面向万物智联的应用框架的思考和探索（中）

作者：yuzhiqiang

应用框架，是操作系统连接开发者生态，实现用户体验的关键基础设施。其中，开发效率和运行体验是永恒的诉求，业界也在持续不断的发展和演进。

本文重点围绕移动应用框架，梳理其关键发展脉络，并分析其背后的技术演进思路以及目前的局限；同时，进一步结合万物智联的新场景和新生态，围绕相应的应用框架的设计和演进，分享个人在这个领域的思考，实践，以及下一步探索。

“预见未来的最好方式，就是创造未来”– 亚伯拉罕 · 林肯

1、面向万物智联的应用框架的架构设计思考

1.1 万物智联下的新场景，新需求

随着越来越多设备的智能化，新的场景以及新的需求也逐步呈现，主要包括：

a.更多的不同形态的设备支持。包括各类屏幕（不同分辨率，尺寸，纵横比，折叠屏的折叠/展开切换，“刘海屏”等），以及各种交互模式（触控、键盘、鼠标、遥控器，表冠，语音，3D手势等）。

b.更多的不同能力的设备支持。包括各种芯片规格，各种RAM（Random Access Memo-ry）/ROM（Read Only Memory）规格（百KB级别，MB级别到GB级别），各种系统能力规格等。

c.设备之间的交互。包括应用在设备之间流转，协同等。

除此之外，对应用开发者而言，还有两类非常重要的需求：

Ⅰ、跨OS（Operating System）平台能力

由于事实上多个主流OS的存在，如何有效的提升可同时支持不同OS（比如iOS和Android等）的应用开发效率是个重要的需求。目前开发者主要还是依赖三方跨平台框架。有些应用开发者在某些场景下，因为原生框架所带来的效果体验不一致带来较大的适配成本，甚至在一些关键模块不使用原生应用框架的能力，而是重新设计一套具备跨平台一致性的方案。

Ⅱ、动态化内容部署能力

如何将业务的内容在不违反相关规则的情况下迅速部署到客户端，以便业务快速触达客户，也是大多数应用比较通用的需求。目前主要是应用开发者通过设计相关框架能力来支撑，不用应用采用方案各不相同。

这些对应用框架的设计都提出了新的要求，包括自适应能力、模块化能力，分布式能力，跨平台能力，动态内容更新能力等。当然，有些场景需要OS底层本身也要做相应的演进，比如可部署到更轻量的设备，分布式基础设施构建等。

1.2 目前应用框架的局限：

纵观现有的各类方案，在新兴的场景和应用需求下，逐渐呈现出一定的局限性。

1.2.1 原生应用框架

先说Apple。以Apple的iOS上的应用框架为例，它在面向开发者的简洁高效，面向消费者的自然流畅，语言、框架、工具的以及软硬件的紧密结合，生态的管控等方面都是第一流的。Apple的生态是自闭环的，也是有明确边界的，这样的策略在Apple生态是一家独大时问题不大，但当事实上是多个主流OS生态并存，尤其随着万物智联的生态进一步扩展时，Apple的方式呈现出了一定的局限性：

1）Apple的应用框架仅限于自身OS系列，比如SwiftUI只会关注iOS, iPadOS,macOS等，并没有考虑如何在其它OS上实现一定的复用能力。

另外，对应用常见的应用内容动态更新的需求，Apple则是严格的限制，并没有在框架层面考虑怎么在一个合适范围内提供一定的支持。

2）Apple的应用框架对系统设备有较高的要求，无法支撑轻量化的智能设备（比如M级内存的设备等）。当然，这个也和Apple目前自身的定位相关。

再说Google。以Android为例，目前主推的Kotlin和以及Jetpack Compose基本是Google为了逐步摆脱Java，并对标Apple的Swift以及SwiftUI而研发的产物。Google的整体策略相对开放，在架构上， Jetpack Compose做了分层解耦的设计，提供不同层次的API的开发能力供开发者灵活接入。另外，在跨OS平台维度，Jetpack Compose也做了一定的考虑，除了Android之外，通过JetBrains的推进， 也可支持PC平台（Windows/macOS）等。不过，目前Jetpack Compose在成熟度，以及多设备以及相关配套工具层面能力和Apple的SwfitUI相比还有不少差距。另外，前面所说的轻量化设备的支持，以及动态化内容更新的能力，也未涉及。

1.2.2 三方跨平台应用框架

三方跨平台框架也在不断演进。下图总结了典型的三方框架的关键特征：

Figure 1 对比原生框架，典型三方跨平台框架的关键特征

另外，从语言角度，尽管JS/TS具备较强的生态能力，业界也在不断的演进相应的引擎、工具链，但从对标原生语言的性能体验维度，还是有关键的不足，如下图所示：

Figure 2 对比原生语言， JS/TS的现状以及不足

上图简要描述了JS/TS从编译到运行的大致过程。尽管业界在JS引擎方面持续在做优化提升，比如注重高性能JIT能力的Google的V8以及Apple的JavaScriptCore， 注重轻量化、高效解析能力的Facebook的Hermes, 个人开发者Fabrice Bellard的QuickJS等，但如果要对标原生语言的运行体验，还有几个重点的维度有待进一步突破：

1）结合类型信息的优化，和更精细化类型的引入；

2）结合PGO（Profiling Guide Optimiza-tion）的AOT能力;

3）更高效的并行化机制等。

1.3 如何设计应用框架，实现系统性跨越

如上所述，现有的原生应用框架以及三方跨平台框架都有自身定位/设计上的局限。那在万物智联的场景下，应该如何设计应用框架，才能较好的满足相关要求，并实现系统性跨越？

让我们先回归本源，审视一下应用框架要解决的核心问题。按递进关系，个人总结了三个维度的关键需求，如下所示：

Figure 3 应用框架要解决的核心问题

对同一OS平台而言，应用框架要解决的核心问题主要有三类：1.开发效率；2.性能体验；3.跨设备能力。

而当事实上有多个主流OS平台长期并存时，跨平台的需求，或者更准确的说，如何进一步降低主流平台上应用适配的成本，就变的非常重要。它包括不同平台上的开发效率，性能体验，以及SDK包大小等要素。

除此之外，随着业务演进，动态化内容更新机制也演变为了非常关键的需求。

要构建可对标主流操作系统(e.g. iOS,Android)原生应用框架，并能够在面向万物智联的场景实现进一步跨越的新一代应用框架，个人认为，至少需围绕以下几个方面进行系统性的布局和设计：语言生态以及性能体验；声明式开发框架能力；跨设备自适应以及弹性部署能力；跨平台能力。

1.2.3.1 语言生态以及性能体验

iOS平台的Swift以及Android平台的Kotlin已经各自形成了相应的平台的主导语言，并有相应的公司来主导。对于新的OS平台而言，创造全新的语言是一种方式，不过语言以及相关生态的发展需要比较长的周期（从正式发布到一定规模的应用一般至少需要5年以上的时间）。还有另外一种方式，则是选取现有的相对中立的并有广泛应用基础的语言，并在此基础上演进。JS/TS即是这样的语言，它应用生态广泛，也有相应的业界标准-ECMAScript来持续演进。

以下图片来源于RedMonk官网：

https://redmonk.com/rstephens/2022/03/28/top-20-jan-2022/）

它显示了2012-2022这十年来的编程语言的热度排名情况（综合考虑Github热度以及StackOverflow热度）。如下所示，JS/TS语言持续领先。

 Figure 4 编程语言排行榜 - RedMonk

如之前分析，要让JS/TS具备可对标主流平台原生语言的性能以及开发体验，需要在语言、编译器以及运行时实现关键的跨越：

1）基于类型信息的编译以及运行时优化

2）AOT能力，并可根据关键执行路径信息的反馈实现进一步优化

3）高效的并行化机制

4）声明式语法扩展，实现简洁自然的开发体验

以这些为基础，配合相应的优化的语言标准库，更细粒度的类型扩展，比如64位/128位等数值类型进一步结合硬件实现SIMD（Single Instruction Multiple Data）的加速等，就具备了能达成高效的语言执行性能的关键能力。另外，在高效开发方面，除了语言层面的声明式语法扩展，还可以进一步针对分布式场景对数据类型做相应扩展，提升跨设备场景下应用开发体验。

1.2.3.2 声明式开发框架

声明式开发框架的核心就是以简洁自然的方式来描述UI，并通过数据的变化来驱动UI的自动变更。

从UI描述维度，它的关键组成如下（简洁自然是关键需求）：

a. 一套UI描述机制，包括基础结构语法，基础布局/组件/动效/事件处理/生命周期，以及组件化机制实现UI的积木式组合等

b.一套状态管理描述机制，包括数据和UI的关联，数据的共享和传递机制等

c.一套自定义扩展以及定制化机制，包括可自定义布局/绘制/动效，可对现有组件根据需要做定制/动态扩展等

从运行时维度，它的关键要素如下（性能体验是关键需求）：

a.高效的UI渲染管线，并可实现组件/属性按需组合降低内存开销

b.高效的状态管理/UI更新机制，根据数据变化精准定位刷新范围

c.自适应UI能力，以及多态组件能力（同一UI描述在不同设备可自动实现不同UI效果，自动适配不同的用户交互模式等）

d.平台无关的一致性渲染能力

另外，在配套的工具层面，比如IDE，需具备实时预览能力（包括双向预览，多设备预览，预览和调试融合等）。

1.2.3.3 跨设备自适应以及弹性部署能力

这里主要包括针对不同形态的设备的自适应（包括布局，控件形态等），不同能力的设备弹性部署（包括设备的提供API差异，系统所需的资源差异等）。从架构设计而言，则需具备组件解耦，按需加载，以及轻量化等能力。

1.2.3.4 跨平台

这里主要包括平台抽象层设计以及各个主流OS相应的适配实现，相关的工具链支持等。这样就可以基于一套主代码，部署到不同的OS平台上。其中的关键要素包括通用的API设计和实现（提升应用代码的复用度），组件化机制（降低SDK大小），以及上述提到的平台一致化渲染能力等。

审核编辑：汤梓红