聊聊移动端跨平台开发的各种技术

介绍

最近出现的 React Native 再次让跨平台移动端开发这个话题火起来了，曾经大家以为在手机上可以像桌面那样通过 Web 技术来实现跨平台开发，却大多因为性能或功能问题而放弃，不得不针对不同平台开发多个版本。

但这并没有阻止人们对跨平台开发技术的探索，毕竟谁不想降低开发成本，一次编写就处处运行呢？除了 React Native，这几年还出现过许多其它解决方案，本文我将会对这些方案进行技术分析，供感兴趣的读者参考。

为了方便讨论，我将它们分为了以下 4 大流派：

Web 流：也被称为 Hybrid 技术，它基于 Web 相关技术来实现界面及功能 代码转换流：将某个语言转成 Objective-C、Java 或 C#，然后使用不同平台下的官方工具来开发 编译流：将某个语言编译为二进制文件，生成动态库或打包成 apk/ipa/xap 文件 虚拟机流：通过将某个语言的虚拟机移植到不同平台上来运行

Web 流

Web 流是大家都比较了解的了，比如著名的 PhoneGap/Cordova，它将原生的接口封装后暴露给 JavaScript，可以运行在系统自带的 WebView 中，也可以自己内嵌一个 Chrome 内核 。

作为这几年争论的热点，网上已经有很多关于它的讨论了，这里我重点聊聊大家最关心的性能问题。

Web 流最常被吐槽的就是性能慢（这里指内嵌 HTML 的性能，不考虑网络加载时间），可为什么慢呢？常见的看法是认为「DOM 很慢」，然而从浏览器实现角度来看，其实 DOM 就是将对文档操作的 API 暴露给了 JavaScript，而 JavaScript 的调用这些 API 后就进入内部的 C++ 实现了，这中间并没有多少性能消耗，所以从理论上来说浏览器的 DOM 肯定比 Android 的「DOM」快，因为 Android 的展现架构大部分功能是用 Java 写的，在实现相同功能的前提下，C++ 不大可能比 Java 慢（某些情况下 JIT 编译优化确实有可能做得更好，但那只是少数情况）。

所以从字面意思上看「DOM 很慢」的说法是错误的，这个看法之所以很普遍，可能是因为大部分人对浏览器实现不了解，只知道浏览器有 DOM，所以不管什么问题都只能抱怨它了。

那么问题在哪呢？在我看来有三方面的问题：

早期浏览器实现比较差，没有进行优化 CSS 过于复杂，计算起来更耗时 DOM 提供的接口太有限，使得难以进行优化

第一个问题是最关键也是最难解决的，现在说到 Web 性能差主要说的是 Android 下比较差，在 iOS 下已经很流畅了，在 Android 4 之前的 WebView 甚至都没有实现 GPU 加速，每次重绘整个页面，有动画的时候不卡才怪。

浏览器实现的优化可以等 Android 4.4 慢慢普及起来，因为 4.4 以后就使用 Chrome 来渲染了。

而对于最新的浏览器来说，渲染慢的原因就主要是第二个问题：CSS 过于复杂，因为从实现原理上看 Chrome 和 Android View 并没有本质上的差别，但 CSS 太灵活功能太多了，所以计算成本很高，自然就更慢了。

那是不是可以通过简化 CSS 来解决？实际上还真有人这么尝试了，比如 Famo.us，它最大的特色就是不让你写 CSS，只能使用固定的几种布局方法，完全靠 JavaScript 来写界面，所以它能有效避免写出低效的 CSS，从而提升性能。

而对于复杂的界面及手机下常见的超长的 ListView 来说，第三个问题会更突出，因为 DOM 是一个很上层的 API，使得 JavaScript 无法做到像 Native 那样细粒度的控制内存及线程，所以难以进行优化，则在硬件较差的机器上会比较明显。对于这个问题，我们一年前曾经尝试过嵌入原生组件的方式来解决，不过这个方案需要依赖应用端的支持，或许以后浏览器会自带几个优化后的 Web Components 组件，使用这些组件就能很好解决性能问题。

现阶段这三个问题都不好解决，所以有人想干脆不用 HTML/CSS，自己来画界面，比如 React canvas 直接画在 Canvas 上，但在我看来这只是现阶段解决部分问题的方法，在后面的章节我会详细介绍自己画 UI 的各种问题，这里说个历史吧，6 年前浏览器还比较慢的时候，Bespin 就这么干过，后来这个项目被使用 DOM 的 ACE 取代了，目前包括 TextMirror 和 Atom 在内的主流编辑器都是直接使用 DOM，甚至 W3C 有人专门写了篇文章吐槽用 Canvas 做编辑器的种种缺点，所以使用 Canvas 要谨慎。

另外除了 Canvas，还有人以为 WebGL 快，就尝试绘制到 WebGL 上，比如 HTML-GL，但它目前的实现太偷懒了，简单来说就是先用 html2canvas 将 DOM 节点渲染成图片，然后将这个图片作为贴图放在 WebGL 中，这等于将浏览器中用 C++ 写的东东在 JavaScript 里实现了一遍，渲染速度肯定反而更慢，但倒是能用 GLSL 做特效来忽悠人。

硬件加速不等同于「快」，如果你以为硬件加速一定比软件快，那你该抽空学学计算机体系结构了

其实除了性能问题，我认为在 Web 流更严重的问题是功能缺失，比如 iOS 8 就新增 4000+ API，而 Web 标准需要漫长的编写和评审过程，根本赶不上，即便是 Cordova 这样自己封装也忙不过来，所以为了更好地使用系统新功能，写 Native 代码是必须的。

代码转换流

前面提到写 Native 代码是必须的，但不同平台下的官方语言不一样，这会导致同样的逻辑要写两次以上，于是就有人想到了通过代码转换的方式来减少工作量，比如将 Java 转成 Objective-C。

这种方式虽然听起来不是很靠谱，但它却是成本和风险都最小的，因为代码转换后就可以用官方提供的各种工具了，和普通开发区别不大，因此不用担心遇到各种诡异的问题，不过需要注意生成的代码是否可读，不可读的方案就别考虑了。

接下来看看目前存在的几种代码转换方式。

将 Java 转成 Objective-C

j2objc 能将 Java 代码转成 Objective-C，据说 Google 内部就是使用它来降低跨平台开发成本的，比如 Google Inbox 项目就号称通过它共用了 70% 的代码，效果很显著。

可能有人会觉得奇怪，为何 Google 要专门开发一个帮助大家写 Objective-C 的工具？还有媒体说 Google 做了件好事，其实吧，我觉得 Google 这算盘打得不错，因为基本上重要的应用都会同时开发 Android 和 iOS 版本，有了这个工具就意味着，你可以先开发 Android 版本，然后再开发 iOS 版本。。。

既然都有成功案例了，这个方案确实值得尝试，而且关键是会 Java 的人多啊，可以通过它来快速移植代码到 Objective-C 中。

将 Objective-C 转成 Java

除了有 Java 转成 Objective-C，还有 Objective-C 转成 Java 的方案，那就是 MyAppConverter，比起前面的 j2objc，这个工具更有野心，它还打算将 UI 部分也包含进来，从它已转换的列表中可以看到还有 UIKit、CoreGraphics 等组件，使得有些应用可以不改代码就能转成功，不过这点我并不看好，对于大部分应用来说并不现实。

由于目前是收费项目，我没有尝试过，对技术细节也不了解，所以这里不做评价。

将 Java 转成 C#

Mono 提供了一个将 Java 代码转成 C# 的工具 Sharpen，不过似乎用的人不多，Star 才 118，所以看起来不靠谱。

还有 JUniversal 这个工具可以将 Java 转成 C#，但目前它并没有发布公开版本，所以具体情况还待了解，它的一个特色是自带了简单的跨平台库，里面包括文件处理、JSON、HTTP、OAuth 组件，可以基于它来开发可复用的业务逻辑。

比起转成 Objective-C 和 Java 的工具，转成 C# 的这两个工具看起来都非常不成熟，估计是用 Windows Phone 的人少。

将 Haxe 转成其它语言

说到源码转换就不得不提 Haxe 这个奇特的语言，它没有自己的虚拟机或可执行文件编译器，所以只能通过转成其它语言来运行，目前支持转成 Neko（字节码）、Javascript、Actionscript 3、PHP、C++、Java、C# 和 Python，尽管有人实现了转成 Swift 的支持，但还是非官方的，所以要想支持 iOS 开发目前只能通过 Adobe AIR 来运行。

在游戏开发方面做得不错，有个跨平台的游戏引擎 OpenFL 的，最终可以使用 HTML5 Canvas、OpenGL 或 Flash 来进行绘制，OpenFL 的开发体验做得相当不错，同一行代码不需要修改就能编译出不同平台下的可执行文件，因为是通过转成 C++ 方式进行编译的，所以在性能和反编译方面都有优势，可惜目前似乎并不够稳定，不然可以成为 Cocos2d-x 的有利竞品。

在 OpenFL 基础上还有个跨平台的 UI 组件 HaxeUI，但界面风格我觉得特别丑，也就只能在游戏中用了。

所以目前来看 Haxe 做跨平台游戏开发或许可行，但 APP 开发就别指望了，而基于它来共用代码实在就更不靠谱了，因为熟悉它的开发者极少，反而增加成本。

XMLVM

除了前面提到的源码到源码的转换，还有 XMLVM 这种与众不同的方式，它首先将字节码转成一种基于 XML 的中间格式，然后再通过 XSL 来生成不同语言，目前支持生成 C、Objective-C、JavaScript、C#、Python 和 Java。

虽然基于一个中间字节码可以方便支持多语言，然而它也导致生成代码不可读，因为很多语言中的语法糖会在字节码中被抹掉，这是不可逆的，以下是一个简单示例生成的 Objective-C 代码，看起来就像汇编：

XMLVM_ENTER_METHOD("org.xmlvm.tutorial.ios.helloworld.portrait.HelloWorld", "didFinishLaunchingWithOptions", "?")XMLVMElem _r0;XMLVMElem _r1;XMLVMElem _r2;XMLVMElem _r3;XMLVMElem _r4;XMLVMElem _r5;XMLVMElem _r6;XMLVMElem _r7;_r5.o = me;_r6.o = n1;_r7.o = n2;_r4.i = 0;_r0.o = org_xmlvm_iphone_UIScreen_mainScreen__();XMLVM_CHECK_NPE(0)_r0.o = org_xmlvm_iphone_UIScreen_getApplicationFrame__(_r0.o);_r1.o = __NEW_org_xmlvm_iphone_UIWindow();XMLVM_CHECK_NPE(1)...

在我看来这个方案相当不靠谱，万一生成的代码有问题基本没法修改，也没法调试代码，所以不推荐。

小结

虽然代码转换这种方式风险小，但我觉得对于很多小 APP 来说共享不了多少代码，因为这类应用大多数围绕 UI 来开发的，大部分代码都和 UI 耦合，所以公共部分不多。

在目前的所有具体方案中，只有 j2objc 可以尝试，其它都不成熟。

编译流

编译流比前面的代码转换更进一步，它直接将某个语言编译为普通平台下的二进制文件，这种做法有明显的优缺点：

优点 可以重用一些实现很复杂的代码，比如之前用 C++ 实现的游戏引擎，重写一遍成本太高 编译后的代码反编译困难 或许性能会好些（具体要看实现） 缺点 如果这个工具本身有 Bug 或性能问题，定位和修改成本会很高 编译后体积不小，尤其是如果要支持 ARMv8 和 x86 的话

接下来我们通过区分不同语言来介绍这个流派下的各种方案。

C++ 类

C++ 是最常见的选择，因为目前 Android、iOS 和 Windows Phone 都提供了 C++ 开发的支持，它通常有三种做法：

只用 C++ 实现非界面部分，这是官方比较推崇的方案，目前有很多应用是这么做的，比如 Mailbox 和 Microsoft Office。 使用 2D 图形库来自己绘制界面，这种做法在桌面比较常见，因为很多界面都有个性化需求，但在移动端用得还不多。 使用 OpenGL 来绘制界面，常见于游戏中。

使用 C++ 实现非界面部分比较常见，所以这里就不重复介绍了，除了能提升性能和共用代码，还有人使用这种方式来隐藏一些关键代码（比如密钥），如果你不知道如何构建这样的跨平台项目，可以参考 Dropbox 开源的 libmx3 项目，它还内嵌了 json 和 sqlite 库，并通过调用系统库来实现对简单 HTTP、EventLoop 及创建线程的支持。

而如果要用 C++ 实现界面部分，在 iOS 和 Windows Phone 下可以分别使用 C++ 的超集 Objective-C++ 和 C++/CX，所以还比较容易，但在 Android 下问题就比较麻烦了，主要原因是 Android 的界面绝大部分是 Java 实现的，所以用 C++ 开发界面最大的挑战是如何支持 Android，这有两种做法：通过 JNI 调用系统提供的 Java 方法或者自己画 UI。

第一种做法虽然可行，但代码太冗余了比如一个简单的函数调用需要写那么多代码：

JNIEnv* env;jclass testClass = (*env)->FindClass(env, "com/your/package/name/Test");
// get ClassjmethodID constructor = (*env)->GetMethodID(env, cls, "", "()V");jobject testObject = (*env)->NewObject(env, testClass, constructor);methodID callFromCpp = (*env)->GetMethodID(env, testClass, "callFromCpp", "()V");
//get methodid(*env)->CallVoidMethod(env, testObject, callFromCpp);

那自己画 UI 是否会更方便点？比如 JUCE 和 QT 就是自己画的，我们来看看 QT 的效果：

看起来很不错是吧？不过在 Android 5 下就悲剧了，很多效果都没出来，比如按钮没有涟漪效果，甚至边框都没了，根本原因在于它是通过 Qt Quick Controls 的自定义样式来模拟的，而不是使用系统 UI 组件，因此它享受不到系统升级自动带来的界面优化，只能自己再实现一遍，工作量不小。

反而如果最开始用的是 Android 原生组件就什么都不需要做，而且还能用新的 AppCompat 库来在 Android 5 以下实现 Material Design 效果。

最后一种做法是使用 OpenGL 来绘制界面，因为 EGL+OpenGL 本身就是跨平台，所以基于它来实现会很方便，目前大多数跨平台游戏底层都是这么做的。

既然可以基于 OpenGL 来开发跨平台游戏，是否能用它来实现界面？当然是可行的，而且 Android 4 的界面就是基于 OpenGL 的，不过它并不是只用 OpenGL 的 API，那样是不现实的，因为 OpenGL API 最初设计并不是为了画 2D 图形的，所以连画个圆形都没有直接的方法，因此 Android 4 中是通过 Skia 将路径转换为位置数组或纹理，然后再交给 OpenGL 渲染的。

然而要完全实现一遍 Android 的 UI 架构工作量不小，以下是其中部分相关代码的代码量：

其中光是文字渲染就非常复杂，如果你觉得简单，那只能说明你没看过这个世界有多大，或许你知道中文有编码问题、英语有连字符(hyphen)折行，但你是否知道繁体中文有竖排版、阿拉伯文是从右到左的、日语有平假名注音(ルビ)、印度语有元音附标文字(abugida አቡጊዳ)……？

而相比之下如果每个平台单独开发界面，看似工作量不小，但目前在各个平台下都会有良好的官方支持，相关工具和文档都很完善，所以其实成本没那么高，而且可以给用户和系统风格保持一致的良好体验，所以我认为对于大多数应用来说自己画 UI 是很不划算的。

不过也有特例，对于 UI 比较独特的应用来说，自己画也是有好处的，除了更灵活的控制，它还能使得不同平台下风格统一，这在桌面应用中很常见，比如 Windows 下你会发现几乎每个必备软件的 UI 都不太一样，而且好多都有换肤功能，在这种情况下很适合自己画 UI。