鴻蒙 JavaScript GUI 技術棧解析

本篇文章為大家展示了鴻蒙 JavaScript GUI 技術棧解析，內容簡明扼要并且容易理解，絕對能使你眼前一亮，通過這篇文章的詳細介紹希望你能有所收獲。

JS 框架層

從最頂層的視角出發，要想用「鴻蒙 2.0」渲染出一段動態的文本，你只需要編寫如下的 HML（類 XML）格式代碼：

<!-- hello.hml -->
<text onclick="boil">{{hello}}</text>

然后在同級目錄編寫這樣的 JavaScript：

// hello.js
export default {
 data: {
 hello: 'PPT'
 },
 boil() {
 this.hello = '核武器';
 }
}

這樣只要點擊文本，就會調用 boil 方法，讓 PPT 變成 核武器。

這背后發生了什么呢？熟悉 Vue 2.0 的同學應該會立刻聯想到下面這幾件事：

• 需要對 XML 的預處理機制，將其轉換為 JS 中的嵌套函數結構。這樣只需在運行時做一次簡單 eval ，即可用 JS 生成符合 XML 結構的 UI。
• 需要事件機制，使得觸發 onclick 事件時能執行相應回調。
• 需要數據劫持機制，使得對 this.hello 賦值時能執行相應回調。
• 需要能在回調中更新 UI 對象控件。

這幾件事分別是怎么實現的呢？簡單說來是這樣的：

• XML 預處理依賴現成的 NPM 開源包，從而把 XML 中的 onclick 屬性轉換為 JS 對象的屬性字段。
• 事件的注冊和觸發都直接由 C++ 實現。如上一步所獲得的 JS 對象 onclick 屬性會在 C++ 中被檢查和注冊，相當于全部組件均為原生。
• 數據劫持機制用 JS 實現，是個基于 Object.defineProperty 的（幾百行量級的）ViewModel。
• UI 控件的更新，會在 ViewModel 自動執行的 JS 回調中，調用 C++ 的原生方法實現。這部分完全隱式完成，并未開放 document.createElement 式的標準化 API。

由于大量常見 JS 框架中的能力都直接做進了 C++，所以整套 GUI 技術棧里用純 JavaScript 所實現的東西（主要見 ace_lite_jsfwk 倉庫下的 core/index.js、observer.js 和 subject.js），相當于有且只有這么一個功能：

一個可以 watch 的 ViewModel。

至于純 JS 框架部分的實現復雜度和質量，客觀地說如果是個人業余作品，可以當作校招面試中不錯的加分項。

JS 引擎與運行時層

理解了 JS 框架層之后，我們既可以認為「鴻蒙 2.0」選擇把高度簡化后的 Vue 深度定制進了 C++ 里，也可以認為它緊密圍繞著高度簡化（且私有）的 DOM 實現了配套的前端框架。因此要想繼續探索這套 GUI 的原理，我們就必須進入其 C++ 部分，了解其 JS 引擎與運行時層的實現。

JS 引擎和運行時之間，有什么區別與聯系呢？JS 引擎一般只需符合 ECMA-262 規范，其中沒有對任何帶「副作用」的平臺 API 的定義。從 setTimeout 到 document.getElementById 到 console.log 再到 fs.readFile，這些能執行實際 IO 操作的功能，都需要由「將引擎 API 和平臺 API 膠合到一起」的運行時提供。運行時本身的原理并不復雜，譬如在個人的文章《從 JS 引擎到 JS 運行時》中，你就可以看到如何借助現成的QuickJS 引擎，自己搭建一個運行時。

那么在「鴻蒙 2.0」中，JS 運行時是如何搭建出來的呢？有這么幾條重點：

• JS 引擎選擇了 JerryScript，這是一款由三星開發的嵌入式 JS 引擎。
• 每種形如 <text> 和 <div> 的 XML 標簽組件，都對應一個綁定到 JerryScript 上的 C++ Component 類，如 TextComponent 和 DivComponent 等。
• 除 UI 原生對象外，還有一系列在 JS 中以 @system 為前綴的 built-in 模塊，它們提供了 JS 中可用的 Router / Audio / File 等平臺能力（參見 ohos_module_config.h）。

這里特別值得一提的是 Router。它和 vue-router 等常見 Web 平臺路由的實現原理有很大區別，是專門在運行時內深度定制的（參見 router_module.cpp、js_router.cpp 和 js_page_state_machine.cpp）。簡單說來這個「路由」是這樣實現的：

• 在 JS 中調用切換頁面的 router.replace 原生方法，走進 C++。
• C++ 中根據新頁面 URI 路徑（如 pages/detail）加載新頁面 JS，新建頁面狀態機實例，將其切換至 Init 狀態。
• 在新狀態機的 Init 過程中，調用 JS 引擎去 eval 新頁面的 JS 代碼，獲得新頁面的 ViewModel。
• 將路由參數附加到 ViewModel 上，銷毀舊狀態機及其上的 JS 對象。

所以我們可以發現，這里所謂的「切換路由」，其實更接近 Web 瀏覽器的「刷新頁面」。那么我們可以認為這個 JS 運行時的能力，已經可以對標 WebKit 級的瀏覽器內核了嗎？

當然還差得很遠。與 WebKit 相比，它并未支持對 HTML 和 CSS 的解析（二者都會在開發階段被解析轉換成同等執行效果的 JS），也沒有瀏覽器中持續動態加載、解析與執行資源的挑戰（小程序不外乎是幾個本地的靜態 JS 文件）。至于排版布局和渲染方面自然也有很大差距，這點會在最后一節提及。

另外，相信很多同學都會對 JerryScript 引擎感到好奇。本部分最后分享一些個人對此所掌握的消息。

JerryScript 引擎是一款專為嵌入式硬件實現的 JS 解釋器，只支持到 ES5.1 標準。在 QuickJS Benchmark 中，可以查看到它們的性能對比結果：

可以看到論性能，JerryScript 在無 JIT 的引擎中大幅弱于 QuickJS 和 Hermes。如果和開啟了 JIT 的 V8 相比，甚至會慢出兩個數量級。因此這是非常特定于低端設備的引擎，如果需要支持 React 和 Vue 這類中大型前端項目中標配的基礎庫（甚至其相應全家桶），仍然可能需要使用更強大的引擎。

對于 JerryScript 的使用，有同場景重度應用經驗的當屬 RT-Thread 創始人 @午夜熊，他們和某國內一線廠商合作研發的智能手表就用 JerryScript 實現了 UI，目前產品馬上就要上市了。他們團隊對 JerryScript 的一些使用反饋也吻合上述評價，概括說來是這樣的：

• JerryScript 在體積和內存占用上，相比 QuickJS 有更好的表現。
• JerryScript 的穩定性弱于 QuickJS，有一些難以繞過的問題。
• JerryScript 面對稍大（1M 以上）的 JS 代碼庫，就有些力不從心了。

那么師出名門的 QuickJS 和 Facebook 的 Hermes，是否就是無 JIT 式 JS 引擎的下一代標桿了嗎？倒也未必如此。這方面可以參考個人的知乎回答：隨著 TypeScript 繼續普及，會不會出現直接跑 TypeScript 的運行時？這里提到的微軟為教育項目 MakeCode 研發的 Static TypeScript，就相當有潛力成為下一代的高性能 JS 系語言環境。通過限定 TypeScript 的靜態強類型子集并為其搭建工具鏈，STS 可以做到無需 JIT 也能接近 V8 的性能水平，同時內存占用比 V8 少兩個數量級。這使得 STS 不光能用于開發普通 app 這類 IO 密集的應用，還能順利在嵌入式硬件上開發小游戲這類更偏計算密集（需逐幀更新渲染）的應用，在工程能力上是一項很大的突破。

所以說，當「鴻蒙 2.0」還需要熟練開發者勉強搭建出環境跑通 Hello World 時，微軟已經讓上百萬小朋友都能用 TypeScript 在網頁里給教學用的掌上游戲機寫小游戲入門編程了。這里沒什么唱反調的意思，只希望提醒一下我們在為國產「里程碑」歡呼時，也要清醒地看到業界前沿的動向，僅此而已。

圖形繪制層

理解 JS 運行時之后，還剩最后一個問題，即 JS 運行時中的各種 Component 對象，是如何被繪制為手表等設備上的像素的呢？

這就涉及「鴻蒙 2.0」中的另一個 graphic_lite 倉庫了。可以認為，這里才是真正執行實際繪制的 GUI。像之前的 TextComponent 等原生組件，都會對應到這里的某種圖形庫 View。它以一種相當經典的方式，在 C++ 層實現并提供了「Canvas 風格的立即模式 GUI」和「DOM 風格的保留模式 GUI」兩套 API 體系（對于立即模式和保留模式 GUI 的區別與聯系，可參見個人這篇IMGUI 科普回答）。概括說來，這個圖形子系統的要點大致如下：

• 圖形庫提供了 UIView 這個 C++ 控件基類，其中有一系列形如 OnClick / OnLongPress / OnDrag 的虛函數。基本每種 JS 中可用的原生 Component 類，都對應于一種 UIView 的子類。
• 除了各種定制化 View 之外，它還開放了一系列形如 DrawLine / DrawCurve / DrawText 等命令式的繪制方法。
• 這個圖形庫具備名為 GFX 的 GPU 加速模塊，但它目前似乎只有象征性的 FillArea 矩形單色填充能力。

在基礎 UI 控件方面，不難找到一些值得一提的自研模塊特性：

• 支持了簡易的 RecycleView 長列表。
• 支持了簡易的 Flex 布局。
• 支持了內部的 Invalidate 臟標記更新機制。

至于 2D UI 渲染中的幾項關鍵能力，則基本可分為路徑、位圖和文字三類。這個圖形庫在這幾個方面都有涉及，最后簡單介紹一下。

首先對于位圖，這個圖形庫依賴了 libpng 和 libjpeg 做圖像解碼，然后即可使用內存中的 bitmap 圖像做繪制。

然后對于路徑，這個圖形庫自己實現了各種 CPU 中的像素繪制方法，典型的例子就是這個貝塞爾曲線的繪制源碼：

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;
 }
}

 基于高中的數學知識，我們不難明白這種曲線是如何繪制出來的：取足夠多的點（也就是那個默認 1000 的 INTERPOLATION_RANGE）作為插值輸入，逐點計算出曲線表達式的 XY 坐標，然后直接修改像素位置所在的 framebuffer 內存即可。這種教科書式的實現是最經典的，不過如果要拿它對標 Skia 里的黑魔法，還是不要勉為其難了吧。

最后對于文字的繪制，會涉及一些字體解析、定位、RTL和折行等方面的處理。這部分實際上也是組合使用了一些業界通用的開源基礎庫來實現的。比如對于「牢」這個字，就可以找到圖形庫的這么幾個開源依賴，它們各自扮演不同的角色：

• harfbuzz - 用來告訴調用者，應該把「牢」的 glyph 字形放在哪里。
• freetype - 從宋體、黑體等字體文件中解碼出「牢」的 glyph 字形，將其光柵化為像素。
• icu - 處理 Unicode 中許多奇葩的特殊情況，這塊個人不了解，略過。

到這里，我們就可以理出一個非常概括性的渲染流程了：

• JS 中執行 this.hello = 'PPT' 之類的代碼，觸發依賴追蹤。
• JS 依賴追蹤回調觸發原生函數，更新 C++ 的 Component 組件狀態。
• Component 更新其綁定的 UIView 子類狀態，觸發圖形庫更新。
• 圖形庫更新內存中的像素狀態，完成繪制。

這就是個人對「鴻蒙 2.0」這套 GUI 技術棧的解讀了。時間有限并未進一步深挖，歡迎（文明的）批評指正。

總結

特別聲明：本部分主觀評論僅針對「鴻蒙 2.0」當前的 GUI 框架部分，請勿隨意曲解。

對于「鴻蒙 2.0」在 GUI 部分的亮點，個人能想到這些：

• 確實有務實（但和當年 PPT 介紹完全兩碼事）的代碼。
• 不是 WebView 套殼，布局和繪制是自己做的。
• 無需超過大學本科水平的計算機知識，也能順利閱讀理解。

而至于明顯（不只是某幾行代碼寫得丑）的缺失或問題，目前看來則有這么一些：

JS 框架層

• 沒有基本的組件間通信（如 props / emit 等）能力
• 沒有基本的自定義組件能力
• 沒有除基礎依賴追蹤以外的狀態管理能力

JS 引擎與運行時層

• 標準支持過低，無法運行 Vue 3.0 這類需 Proxy 的下一代前端框架
• 性能水平弱，難以支持中大型 JS 應用
• 沒有開放 DOM 式的對象模型 API，不利于上層抹平差異

圖形渲染層

• 沒有實質可用的 GPU 加速
• 沒有 SVG 和富文本等高級渲染能力
• Canvas 完成度低，缺狀態棧和很多 API

看起來槽點很多，但是你會指責汽車沒有噴氣式發動機嗎？對于不同復雜度的場景，自然存在著不同的最優架構設計。目前看來，這套設計確實很適合嵌入式硬件和簡易「小程序」的場景。但如果按照所謂「分布式全場景跨平臺」的要求來審視，那么不管比起現代的 Web 瀏覽器還是 iOS 和安卓的 GUI，這套架構的復雜度都是完全無法相提并論的。

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