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JavaScriptGUI技术栈的案例分析-创新互联

这篇文章主要介绍JavaScript GUI技术栈的案例分析，文中介绍的非常详细，具有一定的参考价值，感兴趣的小伙伴们一定要看完！

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  • JS 框架层，可理解为一个大幅简化的 Vue 式 JavaScript 框架
  • JS 引擎与运行时层，可理解为一个大幅简化的 WebKit 式运行时
  • 图形渲染层，可理解为一个大幅简化的 Skia 式图形绘制库

这三个抽象层，整体构成了一套面向嵌入式硬件的 GUI 技术栈。不同于许多高呼「不明觉厉 / 深不可测」的舆论，个人认为至少对于 GUI 部分，国内凡是接触过目前主流 Hybrid 式跨端方案或 JS 运行时研发的一线开发者，都很容易从源码出发来理解它。下面逐层对其做一些解读和分析。

JS 框架层

从最顶层的视角出发，要想用「鸿蒙 2.0」渲染出一段动态的文本，你只需要编写如下的 HML（类 XML）格式代码：

{{hello}}复制代码

然后在同级目录编写这样的 JavaScript：

// hello.jsexport default {  data: {    hello: 'PPT'
  },
  boil() {    this.hello = '核武器';
  }
}复制代码

这样只要点击文本，就会调用 boil 方法，让 PPT 变成 核武器。

这背后发生了什么呢？熟悉 Vue 2.0 的同学应该会立刻联想到下面这几件事：

  • 需要对 XML 的预处理机制，将其转换为 JS 中的嵌套函数结构。这样只需在运行时做一次简单 eval ，即可用 JS 生成符合 XML 结构的 UI。
  • 需要事件机制，使得触发 onclick 事件时能执行相应回调。
  • 需要数据劫持机制，使得对 this.hello 赋值时能执行相应回调。
  • 需要能在回调中更新 UI 对象控件。

这几件事分别是怎么实现的呢？简单说来是这样的：

  • XML 预处理依赖现成的 NPM 开源包，从而把 XML 中的 onclick 属性转换为 JS 对象的属性字段。
  • 事件的注册和触发都直接由 C++ 实现。如上一步所获得的 JS 对象 onclick 属性会在 C++ 中被检查和注册，相当于全部组件均为原生。
  • 数据劫持机制用 JS 实现，是个基于 Object.defineProperty 的（几百行量级的）ViewModel。
  • UI 控件的更新，会在 ViewModel 自动执行的 JS 回调中，调用 C++ 的原生方法实现。这部分完全隐式完成，并未开放 document.createElement 式的标准化 API。

由于大量常见 JS 框架中的能力都直接做进了 C++，所以整套 GUI 技术栈里用纯 JavaScript 所实现的东西（主要见 ace_lite_jsfwk 仓库下的 core/index.js、observer.js 和 subject.js），相当于有且只有这么一个功能：

一个可以 watch 的 ViewModel。

至于纯 JS 框架部分的实现复杂度和质量，客观地说如果是个人业余作品，可以当作校招面试中不错的加分项。

JS 引擎与运行时层

理解了 JS 框架层之后，我们既可以认为「鸿蒙 2.0」选择把高度简化后的 Vue 深度定制进了 C++ 里，也可以认为它紧密围绕着高度简化（且私有）的 DOM 实现了配套的前端框架。因此要想继续探索这套 GUI 的原理，我们就必须进入其 C++ 部分，了解其 JS 引擎与运行时层的实现。

JS 引擎和运行时之间，有什么区别与联系呢？JS 引擎一般只需符合 ECMA-262 规范，其中没有对任何带「副作用」的平台 API 的定义。从 setTimeout 到 document.getElementById 到 console.log 再到 fs.readFile，这些能执行实际 IO 操作的功能，都需要由「将引擎 API 和平台 API 胶合到一起」的运行时提供。运行时本身的原理并不复杂，譬如在个人的文章《从 JS 引擎到 JS 运行时》中，你就可以看到如何借助现成的 QuickJS 引擎，自己搭建一个运行时。

那么在「鸿蒙 2.0」中，JS 运行时是如何搭建出来的呢？有这么几条重点：

  • JS 引擎选择了 JerryScript，这是一款由三星开发的嵌入式 JS 引擎。
  • 每种形如 和

    的 XML 标签组件，都对应一个绑定到 JerryScript 上的 C++ Component 类，如 TextComponent 和 pComponent 等。

  • 除 UI 原生对象外，还有一系列在 JS 中以 @system 为前缀的 built-in 模块，它们提供了 JS 中可用的 Router / Audio / File 等平台能力（参见 ohos_module_config.h）。

这里特别值得一提的是 Router。它和 vue-router 等常见 Web 平台路由的实现原理有很大区别，是专门在运行时内深度定制的（参见 router_module.cpp、js_router.cpp 和 js_page_state_machine.cpp）。简单说来这个「路由」是这样实现的：

  • 在 JS 中调用切换页面的 router.replace 原生方法，走进 C++。
  • C++ 中根据新页面 URI 路径（如 pages/detail）加载新页面 JS，新建页面状态机实例，将其切换至 Init 状态。
  • 在新状态机的 Init 过程中，调用 JS 引擎去 eval 新页面的 JS 代码，获得新页面的 ViewModel。
  • 将路由参数附加到 ViewModel 上，销毁旧状态机及其上的 JS 对象。

所以我们可以发现，这里所谓的「切换路由」，其实更接近 Web 浏览器的「刷新页面」。那么我们可以认为这个 JS 运行时的能力，已经可以对标 WebKit 级的浏览器内核了吗？

当然还差得很远。与 WebKit 相比，它并未支持对 HTML 和 CSS 的解析（二者都会在开发阶段被解析转换成同等执行效果的 JS），也没有浏览器中持续动态加载、解析与执行资源的挑战（小程序不外乎是几个本地的静态 JS 文件）。至于排版布局和渲染方面自然也有很大差距，这点会在最后一节提及。

另外，相信很多同学都会对 JerryScript 引擎感到好奇。本部分最后分享一些个人对此所掌握的消息。

JerryScript 引擎是一款专为嵌入式硬件实现的 JS 解释器，只支持到 ES5.1 标准。在 QuickJS Benchmark 中，可以查看到它们的性能对比结果：

可以看到论性能，JerryScript 在无 JIT 的引擎中大幅弱于 QuickJS 和 Hermes。如果和开启了 JIT 的 V8 相比，甚至会慢出两个数量级。因此这是非常特定于低端设备的引擎，如果需要支持 React 和 Vue 这类中大型前端项目中标配的基础库（甚至其相应全家桶），仍然可能需要使用更强大的引擎。

对于 JerryScript 的使用，有同场景重度应用经验的当属 RT-Thread 创始人 @午夜熊，他们和某国内一线厂商合作研发的智能手表就用 JerryScript 实现了 UI，目前产品马上就要上市了。他们团队对 JerryScript 的一些使用反馈也吻合上述评价，概括说来是这样的：

  • JerryScript 在体积和内存占用上，相比 QuickJS 有更好的表现。
  • JerryScript 的稳定性弱于 QuickJS，有一些难以绕过的问题。
  • JerryScript 面对稍大（1M 以上）的 JS 代码库，就有些力不从心了。

那么师出名门的 QuickJS 和 Facebook 的 Hermes，是否就是无 JIT 式 JS 引擎的下一代标杆了吗？倒也未必如此。这方面可以参考个人的知乎回答：随着 TypeScript 继续普及，会不会出现直接跑 TypeScript 的运行时？这里提到的微软为教育项目 MakeCode 研发的 Static TypeScript，就相当有潜力成为下一代的高性能 JS 系语言环境。通过限定 TypeScript 的静态强类型子集并为其搭建工具链，STS 可以做到无需 JIT 也能接近 V8 的性能水平，同时内存占用比 V8 少两个数量级。这使得 STS 不光能用于开发普通 app 这类 IO 密集的应用，还能顺利在嵌入式硬件上开发小游戏这类更偏计算密集（需逐帧更新渲染）的应用，在工程能力上是一项很大的突破。

所以说，当「鸿蒙 2.0」还需要熟练开发者勉强搭建出环境跑通 Hello World 时，微软已经让上百万小朋友都能用 TypeScript 在网页里给教学用的掌上游戏机写小游戏入门编程了。这里没什么唱反调的意思，只希望提醒一下我们在为国产「里程碑」欢呼时，也要清醒地看到业界前沿的动向，仅此而已。

图形绘制层

理解 JS 运行时之后，还剩最后一个问题，即 JS 运行时中的各种 Component 对象，是如何被绘制为手表等设备上的像素的呢？

这就涉及「鸿蒙 2.0」中的另一个 graphic_lite 仓库了。可以认为，这里才是真正执行实际绘制的 GUI。像之前的 TextComponent 等原生组件，都会对应到这里的某种图形库 View。它以一种相当经典的方式，在 C++ 层实现并提供了「Canvas 风格的立即模式 GUI」和「DOM 风格的保留模式 GUI」两套 API 体系（对于立即模式和保留模式 GUI 的区别与联系，可参见个人这篇 IMGUI 科普回答）。概括说来，这个图形子系统的要点大致如下：

  • 图形库提供了 UIView 这个 C++ 控件基类，其中有一系列形如 OnClick / OnLongPress / OnDrag 的虚函数。基本每种 JS 中可用的原生 Component 类，都对应于一种 UIView 的子类。
  • 除了各种定制化 View 之外，它还开放了一系列形如 DrawLine / DrawCurve / DrawText 等命令式的绘制方法。
  • 这个图形库具备名为 GFX 的 GPU 加速模块，但它目前似乎只有象征性的 FillArea 矩形单色填充能力。

在基础 UI 控件方面，不难找到一些值得一提的自研模块特性：

  • 支持了简易的 RecycleView 长列表。
  • 支持了简易的 Flex 布局。
  • 支持了内部的 Invalidate 脏标记更新机制。

至于 2D UI 渲染中的几项关键能力，则基本可分为路径、位图和文字三类。这个图形库在这几个方面都有涉及，最后简单介绍一下。

首先对于位图，这个图形库依赖了 libpng 和 libjpeg 做图像解码，然后即可使用内存中的 bitmap 图像做绘制。

然后对于路径，这个图形库自己实现了各种 CPU 中的像素绘制方法，典型的例子就是这个贝塞尔曲线的绘制源码：

void DrawCurve::DrawCubicBezier(const Point& start, const Point& control1, const Point& control2, const Point& end,    const Rect& mask, int16_t width, const ColorType& color, OpacityType opacity)
{    if (width == 0 || opacity == OPA_TRANSPARENT) {        return;
    }

    Point prePoint = start;    for (int16_t t = 1; t <= INTERPOLATION_RANGE; t++) {
        Point point;
        point.x = Interpolation::GetBezierInterpolation(t, start.x, control1.x, control2.x, end.x);
        point.y = Interpolation::GetBezierInterpolation(t, start.y, control1.y, control2.y, end.y);        if (prePoint.x == point.x && prePoint.y == point.y) {            continue;
        }

        DrawLine::Draw(prePoint, point, mask, width, color, opacity);
        prePoint = point;
    }
}复制代码

基于高中的数学知识，我们不难明白这种曲线是如何绘制出来的：取足够多的点（也就是那个默认 1000 的 INTERPOLATION_RANGE）作为插值输入，逐点计算出曲线表达式的 XY 坐标，然后直接修改像素位置所在的 framebuffer 内存即可。这种教科书式的实现是最经典的，不过如果要拿它对标 Skia 里的黑魔法，还是不要勉为其难了吧。

最后对于文字的绘制，会涉及一些字体解析、定位、RTL和折行等方面的处理。这部分实际上也是组合使用了一些业界通用的开源基础库来实现的。比如对于「牢」这个字，就可以找到图形库的这么几个开源依赖，它们各自扮演不同的角色：

  • harfbuzz - 用来告诉调用者，应该把「牢」的 glyph 字形放在哪里。
  • freetype - 从宋体、黑体等字体文件中解码出「牢」的 glyph 字形，将其光栅化为像素。
  • icu - 处理 Unicode 中许多奇葩的特殊情况，这块个人不了解，略过。

到这里，我们就可以理出一个非常概括性的渲染流程了：

  • JS 中执行 this.hello = 'PPT' 之类的代码，触发依赖追踪。
  • JS 依赖追踪回调触发原生函数，更新 C++ 的 Component 组件状态。
  • Component 更新其绑定的 UIView 子类状态，触发图形库更新。
  • 图形库更新内存中的像素状态，完成绘制。

以上是JavaScript GUI技术栈的案例分析的所有内容，感谢各位的阅读！希望分享的内容对大家有帮助，更多相关知识，欢迎关注创新互联-成都网站建设公司行业资讯频道！


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