移動應用基礎技術(shù)平臺分析

彭衛(wèi)華

摘要：在當前的移動應用開發(fā)領域中，J2ME以其跨越平臺運行、開發(fā)周期短及強大的本地執(zhí)行能力逐漸成為最主要的開發(fā)平臺。本文主要介紹移動應用開發(fā)基礎平臺J2ME技術(shù)的主要架構(gòu)、相關(guān)安全機制及這兩種技術(shù)結(jié)合的現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：移動應用；跨平臺；J2ME

在當前的移動應用開發(fā)領域中，J2ME以其跨平臺運行、開發(fā)周期短及強大的本地執(zhí)行能力逐漸成為了最主要的開發(fā)平臺。J2ME與XML將很快成為移動應用的基礎技術(shù)平臺，在各個方面尤其在廣受矚目的移動應用安全方面促進移動應用的發(fā)展。

一、J2ME綜述

J2ME為移動應用提供了一個高效靈活的開發(fā)環(huán)境，是一個具有強大網(wǎng)絡功能的統(tǒng)一開放的編程平臺，其JAVA語言的跨平臺特點使得各種應用能夠更快地開發(fā)并推廣，對HTTP等高級Internet協(xié)議的支持又使其能方便快捷地實現(xiàn)各種網(wǎng)絡應用。下面我們將對J2ME的體系結(jié)構(gòu)及技術(shù)特點進行詳細的介紹與分析。

二、J2ME與JAVA家族

自從Sun Microsystems推出Java 2 Platform的概念以后，為了適應不同級別計算機硬件的開發(fā)需要，JAVA平臺形成了三個主要分支：①Java 2 Standard Edition；②Java 2 Micro Edition；③Java 2 Enterprise Edition。它們的體系結(jié)構(gòu)及相互關(guān)系如圖1所示。

Java 2 Standard Edition又簡稱為J2SE, 它是Java的標準版，它使用Java Hotspot虛擬機來提高其性能，其Java類庫包含了Java語言的所有特性，針對的設備主要是臺式機等設備；Java 2 Enterprise Edition又簡稱為J2EE，其類庫存除了Java語言的所有特性外還包含針對企業(yè)計算的各種編程接口和規(guī)范。J2EE針對的設備主要是后端的Server，它也使用Java Hotspot虛擬機。

三、J2ME體系結(jié)構(gòu)

J2ME是SUN 公司于1996年6月推出的針對嵌入式、消費類電子產(chǎn)品的開發(fā)平臺，與J2SE、J2EE共同組成Java技術(shù)的三個重要的分支。J2ME是為了支持像PDA、手機等小型的嵌入式或移動設備而推出的一系列的技術(shù)和規(guī)范的總稱，由JCP組織制定相關(guān)的JSR（Java Specification Request）并發(fā)布。

首先，針對消費電子和嵌入式設備的計算能力及各種硬件條件，J2ME根據(jù)最基本的一些特征把它們劃分為兩類：一類是運算功能與電力供應有限，只具備間斷網(wǎng)絡通訊能力的設備，如PDA（Personal Digital Assistant，個人數(shù)字助理）、手機等，這類設備一般用電池供電；另一類是運算能力及電力供應相對較佳，并且具有不間斷網(wǎng)絡連接的設備。在硬件劃分的基礎上，J2ME提出了Configuration和Profile兩個核心概念。

1.Configuration

Configuration是針對性能相近的一類設備提出的定義其能力共性的規(guī)范。Configuration中定義了這些設備至少需要符合的運算能力、供電能力、內(nèi)存大小等內(nèi)容，同時也定義了一組在這些設備上執(zhí)行的Java程序所能使用的類庫。這些類庫包含虛擬機和核心的類庫，因此Configuration也可以看成支持一組通用設備的最小Java平臺。J2ME定義了兩個Configuration，分別對應上述的兩類設備：對應第一類設備的Configuration稱為CLDC(Connected Limited Device Configuration)，主要針對16bit，32bit及16MHz以上的處理器，使用的虛擬機是KVM；對應第二類設備的稱為CDC(Connected Device Configuration)，主要針對32bit及75MHz以上的處理器，使用的虛擬機是CVM。這兩個規(guī)范所定義的類庫，除了Java標準核心類庫的子集合之外，也加入了與該類型設備相符合的擴充類庫。CLDC和CDC類庫的范圍與J2SE核心類庫的關(guān)系如圖2所示。

2.Profile

CDC和CLDC僅僅是對各類設備中最具共性的配置提供了基本的功能集合。但是，在實際應用中，不同的設備間存在著很大的差異，所以需要根據(jù)設備具體功能再進行一次劃分，比如CLDC設備又分為智能手機、PDA等。因此，我們在Configuration的基礎上，提出了Profile的概念。Profile作為Configuration的擴展和補充，針對每一類功能設備的特殊性定義了與設備特性相關(guān)的API。可以說有了Profile以后，才真正有了建立一個可運行J2ME應用程序的完整環(huán)境。

目前主要的Profile 有三種，其中兩種是基于CLDC的MIDP（Mobile Information Device Profile，移動信息設備Profile）和PDA Profile，另一種是基于CDC的Foundation Profile。現(xiàn)在應用最廣的是MIDP，已經(jīng)有了MIDP1.0和MIDP2.0兩個版本，它定義了關(guān)于移動信息設備（主要指智能手機和一部分具有無線通信功能的PDA）的圖形界面、輸入和時間處理、持久性存儲，短消息等的API，并且考慮到了移動信息設備的屏幕和內(nèi)存限制。而正在制定中的PDA Profile則定義了針對PDA的API，其屏幕、內(nèi)存條件都要大于MIDP，但是網(wǎng)絡方面的要求則顯然和手機有所不同?；贑DC的Foundation Profile則提供除了用戶界面以外CDC所缺少的幾乎所有J2SE核心類庫。

綜上所述，我們可以這樣描述J2ME的體系結(jié)構(gòu)：整個結(jié)構(gòu)分為四層，最底層是Host Operation System(設備宿主操作系統(tǒng))；之上運行的是由Configuration定義的Java Virtual Machine(JAVA虛擬機)，構(gòu)成整個平臺的基礎；虛擬機之上是由Configuration提供的適應于該類設備的具有最基本語言特性的擴展類庫；在Configuration的基礎上，再由Profile提供針對設備的特殊功能API和擴展類庫。J2ME的四層結(jié)果構(gòu)成一個完整的應用程序運行環(huán)境（如圖3所示）。J2ME體系中需要

一個Configuration和至少一個Profile，多個Profile可以共存，也可以疊加。

三、J2ME應用程序

所有根據(jù)J2ME規(guī)范開發(fā)出來的應用程序都稱為J2ME應用程序，當前應用最廣的J2ME應用程序是MIDLet（MIDP應用程序）。MIDLet是基于CLDC和MIDP規(guī)范開發(fā)的應用程序，主要運行于各種移動終端（如智能手機）中。

一個MIDlet應用程序首先通過擴展javax.microedition.midlet.MIDlet類來實現(xiàn)程序的啟動、暫停和終止。為了使程序的功能更加豐富，MIDlet應用程序通常還包括其他一些類，所有這些類能隨它們的資源一起被打包進稱為MIDlet套件的jar文件中。一個jar文件通常包括多個MIDlet應用程序，這些MIDlet程序之間能共享數(shù)據(jù)和資源。同一臺手機上可以有多個套件同時運行。在MIDlet套件中的所有MIDlet程序都共享同一段存儲空間、運行時對象棧和類的靜態(tài)域。在MIDlet套件中的MIDlet程序、類和文件不能被單獨地安裝、更新或刪除，它們必須作為一個整體來操作。封裝MIDlet套件的jar文件中包含以下組件:①實現(xiàn)所有MIDlet程序的類文件；②MIDlet程序使用的所有資源文件，比如圖標、映像文件等等；③一個描述該Jar文件的清單。

MIDP規(guī)范定義了在一個MIDlet套件中的MIDlet程序執(zhí)行的環(huán)境，在該MIDlet套件中的所有MIDlet應用程序都共享這個環(huán)境，而且同一套件中的所有MIDiet程序之間可以進行交互。該環(huán)境主要包括CLDC中所定義的類庫、MIDP中所定義的類庫、工具類和應用程序所使用的資源等內(nèi)容。

四、J2ME的安全機制

J2ME的安全機制可以從本地應用程序安全保障機制與網(wǎng)絡安全保障機制兩個方面來討論。

1.本地應用程序安全保障機制

J2ME的本地應用程序安全保障機制主要包括兩重校驗機制和沙箱（Sandbox）模型兩種基本技術(shù)。兩重校驗機制是指采用兩階段驗證方法來驗證類裝入器中所有的類,這一字節(jié)碼驗證過程保證了應用程序不能訪問內(nèi)存空間或使用其域外的資源。兩重校驗機制的兩階段為：第一階段是預校驗（preverify），在編譯類文件的桌面計算機或下載應用程序的服務器計算機中進行，這階段完成大部分復雜的校驗工作。完成了預校驗后，最終的類文件通常包含下一階段所需附加信息；第二階段則是虛擬機內(nèi)部的校驗（verify），這一階段將下載到用戶設備上的Java類文件載入虛擬機的內(nèi)存，然后運行真正意義上的校驗程序。

2.網(wǎng)絡安全保障機制

J2ME的網(wǎng)絡安全保障主要通過相關(guān)安全協(xié)議來實現(xiàn)。應用傳輸層安全協(xié)議SSL可以在傳輸層建立安全的數(shù)據(jù)保護。通過建立點對點安全連接來保證網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)的安全性。像SSL/TLS(安全套接字層/傳輸層安全性，以后簡稱為SSL)這樣的安全性協(xié)議允許應用在因特網(wǎng)主機之間打開安全套接字。在連接握手時，SSL利用公鑰算法和數(shù)字證書在素不相識的各方之間建立信任并交換當前會話的私鑰。于是，SSL通信各方使用快速的私鑰算法來加密和解密通信數(shù)據(jù)。SSL協(xié)議支持認證、數(shù)據(jù)完整性和機密性。在電子商業(yè)應用程序中，基于SSL的安全HTTP (HTTPS )已經(jīng)成為傳輸敏感數(shù)據(jù)的標準協(xié)議。

五、結(jié)論

J2ME以其特有的技術(shù)優(yōu)勢已成為了移動應用的主流開發(fā)平臺，在移動應用開發(fā)中用J2ME提供更靈活的安全保證手段已成為了必然的趨勢。