移动端跨平台技术总结

标签: 移动 跨平台 技术 | 发表时间:2017-03-29 15:08 | 作者:xiangzhihong8
出处:http://blog.csdn.net

概述

曾经大家以为在手机上可以像桌面那样通过 Web 技术来实现跨平台开发,却因为性能或其他问题而放弃,不得不针对不同平台开发多个版本。这也违背了跨平台开发的初衷。而React Native让跨平台移动端开发在次回到人们的视野中,其成功的原因除了他“一次编写处处运行”,还因为它相比h5等前端技术,有了更接近原生的体验。
为了方便理解,笔者将跨平台技术分为4大流派:

  • Web 流:也被称为 Hybrid 技术,它基于 Web 相关技术来实现界面及功能
  • 代码转换流:将某个语言转成 Objective-C、Java 或 C#,然后使用不同平台下的官方工具来开发
  • 编译流:将某个语言编译为二进制文件,生成动态库或打包成 apk/ipa/xap 文件
  • 虚拟机流:通过将某个语言的虚拟机移植到不同平台上来运行

web流

Web 流,如大家熟知的PhoneGap/Cordova等技术,它将原生的接口封装后暴露给 JavaScript,然后通过系统自带的 WebView 运行,也可以视野自己内嵌Chrome内核。
Web 流最常被吐槽的就是性能差,渲染速度慢。现在说到 Web 性能差主要说的是 Android 下比较差,在 iOS 下已经很流畅了。
说到性能差,主要原因是在Android和ios的早期设备中,由于没有实现GPU加速,所以造成每次重绘界面的卡顿。
而造成渲染慢的第二个原因是:css过于复杂。因为从实现原理上看 Chrome 和 Android View 并没有本质上的差别,但过于复杂的css会加重gpu的负担。那是不是可以通过简化 CSS 来解决?实际上还真有人这么尝试了,比如 Famo.us,它最大的特色就是不让你写 CSS,只能使用固定的几种布局方法,完全靠 JavaScript 来写界面,所以它能有效避免写出低效的 CSS,从而提升性能。
造成绘制缓慢的第三个原因是,业务需求的复杂,如要实现超长的 ListView商品展示。因为 DOM 是一个很上层的 API,使得 JavaScript 无法做到像 Native 那样细粒度的控制内存及线程,所以难以进行优化,则在硬件较差的机器上会比较明显
上面三个问题现在都不好解决。其实除了性能之外,Web 流更严重的问题是功能缺失。比如 iOS 8 就新增 4000+ API,而 Web 标准需要漫长的编写和评审过程,而等到web审核通过,即便是Cordova这样的框架自己封装也是忙不过来的。所以为了更好地使用系统新功能,Native是最快的选择。
虽然前面提到 HTML/CSS 过于复杂导致性能问题,但其实这正是 Web 最大的优势所在,因为 Web 最初的目的就是显示文档,如果你想显示丰富的图文排版,虽然 iOS/Android 都有富文本组件,但比起 CSS 差太远了,所以在很多 Native 应用中是不可避免要嵌 Web 的。

代码转换流

不同平台下的官方语言不一样,并且平台对官方语言的支持最好,这就导致同样的逻辑,我们需要写多套代码。比如Android平台用Java,ios用oc或者swift。于是就有人想到了通过代码转换的方式来减少重复的工作量,这就是所以的代码转换流。
这种方式虽然听起来不是很靠谱,但它却是成本和风险都最小的,因为代码转换后就可以用官方提供的各种工具了,和普通开发区别不大。并且转换后,可以利用原生的优点,这也可以减少兼容的问题。
目前存在的几种代码转换方式:

将 Java 转成 Objective-C

j2objc 能将 Java 代码转成 Objective-C,据说 Google 内部就是使用它来降低跨平台开发成本的,比如 Google Inbox 项目就号称通过它共用了 70% 的代码,效果很显著。
可能有人会觉得奇怪,为何 Google 要专门开发一个帮助大家写 Objective-C 的工具?还有媒体说 Google 做了件好事,其实吧,我觉得 Google 这算盘打得不错,因为基本上重要的应用都会同时开发 Android 和 iOS 版本,有了这个工具就意味着,你可以先开发 Android 版本,然后再开发 iOS 版本。。。
既然都有成功案例了,这个方案确实值得尝试,而且关键是会 Java 的人多啊,可以通过它来快速移植代码到 Objective-C 中。

将 Objective-C 转成 Java

除了有 Java 转成 Objective-C,还有 Objective-C 转成 Java 的方案,那就是 MyAppConverter,比起前面的 j2objc,这个工具更有野心,它还打算将 UI 部分也包含进来,从它已转换的列表中可以看到还有 UIKit、CoreGraphics 等组件,使得有些应用可以不改代码就能转成功,不过这点我并不看好,对于大部分应用来说并不现实。
由于目前是收费项目,我没有尝试过,对技术细节也不了解,所以这里不做评价。

将 Java 转成 C

Mono 提供了一个将 Java 代码转成 C# 的工具 Sharpen,不过似乎用的人不多,Star 才 118,所以看起来不靠谱。
还有 JUniversal 这个工具可以将 Java 转成 C#,但目前它并没有发布公开版本,所以具体情况还待了解,它的一个特色是自带了简单的跨平台库,里面包括文件处理、JSON、HTTP、OAuth 组件,可以基于它来开发可复用的业务逻辑。
比起转成 Objective-C 和 Java 的工具,转成 C# 的这两个工具看起来都非常不成熟,估计是用 Windows Phone 的人少。

XMLVM

除了前面提到的源码到源码的转换,还有 XMLVM 这种与众不同的方式,它首先将字节码转成一种基于 XML 的中间格式,然后再通过 XSL 来生成不同语言,目前支持生成 C、Objective-C、JavaScript、C#、Python 和 Java。
虽然基于一个中间字节码可以方便支持多语言,然而它也导致生成代码不可读,因为很多语言中的语法糖会在字节码中被抹掉,这是不可逆的,以下是一个简单示例生成的 Objective-C 代码,看起来就像汇编:

  XMLVM_ENTER_METHOD("org.xmlvm.tutorial.ios.helloworld.portrait.HelloWorld", "didFinishLaunchingWithOptions", "?")
 XMLVMElem _r0;
 XMLVMElem _r1;
 XMLVMElem _r2;
 XMLVMElem _r3;
 XMLVMElem _r4;
 XMLVMElem _r5;
 XMLVMElem _r6;
 XMLVMElem _r7;
 _r5.o = me;
 _r6.o = n1;
 _r7.o = n2;
 _r4.i = 0;
 _r0.o = org_xmlvm_iphone_UIScreen_mainScreen__();
 XMLVM_CHECK_NPE(0)
 _r0.o = org_xmlvm_iphone_UIScreen_getApplicationFrame__(_r0.o);
 _r1.o = __NEW_org_xmlvm_iphone_UIWindow();
 XMLVM_CHECK_NPE(1)
...

终上所述,虽然代码转换这种方式风险小,但我觉得对于很多小 APP 来说共享不了多少代码,因为这类应用大多数围绕 UI 来开发的,大部分代码都和 UI 耦合,所以公共部分不多,其借鉴性意义不大。

编译流

编译流比代码转换流的代码转换更进一步,它直接将某个语言编译为普通平台下能够识别的二进制文件。采用这种方式主要有以下特点:

优点

  • 可以重用一些实现很复杂的代码,比如之前用 C++ 实现的游戏引擎,重写一遍成本太高
  • 编译后的代码反编译困难

缺点

  • 转换过于复杂,并且后期定位和修改成本会很高
  • 编译后体积太大,尤其是支持 ARMv8 和 x86等CPU架构的时候

接下来,我们通过不同的语言来介绍这个流派下不同的技术实现。

C++方案

因为目前Android、iOS和Windows Phone都提供了对C++开发的支持。特别是C++ 在实现非界面部分,性能是非常高效的。而如果C++ 要实现非界面部分,还是比较有挑战的。这主要是因为Android 的界面绝大部分是 Java 实现,而在 iOS 和 Windows Phone下可以分别使用C++的超集Objective-C++和 C++/CX来开发。那么要解决用C++开发Android界面,目前主要有两种方案:

  • 通过 JNI 调用系统提供的 Java 方法
  • 自己画 UI

第一种方式虽然可行,但是代码冗余高,实现过于复杂。那第二种方式呢,比如 JUCE 和 QT就是自己用代码画的。不过在Android 5下就悲剧了,很多效果都没出来,比如按钮没有涟漪效果。根本原因在于它是通过 Qt Quick Controls 的自定义样式来模拟的,而不是使用系统UI组件,因此它享受不到系统升级自动带来的界面优化。
当然我们可以使用OpenGL来绘制界面,因为EGL+OpenGL本身就是跨平台的。并且目前大多数跨平台游戏底层都是这么做的。
既然可以基于 OpenGL 来开发跨平台游戏,是否能用它来实现界面?当然是可行的,而且Android 4的界面就是基于OpenGL的,不过它并不是只用 OpenGL 的 API,那样是不现实的,因为 OpenGL API 最初设计并不是为了画 2D 图形的,所以连画个圆形都没有直接的方法,因此Android 4中是通过Skia将路径转换为位置数组或纹理,然后再交给 OpenGL 渲染的。
然而直接使用OpenGL来做界面的绘制,代价是非常大的,并且目前在各个平台下都会有良好的官方支持。因此对于大多数应用来说自己画UI是很不划算的。

Xamarin

Xamarin 可以使用 C# 来开发 Android 及 iOS 应用,它是从 Mono 发展而来的,目前看起来商业运作得不错,相关工具及文档都挺健全。
因为它在 iOS 下是以 AOT 的方式编译为二进制文件的,所以把它归到编译流来讨论,其实它在 Android 是内嵌了 Mono 虚拟机 来实现的,因此需要装一个 17M 的运行环境。
在 UI 方面,它可以通过调用系统 API 来使用系统内置的界面组件,或者基于 Xamarin.Forms 开发定制要求不高的跨平台 UI。
对于熟悉 C# 的团队来说,这还真是一个看起来很不错的,但这种方案最大的问题就是相关资料不足,遇到问题很可能搜不到解决方案,不过由于时间关系我并没有仔细研究,推荐看看这篇文章,其中谈到它的优缺点是:

优点

  • 开发 app 所需的基本功能全部都有
  • 有商业支持,而且这个项目对 Windows Phone 很有利,微软会大力支持

缺点

  • 如果深入后会发现功能缺失,尤其是定制 UI,因为未开源使得遇到问题时不知道如何修复
  • Xamarin 本身有些 Bug
  • 相关资源太少,没有原生平台那么多第三方库
  • Xamarin studio 比起 Xcode 和 Android Studio 在功能上还有很大差距

Objective-C 编译为 Windows Phone

微软知道自己的 Windows Phone 太非主流,所以很懂事地推出了将 Objective-C 项目编译到 Windows Phone 上运行的工具,目前这个工具的相关资料很少,鉴于 Visual Studio 支持 Clang,所以极有可能是使用 Clang 的前端来编译,这样最大的好处是以后支持 Swift 会很方便,因此我归到编译流。

Swift – Apportable/Silver

apportable 可以直接将 Swift/Objective-C 编译为机器码,但它官网的成功案例全部都是游戏,所以用这个来做 APP 感觉很不靠谱。
所以后来它又推出了 Tengu 这个专门针对 APP 开发的工具,它的比起之前的方案更灵活些,本质上有点类似 C++ 公共库的方案,只不过语言变成了 Swift/Objective-C,使用 Swift/Objective-C 来编译生成跨平台的 SO 文件,提供给 Android 调用。
另一个类似的是 Silver,不过目前没正式发布,它不仅支持 Swift,还支持 C# 和自创的 Oxygene 语言(看起来像 Pascal),在界面方面它还有个跨平台非 UI 库 Sugar,然而目前 Star 数只有 17,太非主流了,所以不值得研究它。

Go

Go做为后端服务开发语言,专门针对多处理器系统应用程序的编程进行了优化,使用Go编译的程序可以媲美C或C++代码的速度,而且更加安全、支持并行进程。Go 从 1.4 版本开始支持开发Android应用(并在1.5 版本支持iOS)。虽然能同时支持Android和ios,但是目前可用的api很少,Go仍然专注于后端语言开发。
Android的View层完全是基于Java写的,要想用Go来写UI不可避免要调用Java 代码,而这方面Go还没有简便的方式,目前Go调用外部代码只能使用cgo,通过cgo再调用jni,这就不可避免的需要写很多的中间件。而且 cgo 的实现本身就对性能有损失,除了各种无关函数的调用,它还会锁定一个 Go 的系统线程,这会影响其它 gorountine 的运行,如果同时运行太多外部调用,甚至会导致所有 gorountine 等待
所以使用Go开发跨平台移动端应用目前不靠谱。

虚拟机流

除了编译为不同平台下的二进制文件,还有另一种常见做法是通过虚拟机来支持跨平台运行,比如 JavaScript 和 Lua 都是天生的内嵌语言,所以在这个流派中很多方案都使用了这两个语言。
不过虚拟机流会遇到两个问题:一个是性能损耗,另一个是虚拟机本身也会占不小的体积。

Java 系

说到跨平台虚拟机大家都会想到 Java,因为这个语言一开始就是为了跨平台设计的,Sun 的 J2ME 早在 1998 年就有了,在 iPhone 出来前的手机上,很多小游戏都是基于 J2ME 开发的,这个项目至今还活着,能运行在 Raspberry Pi 上。
前面提到微软提供了将 Objective-C 编译在 Windows Phone 上运行的工具,在对 Android 的支持上我没找到的详细资料,所以就暂时认为它是虚拟机的方式,从 Astoria 项目的介绍上看它做得非常完善,不仅能支持 NDK 中的 C++,还实现了 Java 的 debug 接口,使得可以直接用 Android Studio 等 IDE 来调试,整个开发体验和在 Android 手机上几乎没区别。
另外 BlackBerry 10 也是通过内嵌虚拟机来支持直接运行 Android 应用,不过据说比较卡。
不过前面提到 C# 和 Java 在 iOS 端的方案都是通过 AOT 的方式实现的,目前还没见到有 Java 虚拟机的方案,我想主要原因是 iOS 的限制,普通 app 不能调用 mmap、mprotect,所以无法使用 JIT 来优化性能,如果 iOS 开放,或许哪天有人开发一个像微软那样能直接在 iOS 上运行 Android 应用的虚拟机,就不需要跨平台开发了,大家只需要学 Android 开发就够了。

Titanium/Hyperloop

Titanium 应该不少人听过,它和 PhoneGap 几乎是同时期的著名跨平台方案,和 PhoneGap 最大的区别是:它的界面没有使用 HTML/CSS,而是自己设计了一套基于 XML 的 UI 框架 Alloy,代码类似下面这个样子:

  app/styles/index.tss
 ".container": {
 backgroundColor:"white"
 },
 // This is applied to all Labels in the view
 "Label": {
 width: Ti.UI.SIZE,
 height: Ti.UI.SIZE,
 color: "#000", // black
 transform: Alloy.Globals.rotateLeft // value is defined in the alloy.js file
 },
 // This is only applied to an element with the id attribute assigned to "label"
 "#label": {
 color: "#999" /* gray */
 }

前面我们说过由于 CSS 的过于灵活拖累了浏览器的性能,那是否自己建立一套 UI 机制会更靠谱呢?尽管这么做对性能确实有好处,然而它又带来了学习成本问题,做简单的界面问题不大,一旦要深入定制开发就会发现相关资料太少,所以还是不靠谱。

Titanium 还提供了一套跨平台的 API 来方便调用,这么做是它的优点更是缺点,尤其是下面三个问题:

API 有限,因为这是由 Titanium 提供的,它肯定会比官方 API 少且有延迟,Titanium 是肯定跟不过来的
相关资料及社区有限,比起 Android/iOS 差远了,遇到问题都不知道去哪找答案
缺乏第三方库,第三方库肯定不会专门为 Titanium 提供一个版本,所以不管用什么都得自己封装
Titanium 也意识到了这个问题,所以目前在开发下一代的解决方案 Hyperloop,它可以将 JavaScript 编译为原生代码,这样的好处是调用原生 API 会比较方便,比如它的 iOS 是这样写的:

   @import("UIKit");
 @import("CoreGraphics");
 var view = new UIView();
 view.frame = CGRectMake(0, 0, 100, 100);

这个方案和之前的说的Xamarin如出一辙,也是将JavaScript将翻译为Objective-C然后由官方的方案运行。不过这项目开发都快三年了,但至今仍然是试验阶段,显然有点不靠谱。

NativeScript

之前说到 Titanium 自定义 API 带来的各种问题,于是就有人换了个思路,比如前段时间推出的 NativeScript,它的方法说白了就是用工具来自动生成 wrapper API,和系统 API 保持一致。
有了这个自动生成 wrapper 的工具,它就能方便基于系统 API 来开发跨平台组件,以简单的 Button 为例,源码在 cross-platform-modules/ui/button 中,它在 Android 下是这样实现的:

  export class Button extends common.Button {
 private _android: android.widget.Button;
 private _isPressed: boolean;
  public _createUI() {
 var that = new WeakRef(this);
 this._android = new android.widget.Button(this._context);
 this._android.setOnClickListener(new android.view.View.OnClickListener({
 get owner() {
 return that.get();
 },
 onClick: function (v) {
 if (this.owner) {
 this.owner._emit(common.knownEvents.tap);
 }
 }
 }));
 }
 }

在 iOS 下是这样实现的:

   export class Button extends common.Button {
 private _ios: UIButton;
 private _tapHandler: NSObject;
 private _stateChangedHandler: stateChanged.ControlStateChangeListener;
  constructor() {
 super();
 this._ios = UIButton.buttonWithType(UIButtonType.UIButtonTypeSystem);
  this._tapHandler = TapHandlerImpl.new().initWithOwner(this);
 this._ios.addTargetActionForControlEvents(this._tapHandler, "tap", UIControlEvents.UIControlEventTouchUpInside);
  this._stateChangedHandler = new stateChanged.ControlStateChangeListener(this._ios, (s: string) => {
 this._goToVisualState(s);
 });
 }
  get ios(): UIButton {
 return this._ios;
 }
 }

可以看到用法和官方 SDK 中的调用方式是一样的,只不过语言换成了 JavaScript,并且写法看起来比较诡异罢了,风格类似前面的 Hyperloop 类似,所以也同样会有语法转换的问题。
这么做最大的好处就是能完整支持所有系统 API,对于第三方库也能很好支持,但它目前最大缺点是生成的文件体积过大,即便什么都不做,生成的 apk 文件也有 8.4 MB,因为它将所有 API binding 都生成了,而且这也导致在 Android 下首次打开速度很慢。
从底层实现上看,NativeScript 在 Android 下内嵌了 V8,而在 iOS 下内嵌了自己编译的 JavaScriptCore(这意味着没有 JIT 优化,具体原因前面提到了),这样的好处是能调用更底层的 API,也避免了不同操作系统版本下 JS 引擎不一致带来的问题,但后果是生成文件的体积变大和在 iOS 下性能不如 WKWebView。
WKWebView 是基于多进程实现的,它在 iOS 的白名单中,所以能支持 JIT。它的使用体验很不错,做到了一键编译运行,而且还有 MVVM 的支持,能进行数据双向绑定。
在我看来 NativeScript 和 Titanium 都有个很大的缺点,那就是排它性太强,如果你要用这两个方案,就得完整基于它们进行开发,不能在某些 View 下进行尝试,也不支持直接嵌入第三方 View,有没有方案能很好地解决这两个问题?有,那就是我们接下来要介绍的 React Native。

React Native

React Native是由FaceBook开源的基于JavaScript和React搭建的一套跨平台开发框架。而在设计之初,React Native采用就是在不同平台下使用平台自带的UI组件。以为它采用JavaScript和React来开发,所以获得了不少前端程序猿的青睐。
有人说,React Native采用js等前端技术是回归H5,但其实 React Native和Web 扯不上太多关系。ReactNative虽然借鉴了CSS中的Flexbox、navigator、XMLHttpRequest 等Api的写法,但是大部分还是通过原生的组件或者自己封装的组件来开发的。就像FaceBooK的内部软件Facebook Groups,iOS版本很大一部分基于React Native开发,其中用到了不少内部通用组件。
React Native相比传统Objective-C和UIView,学习成本更低了,熟悉JavaScript 的开发者可以在半天写个使用标准UI界面,而且用XML+CSS 画界面也远比 UIView 中用 Frame 进行手工布局更易读。在加上React Native师出名门,截止目前,React Native已更新到0.4.2版本,并且逐步趋于稳定。由于其更加接近原生的体验,国内一些大厂纷纷加入,诸如阿里、腾讯、美团等纷纷开始自己app想React Native的改造。

React Native代码:

  @implementation ArticleComponent
+ (instancetype)newWithArticle:(ArticleModel *)article
 {
 return [super newWithComponent:
 [CKStackLayoutComponent
 newWithView:{}
 size:{}
 style:{
 .direction = CKStackLayoutDirectionVertical,
 }
 children:{
 {[HeaderComponent newWithArticle:article]},
 {[MessageComponent newWithMessage:article.message]},
 {[FooterComponent newWithFooter:article.footer]},
 }];
 }
 ...

很多人觉得跨平台从来都不靠谱,但其实是有的,那就是 Web,这个历史上最成功的例子,就像当年web挤掉pc成为互联网的主流一样,未来的互联网必将是web的时代。

作者:xiangzhihong8 发表于2017/3/29 17:41:11 原文链接
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