：

1、大屏自適應佈局

背景：解決頁面錯亂問題，實現多種解析度的大屏適配：

思考：首先我們想到的是移動端適配主流的 vh、vw、rem組合的方式以及 font.js+rem 等兩種方案。第一種方案主要是通過媒體查詢來定義父級大小，然後對組件的height、margin、padding等多種css屬性採用rem作為單位，繼承父級設置等單位（1vw）,實現自適應適配，第二種方案是引用第三方腳本，通過在main.js中寫代碼計算，使用rem進行繼承,實現適配。

① vh、vw、rem組合

//vw vh單位 w3c的官方解釋 vw：1% of viewport’s width vh：1% of viewport’s height
//例如，設計稿的寬度為1920px，則1vw=19.2px，為了方便計算，我們將html元素的font-size大小設置為100px，也就是5.208vw=100px。
body,html {
     font-size:5.208vw
}

② font.js + rem

//監聽視窗的oversize事件，來動態計算根節點字體大小，再配合rem做適配
(function(doc, win) {
    const docEl = doc.documentElement
    const resizeEvt = 'orientationchange' in window ? 'orientationchange' : 'resize'
    const recalc = function() {
      let clientWidth = docEl.clientWidth
      if (!clientWidth) return
      docEl.style.fontSize = 100 * (clientWidth / 1920) + 'px'
    }
    if (!doc.addEventListener) return
    win.addEventListener(resizeEvt, recalc, false)
    doc.addEventListener('DOMContentLoaded', recalc, false)
})(document, window)

缺陷：當我們大屏裡面使用到的第三方插件，它的樣式使用的是px為單位時，例如 line-height 的設置為20px，此時就不能適應行高，就會出現重疊等錯亂問題。或者我們利用 postcss-px2rem 插件進行全局替換，但是在使用過程中，需要註意對已經處理過適配的插件，例如 Ant Design，否則引入的antd 控制項使用會出現樣式錯亂的問題

解決思路：採用了css3 的縮放 transform: scale(X，Y) 屬性，主要是通過監聽瀏覽器視窗的 onresize 事件，當視窗大小發生變化時，我們只需要根據大屏容器的實際寬高，去計算對應的放大縮小的比例，就可以實現佈局的自適應了，我們也提供了不同的佈局適應效果，例如等高縮放、等寬縮放、全屏鋪滿等，不同的縮放方式，決定了我們在計算寬高比例的優先順序。因此我們後面在做畫布的縮小功能，也可以直接使用這種方案來實現。

// 基於設置的設計稿尺寸 換算對應的寬高比
useEffect(() => {
    const wR = boxSize.width / viewWidth;
    const hR = boxSize.height / viewHeight;
 
    setBgScaleRatio(wR);
    setBgHeightScaleRatio(hR);
}, [boxSize, viewWidth, viewHeight]);
 
//根據等寬、等高、全屏等不同的縮放比例 計算scale值
const getScale = (proportion, x, y) => {
    if (proportion === 'radioWidth') {
        return `scaleX(${x})`
    }
    if (proportion === 'radioHeight') {
        return `scaleY(${y})`
    }
    return `scale(${x}, ${y})`
}

2、大屏組件通用開發流程設計

背景：隨著可視化組件的增多、新增組件流程繁瑣冗長，為了避免重覆的造輪子以及後續引入第三方組件，需要制定一套通用的組件開發流程：

設計思路：組件 = component 組件主體 + schema 組件配置協議層 + 組件定義層（類型、從屬關係、初始化寬高等）

① component 組件主體：

可視化框架選型：行業主流可視化庫有 Echart、Antv、Chart.js、D3.js、Vega、DataV-React 基於可視化的通用性和定製性的需求，我們選擇了 Echart、DataV-React 作為基礎組件的開發框架，面對定製性要求更高的自定義組件，我們選擇了可視化粒度更小的 D3.js。
封裝通用 Echarts 組件（初始化、事件註冊、實例註銷等）：

// initialization echarts
const renderNewEcharts = () => {
    // 1. new echarts instance
    const echartObj = updateEChartsOption();
    // 2. bind events
    bindEvents(echartObj, onEvents || {});
    // 3. on chart ready
    if (typeof onChartReady === 'function') onChartReady(echartObj);
    // 4. on resize
    echartObj.resize();
};
 
// bind the events
const bindEvents = (instance, events) => {
    const _bindEvent = (eventName, func) => {
       instance.on(eventName, (param) => {
           func(param, instance);
       });
    };
 
    // loop and bind
    for (const eventName in events) {
        if (Object.prototype.hasOwnProperty.call(events, eventName)) {
            _bindEvent(eventName, events[eventName]);
        }
    }
};
 
// dispose echarts and clear size-sensor
const dispose = () => {
    if ($chartEl.current) {
       clear($chartEl.current);
       // dispose echarts instance
       (echartsLib || echarts).dispose($chartEl.current);
    }
};

封裝通用 DataV 組件（DataV-React、自定義等組件入口，統一負責配置、數據收集、監聽resize）

const DataV: React.FC<DataVProps> = (props) => {
    const { config } = props;
    const [renderCounter, setRenderCounter] = useState(0);
    const $dataVWarpEl = useRef(null);
    const $componentEl = useRef(null);
 
    useEffect(() => {
        // 綁定容器size監聽
        const resizefunc = debounce(() => {
            $componentEl.resize();
        }, 500)
       // fixme
       addResizeListener($dataVWarpEl.current, resizefunc);
       return () => {
           // 清除訂閱
           removeResizeListener($dataVWarpEl.current, resizefunc);
       };
    }, []);
 
    return (
        <DataVWarp ref={$dataVWarpEl}>
            <CompRender config={config} ref={$componentEl} />
        </DataVWarp>
    );
};

② schema 組件配置協議層 + 組件定義層（類型、從屬關係、初始化寬高等）

我們自定義了一套 schema 組件的DSL，結構協議層。通過DSL約定了組件的配置協議，包括組件的可編輯屬性、編輯類型、初始值等，之所以定義一致的協議層，主要是方便後期的組件擴展，配置後移。

JSON Schema設計：

{
    headerGroupName: '公共配置',                         //配置所屬類型
    headerGroupKey: 'widget',                           //配置所屬類型key值 相同的key值都歸屬一類
    name: '標題名稱',                                    //屬性名稱
    valueType: ['string'],                              //屬性值類型
    optionLabels: [],                                   //服務下拉列表、多選框等控制項的標簽名
    optionValues: [],                                   //服務下拉列表、多選框等控制項的標簽值
    tip: false,                                         //配置項的 Tooltip 註解
    ui: ['input'],                                      //使用的控制項類型
    class: false,                                       //控制項類名，定製控制項樣式
    css: { width: '50%'},                               //修改控制項樣式
    dependencies: ['widget,title.show,true'],           //屬性之間的聯動，規則['配置所屬類型, 屬性key, 屬性值']
    depContext: DepCommonShowState,                     //屬性之間的校驗回調方法
    compShow: ['line'],                                 //哪些組件可配置
    dataV: { key: 'title.text', value: '' },            //配置的key值和預設value值
},

表單DSL設計：

收益：以上是我們定製的DSL結構協議層，用戶只需要填寫Excel表格，就可以實現動態表單的創建，實現組件配置項分類、配置復用、配置項之間聯動、屬性註釋等功能。目前屬性配置器已經支持了常用的15種的配置UI控制項，通過定製的DSL結構協議層，可以快速完成組件的配置界面初始化，為後續規劃的組件物料中心做準備。

3、拖拽器實現

背景：React-Grid-Layout 拖拽插件不支持自由佈局和組件不同緯度拖拽：

解決方案：通過分析源碼，對不同緯度的拖拽事件以及拖拽目標碰撞事件進行了重寫，並且也拓展了鎖定寬高比、旋轉透明度等功能。

源碼分析：

resize伸縮特性增強（優化），拖拽的同時，除了修改容器寬高外，也動態調整了組件的坐標位置。

// CSS Transforms support (default)
if (useCSSTransforms) {
    if (activeResize) {
        const { width, height, handle } = activeResize;
        const clonePos = { ...pos };
        if (["w", "nw", "sw"].includes(handle)) {
            clonePos.left -= clonePos.width - width;
        }
        if (["n", "nw", "ne"].includes(handle)) {
            clonePos.top -= clonePos.height - height;
        }
        style = setTransform(clonePos, this.props.angle);
    } else {
        style = setTransform(pos, this.props.angle);
    }
}

堆疊顯示，自由佈局（優化），通過控制佈局是否壓縮，動態調整拖拽目標的層級zIndex來實現多圖層組件操作交互和自由定位。

// 每次拖拽時zIndex要在當前最大zIndex基礎上 + 1，並返回給組件使用
const getAfterMaxZIndex = useCallback(i => {
    if (i === curDragItemI) {
        return;
    }
    setCurDragItemI(i);
    setMaxZIndex(maxZIndex => maxZIndex + 1);
    return maxZIndex;
}, []);

改造後效果展示

4、大屏狀態推送

背景：大屏的後期維護需要有版本發佈自更新以及大屏下線等需求，這個時候就需要有一套消息通知機制，通過命令來控制大屏的運行狀態。

解決方案：基於websocket通信機制，建立長鏈接，實現了心跳及重連機制，實時對上線發佈後的大屏進行更新或下線管理。

五、效果預覽

六、總結

本文通過可視化頁面搭建、no/low code 平臺、Schema 動態表單等技術思想來分析講解瞭如何去設計開發一個通用的數據大屏搭建平臺。

當前的設計方案基本滿足了數據大屏的核心能力搭建需求。如果想實現更富有展現力，滿足更多場景的大屏搭建平臺，我們還需要進一步提高平臺的擴展性和完善整體的物料生態，具體規劃如下：

豐富和拓展大屏組件&配置能力，覆蓋不同行業的可視化場景。
可視化物料平臺的搭建，沉澱優秀的可視化組件、大屏模版素材。
3D以及動效渲染引擎開發實現。

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從0到1設計通用數據大屏搭建平臺