鸿蒙跨平台框架ArkUI-X

01

引言

目前，移动端主流跨平台方案有Flutter、React Native、uni-app等等，还有刚推出不久的Compose-Multiplatform，真所谓是百花齐放。这些框架各有特点，技术实现各有差异，比如Flutter通过Dart编写的UI描述对接Flutter渲染引擎，React Native 则是借助大前端成熟的发展背景，利用JS引擎生成UI描述，渲染时转化为原生控件，复用了原生渲染能力。至于选择哪种框架实现跨平台取决于项目的具体需求、开发团队的技能和偏好。今天我们探索一个新的框架——ArkUI-X。

02

ArkTS、ArkUI、ArkUI-X

在探索ArkUI-X之前，先了解一下ArkTS、ArkUI、ArkUI-X三者关系：

  • ArkTS 是华为基于TypeScript自研的开发语言，主要用于Harmony应用层开发。ArkTS在保持原 TS 基本语法风格的基础上，对 TS 的动态类型特性施加了更严格的约束，引入静态类型，减少运行时的类型检查，有助于性能提升；

  • ArkUI 是一套声明式UI开发框架。包含一系列UI组件（Text、Image）、状态管理（State、LocalStorage）、界面绘制、交互事件以及实时界面预览工具；

  • ArkUI-X 进一步将 ArkUI 扩展到多个 OS 平台，目前支持 OpenHarmony、HarmonyOS、Android、iOS，后续会逐步增加更多平台支持。

简单来说，开发者基于ArkUI框架，使用ArkTS语言进行编码，构建OpenHarmony/HarmonyOS应用，为了让应用运行到Android iOS上，利用 ArkUI-X 框架实现各OS平台的适配和构建。接下来我们将创建一个 ArkUI-X 简易Demo，通过Demo来探索ArkUI如何绘制组件到屏幕，ArkUI-X如何扩展ArkUI到Android平台，ArkUI-X如何与Android系统能力交互。

03

快速上手

3.1 环境搭建

  1. DevEco Studio

首先从DevEco Studio官方网站（https://developer.huawei.com/consumer/cn/deveco-studio/）下载并安装DevEco Studio，需要选择4.0.0以上版本，以支持 ArkUI-X 套件。然后在DevEco Studio内部，分别下载HarmonyOS SDK 和 ArkUI-X，非合作企业开发者下载OpenHarmony SDK 和 ArkUI-X。

下载OpenHarmony SDK示例：

1.png

下载ArkUI-X示例：2.png

  1. Android Studio

因为最终要打出Android的apk实现跨平台，所以需要安装Android Studio。安装步骤对客户端小伙伴都已经轻车熟路了，强调一点：需要额外配置ANDROID_HOME（Android SDK安装路径）到系统环境变量中，这是步骤一中DevEco Studio编译项目的必备条件之一。

  1. Xcode 同理，使用Xcode导入iOS项目，打IPA格式的安装包。

3.2 创建工程

完成上述的环境搭建后，就可以创建工程了。可以通过 ArkUI-X 基础模板进行创建。 3.png
创建工程

创建完成后，得到这样一个工程结构：

4.png
项目结构

  • entry：存放的是应用程序入口、核心业务逻辑以及资源文件。跨平台的公共源代码放在entry下，这点和纯Harmony项目结构一致；

  • .arkui-x/android：是一个标准的Android项目结构。但目前文件还不完整，需要Build App/Hap之后，才会生成更为完整的Android项目；

  • .arkui-x/iOS: 是一个标准的iOS项目结构，包含project.pbxproj。

Build App/Hap之后，在build目录下生成的后缀名.hap文件，可安装到HarmonyOS平台上。其它平台需要单独打包，.arkui-x下的Android项目导入到Android Studio中打出.apk；.arkui-x下的iOS项目导入到Xcode中打出.IPA。至此完成三个平台的打包工作。也就是说，在Build App过程中，ArkUI-X框架会把entry里公用ArkTS代码和resource，打入到各平台的安装包或项目文件中。

应用调试方面，目前只支持HarmonyOS调试，Android和iOS暂不支持ArkTS调试。

其实上述的环境搭建、新建项目、编译打包和安装调试，还有另一种方式实现——ACE Tools，是一套为ArkUI-X开发者提供的命令行工具。详情参见：ACE Tools快速指南（https://gitee.com/arkui-x/docs/blob/master/zh-cn/application-dev/quick-start/start-with-ace-tools.md）

04

窥探ArkUI的绘制过程

在了解 ArkUI-X 实现跨平台之前，我们先简单过一遍ArkTS编写的UI界面，是如何绘制到OpenHarmony/HarmonyOS上的，以上面的Demo为例：

// Index.ets
@Entry
@Component
struct Index {@State message: string = '今天星期五'build() {Row() {Column() {Text(this.message).fontSize(50).fontWeight(FontWeight.Bold)}.width('100%')}.height('100%')}
}

Build App / Hap 之后得到hap包，和Android apk类似，对hap包进行解压得到modules.abc字节码文件 (Ark Byte Code)，再对字节码文件进行16进制解析，可以看到这样一段代码：

class Index extends ViewPU {constructor(parent, params, __localStorage, elmtId = -1, paramsLambda = undefined, extraInfo) {super(parent, __localStorage, elmtId, extraInfo);this.__message = new ObservedPropertySimplePU('今天星期五', this, "message");this.setInitiallyProvidedValue(params);}setInitiallyProvidedValue(params: Index_Params) {if (params.message !== undefined) {this.message = params.message;}}aboutToBeDeleted() {this.__message.aboutToBeDeleted();SubscriberManager.Get().delete(this.id__());}private __message: ObservedPropertySimplePU<string>;initialRender() {   // 编译器根据ArkTS中对组件的描述部分，重新生成jsthis.observeComponentCreation2((elmtId, isInitialRender) => {Row.create();Row.height('100%');}, Row);this.observeComponentCreation2((elmtId, isInitialRender) => {Column.create();Column.width('100%');}, Column);this.observeComponentCreation2((elmtId, isInitialRender) => {Text.create(this.message);Text.fontSize(50);Text.fontWeight(FontWeight.Bold);}, Text);Text.pop();Column.pop();Row.pop();}
}

可以看出，我们用@Component编写的组件，经过ArkCompiler编译后，会生成一个继承自ViewPU的js类，这个过程和kotlin经过kotlin编译器生成java有点类似。ViewPU位于ArkUI框架的arkui_ace_engine

（https://gitee.com/openharmony/arkui_ace_engine/tree/master）仓， 部分代码如下：

// 位于 frameworks/bridge/declarative_frontend/state_mgmt/src/lib/partial_update/pu_view.ts
abstract class ViewPU extends PUV2ViewBase implements IViewPropertiesChangeSubscriber, IView {constructor(parent: IView, localStorage: LocalStorage, elmtId: number = UINodeRegisterProxy.notRecordingDependencies, extraInfo: ExtraInfo = undefined) {super(parent, elmtId, extraInfo); this.id_ = SubscriberManager.MakeId() : elmtId;if (localStorage) {this.localStorage_ = localStorage;}SubscriberManager.Add(this);}public initialRenderView(): void {this.obtainOwnObservedProperties();this.initialRender();...}// 编译器生成的js类会实现该方法，主要是对组件的描述protected abstract initialRender(): void;// implements IMultiPropertiesChangeSubscriber UI状态变化回调viewPropertyHasChanged(varName: PropertyInfo, dependentElmtIds: Set<number>): void {if (dependentElmtIds.size && !this.isFirstRender()) { // 第一次走initialRenderView()if (!this.dirtDescendantElementIds_.size && !this.runReuse_) {this.markNeedUpdate(); // 更新UI 最终调到C++}...}let cb = this.watchedProps.get(varName);if (cb && typeof cb === 'function') {// ArkTS中@Prop @Watch('xxx') value 的invokecb.call(this, varName);}}
}

从上面ViewPU的部分代码，可以提取几点信息：

  1. 构造方法第一个参数parent: IView，说明整个UI结构中存在子父组件概念，其内部维护一个子父组件关系链，这点和其它UI框架一样；

  2. 构造逻辑依次是：

  • 生成element Id，用于局部刷新；

  • 定义localStorage对象，用于页面状态共享；

  • SubscriberManager.Add(this)，添加订阅，监听状态变化。

状态变化后，回调viewPropertyHasChanged，更新UI并执行@Watch装饰器逻辑。

更多实现可查看源码，当然只需要看看流程即可，因为代码的commit频次比较高，每次打开看细节都可能有所变化，而且还存在很多同名v2类、v2方法。总之，ViewPU 是所有组件的基类，ViewPU 继承自 PUV2ViewBase，PUV2ViewBase 继承自 NativeViewPartialUpdate。从下面代码块的注释得知，UI渲染将在 C++ 里面实现，将通过NAPI（NAPI 和 JNI 类似）完成js与C++的交互。

// 位于 frameworks/bridge/declarative_frontend/state_mgmt/src/lib/puv2_common/puv2_view_base.ts 和 puv2_view_native_base.d.ts
// implemented in C++  for release
abstract class PUV2ViewBase extends NativeViewPartialUpdate {...
}/*** NativeViewPartialUpdate aka JSViewPartialUpdate C++ class exposed to JS*  all definitions in this file are framework internal*/
declare class NativeViewPartialUpdate {constructor();markNeedUpdate(): void; // 更新UIfinishUpdateFunc(elmtId: number): void;...static create(newView: NativeViewPartialUpdate): void;
}

markNeedUpdate()主要负责UI刷新，追踪一下它的实现逻辑：

// 位于 frameworks/bridge/declarative_frontend/jsview/js_view.cpp
void JSViewPartialUpdate::JSBind(BindingTarget object)
{JSClass<JSViewPartialUpdate>::Declare("NativeViewPartialUpdate");JSClass<JSViewPartialUpdate>::StaticMethod("create", &JSViewPartialUpdate::Create, opt);JSClass<JSViewPartialUpdate>::Method("markNeedUpdate", &JSViewPartialUpdate::MarkNeedUpdate);
}void JSViewPartialUpdate::MarkNeedUpdate()
{needsUpdate_ = ViewPartialUpdateModel::GetInstance()->MarkNeedUpdate(viewNode_);
}
// 位于 frameworks/bridge/declarative_frontend/jsview/models/view_partial_update_model_impl.cpp
bool ViewPartialUpdateModelImpl::MarkNeedUpdate(const WeakPtr<AceType>& node)
{auto weakElement = AceType::DynamicCast<ComposedElement>(node);auto element = weakElement.Upgrade();if (element) {element->MarkDirty();}return true;
}

ComposedElement 是 pipeline 记录组件信息的对象，weakElement.Upgrade() 将 ComposedElement 放入 pipeline 中，最终通过图形渲染引擎（OpenGL ES、Skia）完成显示。详细代码参考frameworks/core/pipeline/base/composed_element.cpp。

05

Android跨平台的实现

以上是一个hap包通过ArkUI完成渲染的大致过程，回到跨平台ArkUI-X，相同的ArkTS代码是如何运行在Android设备上的呢？

打开Android项目，看到assets下存放着ArkCompiler编译产物，和上一节中对.hap包解压后得到的文件一模一样。这是在编译环节中，编译脚本copy一份modules.abc字节码和resource到Android工程下，作为Android应用资源，打包时将以assets形式打入apk。

src/main/assets/arkui-x├── entry|   ├── ets|   |   ├── modules.abc|   |   └── sourceMaps.map|   ├── resouces.index|   ├── resouces|   └── module.json└── systemres

如何在Android上执行modules.abc字节码呢？打开libs，发现ArkUI相关的so动态库和jar包。

libs├── armabi-v7a|   ├── libarkui_android.so|   └── libhilog.so└── arkui_android_adapter.jar

其中libarkui_android.so 是 arkui_ace_engine、arkui_napi 、foundation/appframework、arkui_for_android... 所编译出的动态库，是运行和界面渲染的必要环境。另一个arkui_android_adapter.jar的功能是：Android Application需要继承arkui_android_adapter.jar包所提供的StageApplication。StageApplication用于初始化资源路径以及加载配置信息。Activity需要继承arkui_android_adapter.jar包所提供的StageActivity，StageActivity主要功能是将Android中Activity的生命周期与Harmony中Ability的生命周期进行映射。除此之外，arkui_android_adapter.jar适配了系统平台能力，如粘贴板、软键盘、字体、存储、日志。这里有个疑问：ArkUI-X是如何实现与Android系统之间的交互呢？ArkTS和Java没有相互调用的能力，为了实现ArkTS和Java交互，需要ArkTS与C++交互，C++再与Java交互，调用链为ArkTS  -> NAPI -> C++ -> JNI -> Java，反之亦然，看起来十分复杂。ArkUI-X提供一套桥接能力，对于开发者来说，并不用关心这些封装逻辑，实际开发过程中，就像是ArkTS和Java直接交互。

下面通过粘贴板的例子，探究它的具体实现过程。我们给系统粘贴板设置数据——'明天星期六'，使用ArkTS实现如下，看看最终是如何调到Android Framework 给粘贴板设置数据的api：ClipboardManager#setPrimaryClip()。

import pasteboard from '@ohos.pasteboard';Button('拷贝到粘贴板').onClick(() => {let pasteData: pasteboard.PasteData = pasteboard.createData(pasteboard.MIMETYPE_TEXT_PLAIN, '明天星期六')let systemPasteboard: pasteboard.SystemPasteboard = pasteboard.getSystemPasteboard()systemPasteboard.setData(pasteData)})

这段代码对接ArkUI的调用链和上一节中渲染UI类似，就不再赘述了。粘贴板相关api 在 arkui_ace_engine中定义成抽象接口，如下：

// 位于 arkui_ace_engine/frameworks/core/common/clipboard/clipboard.h
namespace OHOS::Ace {class Clipboard : public AceType {DECLARE_ACE_TYPE(Clipboard, AceType);public:~Clipboard() override = default;virtual void SetData(const std::string& data, CopyOptions copyOption = CopyOptions::InApp, bool isDragData = false) = 0;}
}

ArkUI-X 分平台对接口进行不同实现，Android的实现在arkui_for_android仓库中，其定义和实现如下，可见粘贴板设置数据api SetData()最终到ClipboardJni::SetData(data)

// 位于 arkui_for_android/capability/java/jni/clipboard/clipboard_impl.h
#include "core/common/clipboard/clipboard.h"namespace OHOS::Ace::Platform {class ClipboardImpl final : public Clipboard {public:explicit ClipboardImpl(const RefPtr<TaskExecutor>& taskExecutor) : Clipboard(taskExecutor) {}~ClipboardImpl() override = default;void SetData(const std::string& data, CopyOptions copyOption = CopyOptions::InApp, bool isDragData = false) override;}
}
// 位于 arkui_for_android/capability/java/jni/clipboard/clipboard_impl.cpp
#include "adapter/android/capability/java/jni/clipboard/clipboard_impl.h"
#include "adapter/android/capability/java/jni/clipboard/clipboard_jni.h"namespace OHOS::Ace::Platform {void ClipboardImpl::SetData(const std::string& data, CopyOptions copyOption, bool isDragData){// 对 SetData 实现，最终ClipboardJni::SetData(data)taskExecutor_->PostTask([data] { ClipboardJni::SetData(data); }, TaskExecutor::TaskType::PLATFORM, "ArkUI-XClipboardImplSetData");}
}

再通过JNI实现C++和Java交互：

// 位于 arkui_for_android/capability/java/jni/clipboard/clipboard_jni.cpp
static const char CLIPBOARD_PLUGIN_CLASS_NAME[] = "ohos/ace/adapter/capability/clipboard/ClipboardPluginBase";
static const JNINativeMethod METHODS[] = {{ .name = "nativeInit", .signature = "()V", .fnPtr = reinterpret_cast<void*>(ClipboardJni::NativeInit) },
};
static const char METHOD_SET_DATA[] = "setData";
static const char SIGNATURE_SET_DATA[] = "(Ljava/lang/String;)V";// JNI_OnLoad
bool ClipboardJni::Register(std::shared_ptr<JNIEnv> env)
{// 动态注册 nativeInit 方法，java侧调用jclass clazz = env->FindClass(CLIPBOARD_PLUGIN_CLASS_NAME);bool ret = env->RegisterNatives(clazz, METHODS, ArraySize(METHODS)) == 0;return true;
}void ClipboardJni::NativeInit(JNIEnv* env, jobject object)
{jclass clazz = env->GetObjectClass(object);g_pluginMethods.setData = env->GetMethodID(clazz, METHOD_SET_DATA, SIGNATURE_SET_DATA);
}bool ClipboardJni::SetData(const std::string& data)
{auto env = JniEnvironment::GetInstance().GetJniEnv();jstring jData = env->NewStringUTF(data.c_str());// 反射调用 ClipboardPluginAosp.java setData方法env->CallVoidMethod(g_clipboardObj.get(), g_pluginMethods.setData, jData);if (jData != nullptr) {env->DeleteLocalRef(jData);}return true;
}

最终通过ClipboardManager#setData() ，将ArkTS中设置的内容，给到Android的系统粘贴板。

// 位于 arkui_for_android 仓库打出的 arkui_android_adapter.jar 包中
public class ClipboardPluginAosp extends ClipboardPluginBase {private final ClipboardManager clipManager;public ClipboardPluginAosp(Context context) {this.clipManager = (ClipboardManager context.getSystemService(Context.CLIPBOARD_SERVICE);nativeInit();}@Overridepublic void setData(String data) {if (clipManager != null) {ClipData clipData = ClipData.newPlainText(null, data);clipManager.setPrimaryClip(clipData);}}
}

iOS平台的实现和Android平台类似，原理都是相通的。

06

小结

通过这一章，我们学到了ArkUI-X的环境搭建、项目创建和打包流程，探索了ArkTS编写的项目，编译后字节码文件如何与ArkUI对接，了解了ArkUI-X在Android平台上的实现方案，以及ArkUI-X如何适配系统平台能力。ArkUI-X 属于后来者，设计之初应该借鉴过其它跨平台方案，汲取了优秀设计，才形成目前的形态。今后在跨平台的实现上，我们又多了一种选择。

参考

  • ArkUI-X仓库地址：https://gitee.com/arkui-x

  • ArkUI-arkui_ace_engine仓库地址：https://gitee.com/openharmony/arkui_ace_engine

  • 深入理解arkui_ace_engine：https://juejin.cn/post/7305235970286485515

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