移動操作系統(tǒng)跨平臺應(yīng)用開發(fā)技術(shù)

郄小明 閆江華

（中國電子科技集團公司第五十四研究所 河北省石家莊市 050081）

近年來，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，智能終端已經(jīng)成為生活和工作中不可或缺的重要工具，向用戶提供針對不同應(yīng)用場景需求的高效應(yīng)用[1]。同時，智能終端的操作系統(tǒng)種類也越來越多，主要包括IOS、Android、Windows Phone 等，國產(chǎn)移動操作系統(tǒng)如TDOS、元心、麒麟等。一款移動應(yīng)用需要同時覆蓋以上幾種平臺，則必須要針對不同的平臺分別進行研發(fā)[2]，這就帶來了移動應(yīng)用開發(fā)復(fù)雜、開發(fā)周期長、開發(fā)效率低、風(fēng)格統(tǒng)一困難和運維成本大等諸多問題。針對這種情況，滿足“一次開發(fā)，多個平臺使用”的應(yīng)用跨平臺開發(fā)技術(shù)成為開發(fā)者的理想選擇。

本文通過移動應(yīng)用的對比分析，提出了一種跨平臺應(yīng)用開發(fā)架構(gòu)，以滿足通用及特定場景下應(yīng)用需求，并對未來移動應(yīng)用的發(fā)展提出自己的看法。

1 移動應(yīng)用分類

目前應(yīng)用程序主要分為三類：原生應(yīng)用（Native App）、網(wǎng)頁應(yīng)用（Web APP）和混合模式移動應(yīng)用（Hybrid App）。原生應(yīng)用即開發(fā)者采用操作系統(tǒng)所提供的一套標(biāo)準(zhǔn)接口，不同的操作系統(tǒng)會提供不同的開發(fā)語言與標(biāo)準(zhǔn)接口，原生應(yīng)用有很強的交互性和可拓展性；網(wǎng)頁應(yīng)用指采用Html5 語言寫出的生存在瀏覽器中的應(yīng)用；混合應(yīng)用指半原生半Web 的混合類應(yīng)用，由原生提供統(tǒng)一的API給JavaScript 調(diào)用，實際的主要邏輯有Html 和JavaScript 來完成，最終是放在Webview 中呈現(xiàn)，只需要寫一套代碼即可達到跨平臺效果[3]。三類應(yīng)用對比如表1所示。

綜合分析，混合應(yīng)用兼具原生應(yīng)用擁有良好交互體驗的優(yōu)勢和網(wǎng)頁應(yīng)用跨平臺的優(yōu)勢[4]，一方面，開發(fā)者可以充分利用現(xiàn)代移動設(shè)備所提供的全部不同的特性和功能；另一方面，使用 Web 語言編寫的所有代碼都可以在不同的移動平臺之間共享，使得開發(fā)和日常維護過程變得集中式、更簡短、更經(jīng)濟高效。

2 跨平臺應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計

借鑒混合應(yīng)用開發(fā)的思想和優(yōu)勢，本文提出一種支持跨平臺的應(yīng)用架構(gòu)，如下圖所示。應(yīng)用采用分層設(shè)計思想，每層負責(zé)不同的職能，自底向上分為系統(tǒng)層、中間層和呈現(xiàn)層。移動終端跨平臺應(yīng)用開發(fā)方向主要分為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)和本地應(yīng)用開發(fā)，針對方向的差別使用不同的編程語言[5]。從開發(fā)人員角度分析，開發(fā)語言可分為“美工”、“前端編程語言”和“后臺編程語言”三大類。 呈現(xiàn)層對應(yīng)“美工”和“前端編程語言”，處理本地應(yīng)用部分，重點關(guān)注應(yīng)用界面的美觀性和用戶體驗。中間層對應(yīng)“后臺編程語言”，處理網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和本地應(yīng)用部分，重點設(shè)計應(yīng)用整體結(jié)構(gòu)，使應(yīng)用可以運行在操作系統(tǒng)之上。開發(fā)人員可以根據(jù)每層需求，選擇專用語言開發(fā)，從而解決開發(fā)手段復(fù)雜多樣的問題。如圖1。

表1

圖1

圖2

2.1 系統(tǒng)層

系統(tǒng)層具備原生系統(tǒng)的功能調(diào)用，主要包括了手機相冊、通訊錄、攝像頭、地理位置、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等一些手機本地調(diào)用處理等，原生系統(tǒng)如Android、IOS、元心和TDOS 等操作系統(tǒng)。

2.2 中間層

中間層包括技術(shù)框架和開放服務(wù)兩部分。技術(shù)框架是開發(fā)者根據(jù)應(yīng)用場景選擇的技術(shù)平臺，如VUE，對呈現(xiàn)層提供豐富的UI組件，同時把系統(tǒng)層一些原生功能進行二次封裝，對上提供統(tǒng)一JavaScript 調(diào)用。開放服務(wù)指開發(fā)者根據(jù)業(yè)務(wù)需求構(gòu)建的具備特定功能的SDK。

主流的跨移動平臺方式包含跨平臺引擎驅(qū)動和跨平臺應(yīng)用編譯。開放服務(wù)重點采用C/C++語言實現(xiàn)，目前各移動操作系統(tǒng)均支持C/C++語言開發(fā)的第三方庫，開發(fā)者重點解決不同操作系統(tǒng)下開放服務(wù)的編譯問題，以此滿足跨平臺要求。

下面提出一種面向C/C++的通用SDK 服務(wù)架構(gòu)。如下圖所示，自底向上分為支撐層、組件層、邏輯處理層和接口抽象層。如圖2所示。

（1）支撐層支持多種操作系統(tǒng)環(huán)境下的統(tǒng)一抽象接口操作，屏蔽操作系統(tǒng)在C/C++層差異，使組件層軟件與底層的操作系統(tǒng)實現(xiàn)分離，降低操作系統(tǒng)對軟件開發(fā)和維護的影響。

（2）組件層包含如JSON 組解、日志、存儲等通用組件，ZMQ、SIP、HTTP 等通信組件，媒體處理等擴展組件，也可以支持其他C/C++組件。這些組件屏蔽內(nèi)部實現(xiàn)細節(jié)，對邏輯處理層提供便捷的開發(fā)API。

（3）邏輯處理層根據(jù)具體業(yè)務(wù)需求，調(diào)用組件層API 接口進行相關(guān)業(yè)務(wù)組合處理，并對接口抽象層提供統(tǒng)一API，如通過組合SIP、HTTP 協(xié)議組件，實現(xiàn)如即時消息、狀態(tài)呈現(xiàn)、和文件傳輸?shù)冉y(tǒng)一通信業(yè)務(wù)。

（4）接口抽象層突破傳統(tǒng)API 調(diào)用方式，實現(xiàn)前臺呈現(xiàn)與開放服務(wù)的解耦，將邏輯處理層提供API 封裝，對前臺呈現(xiàn)提供統(tǒng)一編程可擴展的JSON 格式的JavaScript 調(diào)用接口；同時將前臺呈現(xiàn)調(diào)用的JSON 接口解析，調(diào)用邏輯處理層API 實現(xiàn)相應(yīng)功能。JSON 數(shù)據(jù)格式具有相對簡單、易封裝解析、擴展性強、讀寫效率高、解析庫多等諸多優(yōu)點，為呈現(xiàn)層與開放服務(wù)之間提供高效的交互方式。

基于C/C++的第三方組件豐富多樣，開發(fā)者也可根據(jù)功能需求不斷調(diào)整，選擇并開發(fā)所需組件及業(yè)務(wù)處理邏輯，使得開放服務(wù)具備良好的復(fù)用性和擴展性。

2.3 呈現(xiàn)層

混合應(yīng)用按照混合模式可分為重架構(gòu)混合模式和輕架構(gòu)混合模式?！爸鼗臁奔軜?gòu)依賴Native UI 的混合框架，按照“Web 不夠，就Native 來湊”的核心思路，提升交互體驗，但也帶來了顯著缺點：Web 和Native 技術(shù)的交叉混雜讓開發(fā)者的編程和調(diào)試都很不方便，也無法滿足跨平臺要求。“輕混”架構(gòu)堅持UI 部分必須用純Web技術(shù)，完全采用H5 技術(shù)；在底層的設(shè)備接口上，JavaScript 無法完成的原生部分，可以采用Native 技術(shù)來彌補，也必須堅持Native技術(shù)不去侵入UI?！拜p混”架構(gòu)才是真正的HTML5 應(yīng)用架構(gòu)，在技術(shù)上更輕量、成本更低、也更容易推廣，真正做到只需一次開發(fā)跨平臺發(fā)布，是混合應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的必然方向。

按照“輕混”架構(gòu)設(shè)計理念，呈現(xiàn)層采用純Web 技術(shù)實現(xiàn)，呈現(xiàn)邏輯由Html 和JavaScript 完成，最終在WebView 中顯示。通過調(diào)用開放服務(wù)提供的接口實現(xiàn)與后臺服務(wù)器、與其他應(yīng)用之間的交互，并完成相關(guān)數(shù)據(jù)的本地存儲。從開發(fā)層面實現(xiàn)“一次開發(fā)，多處運行”的機制，成為真正適合跨平臺的開發(fā)。

3 該混合架構(gòu)的優(yōu)點與不足

大多數(shù)的移動應(yīng)用會依賴于后臺的Web 服務(wù)來實現(xiàn)大部分的業(yè)務(wù)邏輯，對網(wǎng)絡(luò)依賴嚴重。該架構(gòu)可以將功能相關(guān)業(yè)務(wù)邏輯在本地開放服務(wù)中實現(xiàn)，呈現(xiàn)業(yè)務(wù)所需媒體文件封裝到App 代碼中，存儲在設(shè)備本地。從而避免對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的依賴，實現(xiàn)特定場景無網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下混合應(yīng)用的使用。采用該架構(gòu)呈現(xiàn)層開發(fā)者只需掌握Web相關(guān)技術(shù)即可，中間層開發(fā)者只需掌握開放服務(wù)相關(guān)技術(shù)，降低了同一款應(yīng)用開發(fā)者需針對多個平臺掌握多種開發(fā)技術(shù)的復(fù)雜度。

混合模式開發(fā)的移動應(yīng)用相對原生應(yīng)用而言依然存在不足，HTML5 在調(diào)用終端硬件方面的能力還不是很強，同時受限于WebView的渲染效率，體驗稍有欠缺，同時在應(yīng)用調(diào)試、視頻編解碼、跨平臺兼容性等方面還存在問題。開發(fā)者必須充分利用HTML、CSS 和JavaScript 三個技術(shù)，做好相應(yīng)優(yōu)化，才可構(gòu)建具有良好用戶體驗的應(yīng)用，這也對開發(fā)者也提出相應(yīng)的技術(shù)要求。

4 結(jié)束語

隨著移動終端的不斷發(fā)展，移動終端跨平臺應(yīng)用開發(fā)逐漸成為開發(fā)者的設(shè)計目標(biāo)。伴隨終端硬件處理能力、Web 技術(shù)、系統(tǒng)開放性等不斷發(fā)展，以Web 為主的混合應(yīng)用終將成為移動終端應(yīng)用發(fā)展的主流模式，使用戶可以以更快捷、更低成本的方式來享受各類應(yīng)用提供的服務(wù)。