聊聊移动端跨平台开发的各种技术

2015-05-12 10:22 稿源:百度Fex  4条评论

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

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,因此我归到编译流。

而对于 Android 的支持,微软应该使用了虚拟机的方式,所以放到下个章节介绍。

RoboVM

RoboVM 可以将 Java 字节码编译为可在 iOS 下运行的机器码,这有点类似 GCJ,但它的具体实现是先使用 Soot 将字节码编译为 LLVM IR,然后通过 LLVM 的编译器编译成不同平台下的二进制文件。

比如简单的 new UITextField(new CGRect(44, 32, 232, 31)) 最后会变如下的机器码(x86):

call imp___jump_table__[j]org.robovm.apple.uikit.UITextField[allocator][clinit]mov esi, eaxmov dword [ss:esp], ebxcall imp___jump_table__[j]org.robovm.apple.coregraphics.CGRect[allocator][clinit]mov edi, eaxmov dword [ss:esp+0x4], edimov dword [ss:esp], ebxmov dword [ss:esp+0xc], 0x40460000...

基于字节码编译的好处是可以支持各种在 JVM 上构建的语言,比如 Scala、Kotlin、Clojure 等。

在运行环境上,它使用的 GC 和 GCJ 一样,都是 Boehm GC,这是一个保守 GC,会有内存泄露问题,尽管官方说已经优化过了影响不大。

在 UI 的支持方面,它和 Xamarin 挺像,可以直接用 Java 调用系统接口来创建界面(最近支持 Interface Builder 了),比如上面的示例就是。另外还号称能使用 JavaFX,这样就能在 iOS 和 Android 上使用同一套 UI 了,不过目前看起来很不靠谱。

在我看来 RoboVM 目前最大的用途就是使用 libGDX 开发游戏了,尽管在功能上远不如 Cocos2d-x(尤其是场景及对象管理),但不管怎么说用 Java 比 C++ 还是方便很多(别跟我说没人用 Java 做游戏,价值 25 亿美元的 Minecraft 就是),不过本文主要关心的是 UI 开发,所以这方面的话题就不深入讨论了,

RoboVM 和 Xamarin 很像,但 RoboVM 风险会小些,因为它只需要把 iOS 支持好就行了,对优先开发 Android 版本的团队挺适用,但目前官方文档太少了,而且不清楚 RoboVM 在 iOS 上的性能和稳定性怎样。

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,所以实在懒得研究它。

使用 Swift 编译为 SO 给 Android 用虽然可行,但目前相关工具都不太成熟,所以不推荐使用。

Go

Go 是最近几年很火的后端服务开发语言,它语法简单且高性能,目前在国内有不少用户。

Go 从 1.4 版本开始支持开发 Android 应用(并将在 1.5 版本支持 iOS),不过前只能调用很少 的 API,比如 OpenGL 等,所以只能用来开发游戏,但我感觉并不靠谱,现在还有谁直接基于 OpenGL 开发游戏?大部分游戏都是基于某个框架的,而 Go 在这方面太缺乏了,我只看到一个桌面端 Azul3D,而且非常不成熟。

因为 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,这需要写很多中间代码,所以目前 Go 1.4 采用的是类似 RPC 通讯的方式来做,从它源码中例子可以看出这种方式有多麻烦,性能肯定有不小的损失。

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。

这个问题的根源在于 Go 的栈是可以自动扩充的,这种方式有利于创建无数 gorountine,但却也导致了无法直接调用 C 编译后的函数,需要进行栈切换。

所以使用 Go 开发跨平台移动端应用目前不靠谱。

话说 Rust 没有 Go 的性能,它调用 C 函数是没有性能损耗的,但目前 Rust 还没提供对 iOS/Android 的官方支持,尽管有人还是尝试过是可行的,但现在还不稳定,从 Rust 语言本身的设计来看,它挺适合取代 C++ 来做这种跨平台公共代码,但它的缺点是语法复杂,会吓跑很多开发者。

Xojo

我之前一直以为 BASIC 挂了,没想到还有这么一个特例,Xojo 使用的就是 BASIC,它有看起来很强大的 IDE,让人感觉像是在用 VisualBasic。

它的定位应该是给小朋友或业余开发者用的,因为似乎看起来学习成本低,但我不这么认为,因为用得人少,反而网上资料会很少,所以恐怕成本会更高。

因为时间关系,以及对 BASIC 无爱,我并没有怎么研究它。

小结

从目前分析的情况看,C++ 是比较稳妥的选择,但它对团队成员有要求,如果大家都没写过 C++,可以试试 Xamrin 或 RoboVM。

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 */}app/views/index.xml        

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:

  1. 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
  2. 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
  3. 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 很相似,基本上等于将 Objective-C 翻译为 JavaScript 后的样子,意味着你可以对着 Apple 的官方文档开发,不过如果发现某些 Objective-C 语法发现不知道对应的 JavaScript 怎么写时就悲剧了,只有自己摸索。

但从 Github 上的提交历史看,这项目都快开发两年了,但至今仍然是试验阶段,从更新频率来看,最近一年只提交了 8 次,所以恐怕是要弃坑了,非常不靠谱。

因此我认为 Titanium/Hyperloop 都非常不靠谱,不推荐使用。

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(TypeScript 省略了很多代码)

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);                }            }        }));    }}

而在 iOS 下是这样实现的(省略了很多代码)

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。

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