智能終端跨平臺應(yīng)用開發(fā)技術(shù)研究*

2012-02-19 07:26:18朱培軍李慧云文錦軍

電信科學(xué) 2012年5期

陸鋼，朱培軍，李慧云，文錦軍

（1.中國電信股份有限公司廣東研究院廣州510630；2.中國電信股份有限公司廣東分公司廣州510081）

1 前言

據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測，全球已經(jīng)進(jìn)入了移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展周期的早期階段，未來幾年內(nèi)，通過移動裝置接入互聯(lián)網(wǎng)的用戶很有可能超過通過桌面?zhèn)€人電腦接入互聯(lián)網(wǎng)的用戶，移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展速度將快于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)，其創(chuàng)造的利益也會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)。面對這一巨大市場，各大產(chǎn)業(yè)巨頭紛紛構(gòu)建了移動互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)鏈，以蘋果為代表的AppStore成功創(chuàng)造了移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用商業(yè)模式，激發(fā)了廣大開發(fā)者的智能終端應(yīng)用創(chuàng)作熱情。

智能終端應(yīng)用形態(tài)主要分為Web應(yīng)用和本地應(yīng)用兩類，Web應(yīng)用是指運行在瀏覽器上的應(yīng)用形態(tài)，本地應(yīng)用是指直接運行在操作系統(tǒng)之上的應(yīng)用形態(tài)。Web應(yīng)用采用網(wǎng)頁語言開發(fā)，具有開發(fā)簡單、跨平臺適配等優(yōu)點，而本地應(yīng)用一般采用Java、C等語言開發(fā)，具有開發(fā)能力強(qiáng)、交互性好、效率高等優(yōu)點。同時這兩種應(yīng)用形態(tài)也不斷融合，從而出現(xiàn)了Widget此類應(yīng)用形態(tài)，可采用網(wǎng)頁語言開發(fā)，同時具備本地應(yīng)用的使用形式，并且可以跨平臺運行?，F(xiàn)階段智能終端應(yīng)用形態(tài)以本地應(yīng)用為主，但是Web應(yīng)用和Widget應(yīng)用隨著HTML5語言的出現(xiàn)以及智能終端多平臺的發(fā)展也展現(xiàn)出良好的發(fā)展勢頭。

智能終端應(yīng)用開發(fā)技術(shù)作為移動互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈上的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其關(guān)鍵技術(shù)的突破對于整個產(chǎn)業(yè)鏈健康快速發(fā)展具有重要意義。目前，智能終端應(yīng)用開發(fā)技術(shù)基本都是針對具體操作系統(tǒng)平臺提供針對性的開發(fā)語言和工具進(jìn)行開發(fā)，開發(fā)者開發(fā)完成一款終端應(yīng)用后，需要花費大量的時間和精力進(jìn)行跨平臺的移植工作，導(dǎo)致應(yīng)用開發(fā)周期長、開發(fā)門檻高的問題。因此有必要提供一種可以跨平臺的開發(fā)技術(shù)，能夠保證開發(fā)者基于某種開發(fā)語言或開發(fā)工具，一次性編寫代碼即可生成可以運行在多種類型終端平臺上的應(yīng)用程序，盡量減少針對不同的終端平臺進(jìn)行的二次開發(fā)和適配工作。

2 主流跨平臺開發(fā)技術(shù)現(xiàn)狀

目前主流的跨終端平臺開發(fā)技術(shù)按照其實現(xiàn)方式大致可以分為跨平臺運行引擎和跨平臺應(yīng)用編譯兩種方式：跨平臺運行引擎技術(shù)一般需要在目標(biāo)設(shè)備上安裝一個引擎，用于屏蔽終端底層操作系統(tǒng)差異，開發(fā)者開發(fā)應(yīng)用部署或編譯打包后，用戶下載到目標(biāo)設(shè)備上由引擎解釋執(zhí)行；跨平臺應(yīng)用編譯通常采用一種標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)語言開發(fā)應(yīng)用，應(yīng)用開發(fā)完成后由代碼編譯器針對不同目標(biāo)終端平臺分別進(jìn)行編譯，生成有針對性的可執(zhí)行程序。

從支持的開發(fā)語言來看，可以分為應(yīng)用開發(fā)語言和網(wǎng)頁開發(fā)語言：開發(fā)者可以采用應(yīng)用開發(fā)語言（如Java、Delphi等）開發(fā)應(yīng)用，應(yīng)用可以運行在引擎或操作系統(tǒng)上；或者開發(fā)者可以采用網(wǎng)頁開發(fā)語言（如HTML、CSS、JavaScript）開發(fā)應(yīng)用，應(yīng)用可以運行在Widget引擎或操作系統(tǒng)上。這兩類語言的代表如下。

（1）應(yīng)用開發(fā)語言

此類開發(fā)方式最常見的是Java，基于Java虛擬機(jī)（Java virtual machine，JVM）實現(xiàn)跨平臺開發(fā)。JVM是一個虛構(gòu)出來的終端中間件環(huán)境，是通過在實際的終端中間件環(huán)境上仿真模擬各種計算機(jī)功能來實現(xiàn)的。Java虛擬機(jī)有自己完善的硬件架構(gòu)，如處理器、堆棧、寄存器等，還具有相應(yīng)的指令系統(tǒng)。JVM屏蔽了與具體操作系統(tǒng)平臺相關(guān)的信息，使得Java程序只需生成在Java虛擬機(jī)上運行的目標(biāo)代碼（字節(jié)碼），就可以在多種平臺上不加修改地運行。Java虛擬機(jī)在執(zhí)行字節(jié)碼時，實際上最終還是把字節(jié)碼解釋成具體平臺上的機(jī)器指令執(zhí)行。

目前還有一些開發(fā)工具采用傳統(tǒng)編程語言如Delphi進(jìn)行開發(fā)，代碼編譯生成多平臺下的可執(zhí)行程序，這種開發(fā)方式保留了傳統(tǒng)編程語言的語言能力，同時也保證了可執(zhí)行程序的運行效率，為開發(fā)者提供了一種較優(yōu)的跨平臺開發(fā)選擇。

（2）網(wǎng)頁開發(fā)語言

開發(fā)者可以采用HTML、CSS和JavaScript語言開發(fā)Web應(yīng)用，由瀏覽器實現(xiàn)跨平臺的適配性。由于瀏覽器調(diào)用終端系統(tǒng)API能力較弱，因此出現(xiàn)了Widget引擎的跨平臺實現(xiàn)方式，利用JavaScript語言封裝終端系統(tǒng)API能力，向開發(fā)者提供統(tǒng)一接口。但是Web應(yīng)用和Widget應(yīng)用都受制于網(wǎng)頁開發(fā)語言的限制，因此在展現(xiàn)效果和調(diào)用能力上都存在一定的缺陷，目前下一代網(wǎng)頁開發(fā)語言HTML5有希望彌補這一缺陷，縮小Web應(yīng)用/Widget應(yīng)用和本地應(yīng)用的差距。

跨平臺應(yīng)用編譯目前常見的實現(xiàn)方式是各類Web應(yīng)用開發(fā)工具，開發(fā)者采用Web語言編寫代碼，由Web應(yīng)用開發(fā)工具為不同智能手機(jī)操作系統(tǒng)平臺分別編譯生成針對具體平臺的應(yīng)用程序，比如目前常見的PhoneGap、Titanium開發(fā)平臺。具體到PhoneGap來看，PhoneGap是一個基于HTML、CSS和JavaScript的，創(chuàng)建移動跨平臺移動應(yīng)用程序的快速開發(fā)工具。其采用W3C標(biāo)準(zhǔn)，使用JavaScript語言封裝終端系統(tǒng)API，使開發(fā)者能夠調(diào)用主流智能手機(jī)的核心功能，包括地理定位、加速器、聯(lián)系人、聲音和振動等。這類開發(fā)方式無需依賴終端側(cè)引擎，編譯后的應(yīng)用程序直接運行在終端操作系統(tǒng)上，與本地應(yīng)用在形式和使用方式上沒有任何區(qū)別，但是其開發(fā)能力同樣受制于網(wǎng)頁開發(fā)語言的限制，目前PhoneGap也已經(jīng)支持HTML5標(biāo)準(zhǔn)。

比較以上兩類開發(fā)語言，網(wǎng)頁開發(fā)語言存在能力受限（大代碼量、復(fù)雜圖形和動畫支持）、解釋執(zhí)行效率較低的問題，應(yīng)用開發(fā)語言存在支持的平臺數(shù)量少、適配性差的問題。隨著HTML5標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，網(wǎng)頁開發(fā)語言在多媒體、3D圖形、終端能力調(diào)用等方面的能力大大提升，并且其開發(fā)門檻低，越來越受到移動互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)者的青睞，因此以下將主要圍繞網(wǎng)頁開發(fā)語言構(gòu)想下一代跨平臺開發(fā)工具。

3 下一代跨平臺開發(fā)構(gòu)想

分析目前業(yè)界的跨平臺應(yīng)用開發(fā)現(xiàn)狀，其實現(xiàn)方式多樣，各有優(yōu)缺點，無法完全滿足開發(fā)者多樣化跨平臺開發(fā)需求?？紤]到終端應(yīng)用形態(tài)的多樣性，希望構(gòu)想一種網(wǎng)頁開發(fā)語言的融合多態(tài)的跨平臺開發(fā)工具，既可以支持跨平臺運行引擎也可以支持跨平臺編譯的方式，具體來說，下一代跨平臺開發(fā)工具有以下特點。

（1）統(tǒng)一的跨平臺開發(fā)語言

開發(fā)者希望能夠通過統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)語言（HTML、CSS、JavaScript）來進(jìn)行不同平臺下的應(yīng)用開發(fā)，從而減少代碼的重復(fù)編寫，免去不同語言的學(xué)習(xí)熟悉過程。

（2）統(tǒng)一的跨平臺系統(tǒng)API編程接口

不同智能操作系統(tǒng)的API封裝形式不同，傳統(tǒng)開發(fā)者在跨平臺移植過程必須重新學(xué)習(xí)新平臺的API編程指南，重寫API相關(guān)程序代碼，增加了跨平臺應(yīng)用移植的時間。因此跨平臺開發(fā)的開發(fā)者希望能夠使用通用標(biāo)準(zhǔn)API（JavaScript封裝）開發(fā)應(yīng)用，無需重新適配不同平臺API。

（3）統(tǒng)一的跨平臺開發(fā)環(huán)境

跨平臺開發(fā)者希望能夠基于一個自己熟悉的開發(fā)環(huán)境進(jìn)行開發(fā)，無需針對不同平臺重新下載、安裝全新的開發(fā)環(huán)境，無需重新學(xué)習(xí)不同開發(fā)環(huán)境的使用方式和操作流程。

（4）豐富的代碼框架和工具庫

跨平臺開發(fā)者希望可以參考或直接使用已經(jīng)在多平臺下驗證過的代碼框架和工具庫，增加界面的標(biāo)準(zhǔn)性和美觀性，減少重復(fù)的開發(fā)量，縮短應(yīng)用開發(fā)的時間。

（5）自動化的跨平臺測試和仿真環(huán)境

跨平臺開發(fā)者希望能夠采用編寫測試腳本，針對已經(jīng)完成調(diào)試的應(yīng)用程序進(jìn)行跨平臺的自動化測試，輸出測試結(jié)果，驗證應(yīng)用在跨平臺終端上運行的功能完備性、界面適配性和系統(tǒng)可靠性，可以仿真不同平臺的終端環(huán)境，便捷地調(diào)試應(yīng)用程序，減少應(yīng)用調(diào)試的時間和成本。

（6）跨平臺的打包編譯工具

開發(fā)者利用網(wǎng)頁開發(fā)語言開發(fā)的代碼可以本地/遠(yuǎn)程打包生成引擎解釋執(zhí)行的應(yīng)用包，也可以本地/遠(yuǎn)程編譯生成多平臺下的安裝包。

（7）支持不同終端生態(tài)環(huán)境

可以支持Android、iOS、Windows Phone、瀏覽器、Widget運行引擎等主流操作系統(tǒng)、運行環(huán)境和分辨率，開發(fā)者一次開發(fā)可以運行在以上生態(tài)環(huán)境中。

4 下一代跨平臺開發(fā)環(huán)境實現(xiàn)方案

依據(jù)以上跨平臺開發(fā)構(gòu)想搭建一套融合多態(tài)的跨平臺開發(fā)環(huán)境，可以融合目前跨平臺運行引擎和跨平臺應(yīng)用編譯的優(yōu)點，由開發(fā)者選擇合適的開發(fā)工具基于Web語言開發(fā)?？紤]到以上需求，設(shè)計集成開發(fā)環(huán)境可以包括遠(yuǎn)程開發(fā)環(huán)境和本地開發(fā)環(huán)境兩部分，功能架構(gòu)如圖1所示。

本地開發(fā)環(huán)境包括以下功能模塊。

（1）基礎(chǔ)開發(fā)構(gòu)件

開發(fā)者安裝和配置好開發(fā)環(huán)境后，可直接在集成的基礎(chǔ)開發(fā)構(gòu)件中編寫應(yīng)用代碼，至少應(yīng)包括以下幾個區(qū)。

·工程顯示區(qū)：顯示所有打開的工程、工程目錄和工程中的文件。

·代碼編輯區(qū)：支持多個代碼文檔的編輯。

·調(diào)試信息顯示區(qū)。

·代碼文檔大綱/概要顯示區(qū)。

（2）可視化代碼框架

為開發(fā)者提供UI設(shè)計工具，提供常用的頁面控件，如列表、文本輸入框、靜態(tài)文本、單選框、復(fù)選框、組合框、翻頁按鈕、按鈕等，并可以將UI控件與控件對應(yīng)的背景色、圖片、風(fēng)格關(guān)聯(lián)起來。例如，新生成一個Widget應(yīng)用時，SCE提供應(yīng)用啟動時的事件、應(yīng)用獲取焦點時的事件、應(yīng)用退出時的事件等代碼框架。對一個按鈕對象，提供按鈕按下時的事件等。

（3）API插件庫

離線開發(fā)環(huán)境為開發(fā)者提供ECMA Script、Ajax、Dom、Widget API以及多平臺的插件參考庫，開發(fā)者可隨時查詢API和調(diào)用方法。同時，在編輯代碼時，代碼編輯器可根據(jù)用戶輸入實時提示用戶可調(diào)用的API方法，如用戶輸入類名時，代碼編輯器可提示用戶下一步可輸入openUrl、setPreferenceForKey、onFocus等。

（4）調(diào)試工具

對代碼中的語法錯誤進(jìn)行及時提示，以顯著顏色或提示符告知用戶。開發(fā)者可在代碼中設(shè)置斷點，對代碼進(jìn)行單步調(diào)測，以精確定位代碼錯誤位置和錯誤原因。

（5）離線測試工具

為開發(fā)者提供離線效果查看功能，可借助模擬器查看應(yīng)用的運行效果。

（6）編譯打包工具

完成應(yīng)用開發(fā)后，開發(fā)者可根據(jù)需要通過離線開發(fā)環(huán)境提供的工具打包生成Widget應(yīng)用（采用跨平臺引擎運行方式），或者編譯生成本地應(yīng)用（采用跨平臺編譯方式）。

（7）終端模板庫

包括智能終端類型，如智能手機(jī)、平板電腦等；終端型號；屏幕分辨率，如240×400等。終端設(shè)備的選擇決定了應(yīng)用可調(diào)用的本地設(shè)備能力集、使用方式（鍵盤操作還是觸摸屏）、可顯示的區(qū)域（屏幕大?。?/p>

遠(yuǎn)程開發(fā)環(huán)境包括以下功能模塊。

（1）基礎(chǔ)開發(fā)構(gòu)件管理

對開發(fā)者下載的基礎(chǔ)開發(fā)構(gòu)件進(jìn)行管理，維護(hù)其下載、升級操作。

（2）插件/框架

對開發(fā)者下載的插件和框架進(jìn)行管理，維護(hù)其下載、升級操作。

（3）在線開發(fā)工具

為開發(fā)者提供一種基于瀏覽器的開發(fā)方式，開發(fā)者通過簡單拖拽可以生成內(nèi)容類應(yīng)用。

（4）在線打包編譯工具

為開發(fā)者提供一種遠(yuǎn)程在線打包編譯的方式，開發(fā)者在應(yīng)用開發(fā)時可以無需關(guān)心設(shè)備類型和型號，完成開發(fā)后將代碼工程上傳到遠(yuǎn)程開發(fā)環(huán)境后，選擇相應(yīng)設(shè)備類型和型號再進(jìn)行編譯打包。

（5）真機(jī)測試環(huán)境

為開發(fā)者搭建的一套可以分時復(fù)用的真機(jī)池，開發(fā)者可以遠(yuǎn)程選擇相應(yīng)型號的設(shè)備進(jìn)行真機(jī)測試。

（6）終端模板庫管理

對平臺可以支持的終端模板進(jìn)行管理和更新。

5 發(fā)展展望

回顧傳統(tǒng)PC、服務(wù)器操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程，跨平臺開發(fā)是開發(fā)者追求的終極目標(biāo)，跨平臺開發(fā)技術(shù)作為產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展過程中的關(guān)鍵一環(huán)，始終是開發(fā)技術(shù)研究的熱點和難點。同樣隨著智能終端平臺的發(fā)展，目前已經(jīng)基本形成了幾個主要陣營，舊操作系統(tǒng)版本更新和新操作系統(tǒng)進(jìn)入是智能終端平臺不變的主題，智能終端跨平臺開發(fā)技術(shù)還處于起步階段，對其進(jìn)行深入研究符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求，也是國內(nèi)軟件業(yè)可能占據(jù)的一個技術(shù)高點。

本文中提到的基于Web語言的下一代跨平臺開發(fā)工具雖然在圖形適配、運行效率、在線編譯等方面還存在一些技術(shù)難點，需要業(yè)界力量進(jìn)一步研究，但是其構(gòu)想是一種有益的探索。在跨平臺開發(fā)技術(shù)上降低開發(fā)者門檻和開發(fā)能力及效率是互相制約的兩個方面，需要在其中找一個平衡點，保證跨平臺開發(fā)技術(shù)能夠接近操作系統(tǒng)原生態(tài)開發(fā)能力并減少對開發(fā)者的要求。