基于HarmonyOS分布式數(shù)據服務的探究

龍軍 何暢 趙冬冬

關鍵詞：HarmonyOS；鴻蒙；分布式；數(shù)據服務；多端同步

HarmonyOS是華為公司推出的全場景智慧生活方式的分布式操作系統(tǒng)。隨著基于鴻蒙的智能化產品越來越多，用戶擁有設備的數(shù)量和品種也不斷增多，對全場景多設備的生活方式體驗也逐漸深入。通過相互感知，鴻蒙將相關終端設備進行能力整合成一個超級終端（One Super Device） ，實現(xiàn)極速連接、多端協(xié)同和資源共享，提供自然流暢的分布式全場景體驗。

1 分布式系統(tǒng)

分布式系統(tǒng)是隨著計算機網絡技術的發(fā)展而產生，通過多臺計算機組成的網絡以協(xié)作方式共同完成單個計算機所無法完成的任務。美國學者Tanenbaum 對分布式系統(tǒng)的定義：分布式系統(tǒng)是若干獨立計算機的集合，這些計算機對于用戶來說就像是單個相關系統(tǒng)。此定義包含兩個方面的內容，第一個方面是關于硬件的：機器本身是獨立的。第二個方面是關于軟件的：對用戶來說他們就像在與單個系統(tǒng)打交道[1]。

通常將分布式系統(tǒng)劃分為分布式硬件架構、分布式操作系統(tǒng)、分布式數(shù)據庫、分布式程序設計和分布式應用等5個層次。分布式操作系統(tǒng)包括負責管理分布式處理系統(tǒng)資源和控制分布式程序運行的分布式文件系統(tǒng)。分布式數(shù)據庫是將網絡上分散的多個數(shù)據單元連起來組成一個邏輯上統(tǒng)一的數(shù)據庫。

2 HarmonyOS 分布式設計原則

HarmonyOS支持同一賬號的多設備相互同步數(shù)據，使用戶在多端設備上有統(tǒng)一的用戶體驗。為構建起優(yōu)秀的分布式體驗，應遵循以下設計原則：

體驗增值：跨設備交互能提供諸如更好的感官體驗和交互效率等體驗提升。

無縫流暢：設備間流轉無縫、協(xié)同流暢，就像使用一個設備。

清晰明確：跨設備交互有清晰明確指引，用戶可快速熟悉使用。

易于理解：跨設備交互易于理解和記憶，用戶能長期持續(xù)使用。

用戶可控：跨設備交互時用戶能隨時切換設備或其他可用的跨設備交互模式。

沉浸無干擾：可根據設備屬性在不同設備上分配信息，最大化提供沉浸無干擾體驗。

3 HarmonyOS 的分布式數(shù)據服務

HarmonyOS通過鍵值對（Key-Value） 降低數(shù)據庫版本兼容及數(shù)據同步的復雜度，對外提供KV類型的訪問接口。鴻蒙以本地事務為單位在設備間同步數(shù)據，一次本地事務的修改必須全部同步成功。由于移動設備不確保一直在線而且無中心，鴻蒙的分布式數(shù)據服務在某一設備完成數(shù)據的增、刪、改后，組網內設備可能不會實時讀取到本次數(shù)據更新，但會在某時間窗口后進行更新同步，使數(shù)據達到一致狀態(tài)，稱為最終一致性[3]。

該同步由底層通信組件發(fā)現(xiàn)、認證設備，再通知上層應用程序設備，收到消息后，兩設備間建立加密的數(shù)據傳輸通道，采用手動或自動方式同步數(shù)據。手動同步由應用程序調用sync接口并指定同步的設備列表和模式觸發(fā)，同步模式分PULL_ONLY（將遠端數(shù)據拉到本端）、PUSH_ONLY（將本端數(shù)據推送到遠端）和PUSH_PULL（同時將本端數(shù)據推送到遠端及遠端數(shù)據拉取到本端）三種。自動同步由分布式數(shù)據庫自動采用PUSH_PULL模式完成數(shù)據同步。

4 HarmonyOS 的分布式數(shù)據庫分類

HarmonyOS的分布式數(shù)據庫分單版本和設備協(xié)同兩類。單版本分布式數(shù)據庫（SingleKVStore） 是指數(shù)據以單個KV條目為單位在本地保存，每個Key最多只保存一個條目項[4]，該條目項可采用諸如Json等格式化方式存儲多個數(shù)據項。應用在本地修改數(shù)據，然后按本地更新順序將最后修改的數(shù)據逐一同步到遠端設備。

設備協(xié)同分布式數(shù)據庫（DeviceKVStore） 建立在單版本之上，應用程序存入KV數(shù)據時在Key前加上本設備的DeviceID，實現(xiàn)設備產生數(shù)據的隔離，底層按設備維度管理數(shù)據，數(shù)據庫可按設備維度查詢分布式數(shù)據，但不能修改其他設備同步過來的數(shù)據。

5 HarmonyOS 分布式數(shù)據服務的運作機制

HarmonyOS通過服務組件初始化底層分布式數(shù)據庫的存儲組件、同步組件和通信適配層，進行服務內元數(shù)據、權限、加密、備份和恢復及多用戶的管理，并將數(shù)據存儲到存儲組件。存儲組件進行數(shù)據的訪問、縮減、事務、快照、數(shù)據庫加密、數(shù)據合并和沖突解決。同步組件連接存儲組件與通信組件，保持在線設備間數(shù)據庫數(shù)據的一致。用通信適配層將數(shù)據同步至遠端設備，遠端設備通過同步組件接收數(shù)據，并更新至本端存儲組件，通過服務接口提供給應用程序使用[5]。

通信適配層調用底層公共通信層的接口完成通信管道的創(chuàng)建、連接，接收、發(fā)送設備上下線消息，維護已連接和斷開設備列表的元數(shù)據。同步組件維護連接的設備列表，同步數(shù)據時根據這個列表，調用通信適配層的接口將數(shù)據封裝并發(fā)送給連接的設備。運作機制如圖1所示。

由于分布式數(shù)據庫是多設備在操作，HarmonyOS 采用基于提交時間戳、取時間戳較大的提交數(shù)據策略解決多設備同時修改某一數(shù)據的沖突場景。

6 HarmonyOS 分布式數(shù)據管理的關鍵JS API

HarmonyOS分布式數(shù)據服務主要實現(xiàn)用戶設備中應用程序數(shù)據內容的分布式同步，可采用Java、JS 或ArkTS三種API，本文采用JS API進行研究。

分布式數(shù)據管理為應用程序提供了不同設備間數(shù)據庫的分布式協(xié)同能力，應用程序通過調用相應接口將數(shù)據保存到分布式數(shù)據庫中，并進行數(shù)據的增加、刪除、修改、查詢、同步等操作，常用接口如表1 所示[6]。

7 HarmonyOS 分布式數(shù)據服務的應用實踐下面基于單版本分布式數(shù)據庫完成一個便箋本的設計制作。

1） 導入分布式數(shù)據和分布式設備的模塊。

2） 在config.json文件的module-reqPermissions 里聲明分布式數(shù)據同步DISTRIBUTED_DATASYNC 和獲得分布式設備信息GET_DISTRIBUTED_DEVICE_ INFO的權限。

3） 創(chuàng)建分布式數(shù)據庫管理器實例。

用包名和用戶信息創(chuàng)建配置信息。包名bundle? Name必須與使用的工程一致，用戶信息由userId（用戶ID） 和userType（用戶類型）構成，userType設置為0 或SAME_USER_ID，表示使用同一賬號登錄不同設備的用戶：

4） 獲取/創(chuàng)建分布式數(shù)據庫。

聲明分布式數(shù)據庫的配置信息options，包括：cre? actreyIpftM為iss是in否g表加示密當；數(shù)ba據cku庫p文為件是不否存?zhèn)湓诜輹r；a是ut否oS創(chuàng)yn建c為；e是n?否自動同步，若設為否需調用sync接口，通常關閉自動同步功能；kvStoreType 數(shù)據庫類型，DEVICE_ COLLABORATION 或0 為多設備協(xié)同數(shù)據庫，SINGLE_VERSION或1為單版本數(shù)據庫；securityLevel 安全級別，為NO_LEVEL、S0～S4，值從0～6，等級越高，限制越多：

5） 訂閱分布式數(shù)據變化。

用on（event，type，observer）方法進行訂閱，參數(shù)event是訂閱的事件名固定為dataChange，表示數(shù)據變更事件；type是訂閱的類型，值分別是SUBSCRIBE_ TYPE_LOCAL 或0 為訂閱本地數(shù)據變更、SUBSCRIBE_TYPE_REMOTE或1為訂閱遠端數(shù)據變更、SUBSCRIBE_TYPE_ALL或2為訂閱遠端和本地數(shù)據變更；參數(shù)observer是回調函數(shù)：

6） 構造要分布式數(shù)據庫的鍵值對，并將KV數(shù)據更新到分布式數(shù)據庫。

7） 查詢分布式數(shù)據庫數(shù)據。查詢指定的數(shù)據

8） 選擇同一組網環(huán)境下的設備以及同步模式，同步數(shù)據到其他設備。

通過createDeviceManager（）創(chuàng)建分布式設備管理實例，在回調函數(shù)用getTrustedDeviceListSync（）同步獲取所有可信設備列表，設備信息DeviceInfo包括：deviceId 設備唯一標識、deviceName設備名稱、deviceType設備類型、networkId設備網絡標識、range發(fā)現(xiàn)設備的距離：

在選擇設備對話框中判斷是否選擇同步的設備，若選中則用sync（需同步的設備列表，同步模式，延時時間）方法同步數(shù)據。同步模式如前所述：

上述是HarmonyOS基于JS單版本分布式數(shù)據庫應用的核心設計。應用程序的主要運行結果如圖2 所示。

8 結束語

本文對鴻蒙操作系統(tǒng)的分布式數(shù)據服務、運作機制和JS API進行了研究與初步應用，建立了一個簡單的單版本分布式數(shù)據庫應用模型，也為設備協(xié)同分布式數(shù)據庫的應用開發(fā)提供了參考。

隨著國民對國產技術和產品的認可度提升，鴻蒙操作系統(tǒng)的不斷發(fā)展與優(yōu)化，相關的生態(tài)建設逐步完善，基于HarmonyOS的手機、平板、智能穿戴、智慧屏、車機等設備有著更廣闊的市場和發(fā)展空間。鴻蒙借助分布式設計形成1+8+N的全場景業(yè)務能力，提升了消費者在智慧生活、智慧家庭、智慧辦公等場景下的體驗，構建起牢固的終端消費者生態(tài)系統(tǒng)。站在鴻蒙應用開發(fā)的角度上，分布式技術整合多終端形成的超級終端使開發(fā)者可以忽略硬件的差異，將精力集中到業(yè)務應用，開發(fā)出更高體驗的應用。在鴻蒙發(fā)展的過程中，需要更多的開發(fā)者加入，不斷探索與實踐，共同促進HarmonyOS這一具有獨立知識產權的國產操作系統(tǒng)的進步與壯大。