跨平台技术简介

针对原生开发面临问题,人们一直都在努力寻找好的解决方案,而时至今日,已经有很多跨平台框架(注意,本书中所指的“跨平台”若无特殊说明,即特指Android和iOS两个平台),根据其原理,主要分为三类:

  • H5+原生(Cordova、Ionic、微信小程序)
  • JavaScript开发+原生渲染 (React Native、Weex、快应用)
  • 自绘UI+原生(QT for mobile、Flutter)

H5+原生混合开发

这类框架主要原理就是将APP的一部分需要动态变动的内容通过H5来实现,通过原生的网页加载控件WebView (Android)或WKWebView(iOS)来加载。这样以来,H5部分是可以随时改变而不用发版,动态化需求能满足;同时,由于h5代码只需要一次开发,就能同时在Android和iOS两个平台运行,这也可以减小开发成本,也就是说,H5部分功能越多,开发成本就越小。我们称这种h5+原生的开发模式为混合开发 ,采用混合模式开发的APP我们称之为混合应用或Hybrid APP ,如果一个应用的大多数功能都是H5实现的话,我们称其为Web APP 。
目前混合开发框架的典型代表有:Cordova、Ionic 和微信小程序,值得一提的是微信小程序目前是在webview中渲染的,并非原生渲染,但将来有可能会采用原生渲染。

混合开发技术点
如之前所述,原生开发可以访问平台所有功能,而混合开发中,H5代码是运行在WebView中,而WebView实质上就是一个浏览器内核,其JavaScript依然运行在一个权限受限的沙箱中,所以对于大多数系统能力都没有访问权限,如无法访问文件系统、不能使用蓝牙等。所以,对于H5不能实现的功能,都需要原生去做。而混合框架一般都会在原生代码中预先实现一些访问系统能力的API, 然后暴露给WebView以供JavaScript调用,这样一来,WebView就成为了JavaScript与原生API之间通信的桥梁,主要负责JavaScript与原生之间传递调用消息,而消息的传递必须遵守一个标准的协议,它规定了消息的格式与含义,我们把依赖于WebView的用于在JavaScript与原生之间通信并实现了某种消息传输协议的工具称之为WebView JavaScript Bridge, 简称 JsBridge,它也是混合开发框架的核心。

示例:JavaScript调用原生API获取手机型号
下面我们以Android为例,实现一个获取手机型号的原生API供JavaScript调用。在这个示例中将展示JavaScript调用原生API的流程。

  1. 首先在原生中实现获取手机型号的API getPhoneModel
class JSAPI {
 @JavascriptInterface
 public Object getPhoneModel(Object msg) {
   return Build.MODEL;
 }
}
  1. 将原生API通过WebView注册到JsBridge中
import wendu.dsbridge.DWebView
...
//DWebView继承自WebView,由dsBridge提供  
DWebView dwebView = (DWebView) findViewById(R.id.dwebview);
//注册原生API到JsBridge
dwebView.addJavascriptObject(new JsAPI(), null);
]
  1. 在JavaScript中调用原生API
var dsBridge = require("dsbridge")
//直接调用原生API `getPhoneModel`
var model = dsBridge.call("getPhoneModel");
//打印机型
console.log(model);

上面示例演示了JavaScript调用原生API的过程,同样的,一般来说优秀的JsBridge也支持原生调用JavaScript。

现在,我们回头来看一下,混合应用无非就是在第一步中预先实现一系列API供JavaScript调用,让JavaScript有访问系统的能力,混合应用的优点是动态内容是H5,web技术栈,社区及资源丰富,缺点是性能不好,对于复杂用户界面或动画,WebView不堪重任。

React Native、Weex及快应用

React Native (简称RN)是Facebook于2015年4月开源的跨平台移动应用开发框架,是Facebook早先开源的JS框架 React 在原生移动应用平台的衍生产物,目前支持iOS和Android两个平台。

DOM树与控件树
文档对象模型(Document Object Model,简称DOM),是W3C组织推荐的处理可扩展标志语言的标准编程接口,一种独立于平台和语言的方式访问和修改一个文档的内容和结构。换句话说,这是表示和处理一个HTML或XML文档的标准接口。简单来说,DOM就是文档树,与用户界面控件树对应,在前端开发中通常指HTML对应的渲染树,但广义的DOM也可以指Android中的XML布局文件对应的控件树,而术语DOM操作就是指直接来操作渲染树(或控件树), 因此,可以看到其实DOM树和控件树是等价的概念,只不过前者常用于Web开发中,而后者常用于原生开发中。
React Native 是React 在原生移动应用平台的衍生产物,那两者主要的区别是什么呢?其实,主要的区别在于虚拟DOM映射的对象是什么?React中虚拟DOM最终会映射为浏览器DOM树,而RN中虚拟DOM会通过 JavaScriptCore 映射为原生控件树。

JavaScriptCore 是一个JavaScript解释器,它在React Native中主要有两个作用:

  • 为JavaScript提供运行环境。
  • 是JavaScript与原生应用之间通信的桥梁,作用和JsBridge一样,事实上,在iOS中,很多JsBridge的实现都是基于 JavaScriptCore 。

而RN中将虚拟DOM映射为原生控件的过程中分两步:

  • 布局消息传递, 将虚拟DOM布局信息传递给原生;
  • 原生根据布局信息通过对应的原生控件渲染控件树;
    至此,React Native 便实现了跨平台。 相对于混合应用,由于React Native是原生控件渲染,所以性能会比混合应用中H5好很多,同时React Native使用了Web开发技术栈,也只需维护一份代码,同样是跨平台框架。

Weex
Weex是阿里巴巴于2016年发布的跨平台移动端开发框架,思想及原理和React Native类似,最大的不同是语法层面,Weex支持Vue语法和Rax语法,Rax 的 DSL(Domain Specific Language) 语法是基于 React JSX 语法而创造。与 React 不同,在 Rax 中 JSX 是必选的,它不支持通过其它方式创建组件,所以学习 JSX 是使用 Rax 的必要基础。而React Native只支持JSX语法。

快应用
快应用是华为、小米、OPPO、魅族等国内9大主流手机厂商共同制定的轻量级应用标准,目标直指微信小程序。它也是采用JavaScript语言开发,原生控件渲染,与React Native和Weex相比主要有两点不同:
快应用自身不支持Vue或React语法,其采用原生JavaScript开发,其开发框架和微信小程序很像,值得一提的是小程序目前已经可以使用Vue语法开发(mpvue),从原理上来讲,Vue的语法也可以移植到快应用上。
React Native和Weex的渲染/排版引擎是集成到框架中的,每一个APP都需要打包一份,安装包体积较大;而快应用渲染/排版引擎是集成到ROM中的,应用中无需打包,安装包体积小,正因如此,快应用才能在保证性能的同时做到快速分发。

总结

JavaScript开发+原生渲染的方式主要优点如下:

  • 采用Web开发技术栈,社区庞大、上手快、开发成本相对较低。
  • 原生渲染,性能相比H5提高很多。
  • 动态化较好,支持热更新。

不足:
渲染时需要JavaScript和原生之间通信,在有些场景如拖动可能会因为通信频繁导致卡顿。
JavaScript为脚本语言,执行时需要JIT(Just In Time),执行效率和AOT(Ahead Of Time)代码仍有差距。
由于渲染依赖原生控件,不同平台的控件需要单独维护,并且当系统更新时,社区控件可能会滞后;除此之外,其控件系统也会受到原生UI系统限制,例如,在Android中,手势冲突消歧规则是固定的,这在使用不同人写的控件嵌套时,手势冲突问题将会变得非常棘手。

QT Mobile

在本篇中,我们看看最后一种跨平台技术:自绘UI+原生。这种技术的思路是,通过在不同平台实现一个统一接口的渲染引擎来绘制UI,而不依赖系统原生控件,所以可以做到不同平台UI的一致性。注意,自绘引擎解决的是UI的跨平台问题,如果涉及其它系统能力调用,依然要涉及原生开发。这种平台技术的优点如下:

  • 性能高:由于自绘引擎是直接调用系统API来绘制UI,所以性能和原生控件接近。
  • 灵活、组件库易维护、UI外观保真度和一致性高:由于UI渲染不依赖原生控件,也就不需要根据不同平台的控件单独维护一套组件库,所以代码容易维护。

由于组件库是同一套代码、同一个渲染引擎,所以在不同平台,组件显示外观可以做到高保真和高一致性;另外,由于不依赖原生控件,也就不会受原生布局系统的限制,这样布局系统会非常灵活。

不足:

  • 动态性不足:为了保证UI绘制性能,自绘UI系统一般都会采用AOT模式编译其发布包,所以应用发布后,不能像Hybrid和RN那些使用JavaScript(JIT)作为开发语言的框架那样动态下发代码。
  • 开发效率低:QT使用C++作为其开发语言,而编程效率是直接会影响APP开发效率的,C++作为一门静态语言,在UI开发方面灵活性不及JavaScript这样的动态语言,另外,C++需要开发者手动去管理内存分配,没有JavaScript及Java中垃圾回收(GC)的机制。

其实Flutter就属于这一类跨平台技术,Flutter实现了一套自绘引擎,并拥有一套自己的UI布局系统。不过,自绘制引擎的思路并不是什么新概念,Flutter并不是第一个尝试这么做的,在它之前有一个典型的代表,即大名鼎鼎的QT。

QT简介
Qt是一个1991年由Qt Company开发的跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架。2008年,Qt Company科技被诺基亚公司收购,Qt也因此成为诺基亚旗下的编程语言工具。2012年,Qt被Digia收购。2014年4月,跨平台集成开发环境Qt Creator 3.1.0正式发布,实现了对于iOS的完全支持,新增WinRT、Beautifier等插件,废弃了无Python接口的GDB调试支持,集成了基于Clang的C/C++代码模块,并对Android支持做出了调整,至此实现了全面支持iOS、Android、WP,它提供给应用程序开发者构建图形用户界面所需的所有功能。但是,QT虽然在PC端获得了巨大成功,备受社区追捧,然而其在移动端却表现不佳,在近几年,虽然偶尔能听到QT的声音,但一直很弱,无论QT本身技术如何、设计思想如何,但事实上终究是败了。

失败原因,笔者认为主要有四:

  • 第一:QT移动开发社区太小,学习资料不足,生态不好。
  • 第二:官方推广不利,支持不够。
  • 第三:移动端发力较晚,市场已被其它动态化框架占领(Hybrid和RN)。
  • 第四:在移动开发中,C++开发和Web开发栈相比有着先天的劣势,直接结果就是QT开发效率太低。

基于此四点,尽管QT是移动端开发跨平台自绘引擎的先驱,但却成为了烈士。

Flutter出世

Flutter是Google发布的一个用于创建跨平台、高性能移动应用的框架。Flutter和QT mobile一样,都没有使用原生控件,相反都实现了一个自绘引擎,使用自身的布局、绘制系统。那么,我们会担心,QT mobile面对的问题Flutter是否也一样,Flutter会不会步入QT mobile后尘,成为另一个烈士?要回到这个问题,我们先来看看Flutter诞生过程:

  • 2017 年 Google I/O 大会上,Google 首次推出了一款新的用于创建跨平台、高性能的移动应用框架——Flutter。
  • 2018年2月,Flutter发布了第一个Beta版本,同年五月, 在2018年Google I/O 大会上,Flutter 更新到了 beta 3 版本。
  • 2018年6月,Flutter发布了首个预览版本,这意味着 Flutter 进入了正式版(1.0)发布前的最后阶段。

观其发展,在2018年5月份,Flutter 进入了 GitHub stars 排行榜前 100 名,已有 27k star。而今天(2019年11月25日),已经有80K的Star。经历了短短2年多的时间,Flutter 生态系统得以快速增长,由此可见,Flutter在开发者中受到了热烈的欢迎,其未来发展值得期待!

现在,我们来和QT mobile做一个对比:

  1. 生态:从Github上来看,目前Flutter活跃用户正在高速增长。从Stackoverflow上提问来看,Flutter社区现在已经很庞大。Flutter的文档、资源也越来越丰富,开发过程中遇到的很多问题都可以在Stackoverflow或其github issue中找到答案。
  2. 技术支持:现在Google正在大力推广Flutter,Flutter的作者中很多人都是来自Chromium团队,并且github上活跃度很高。另一个角度,从今年上半年Flutter频繁的版本发布也可以看出Google对Flutter的投入的资源不小,所以在官方技术支持这方面,大可不必担心。
  3. 开发效率:Flutter的热重载可帮助开发者快速地进行测试、构建UI、添加功能并更快地修复错误。在iOS和Android模拟器或真机上可以实现毫秒级热重载,并且不会丢失状态。

上表中开发效率,是指整个开发周期的效率,包括编码时间、调试时间、以及排错、兼容时间。动态化主要指是否支持动态下发代码和是否支持热更新。值得注意的是Flutter的Release包默认是使用Dart AOT模式编译的,所以不支持动态化,但Dart还有JIT或snapshot运行方式,这些模式都是支持动态化的。

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