跨终端Web之Hybrid App-移动端开发-火龙果软件工程

跨终端Web之Hybrid App

作者：徐凯来源：InfoQQ 发布于： 2015-6-9

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Native App（以下简称Native）和Mobile Web（以下简称Web）二者混合开发的产物被称为Hybrid App（以下简称Hybrid）。Hybrid并不是什么新概念，最早可以追溯到Symbian时代，直到iOS和Android出现之后才充分展现出价值。

Hybrid简史

1. 背景

Hybrid既利用了Native App丰富的设备API（Device API），又能拥有Mobile Web的跨平台、高效开发、快速发布的能力，对于相当庞大的应用场景而言都是适用的。

Hybrid优势在于：

跨平台

Web内容可以做到开发一次，所有平台生效，诸多产品需要这种能力。

快速发布

iOS平台，Apple Store平均审核周期1～2周不等，甚至更长，产品的发布周期从2周到1月，这对需要快速发布的产品而言难以接受。

Android平台，应用商店众多，发布过程烦琐。虽然可以应用内升级，但是带来的问题是新App需要通过应用商店，此外APK体积庞大，2G/3G环境下体验差。

高效开发

Web开发经过20年的发展，已经将结构（HTML）、表现（CSS）、行为（JavaScript）3部分很好地分离开，在分工协作、开发效率上会具明显优势。

丰富的Device API

Web（HTML5）强调通用性，受限于标准和浏览器实现，许多有用的系统功能未能得到支持（或部分支持）。而Native最大的优势在于设备API的调用能力，只要桥接Native和Web，Web也就能够拥有这种能力。

Hybrid劣势表现为：

CPU/GPU密集类应用目前看更适合Native，例如极品飞车这样的游戏。这种劣势是在不断弱化的，正如 “CSS Transform 3D”引入GPU大大缓解了Web动画不流畅的问题。

静态资源从服务器端加载导致的UI展示延迟问题。这个问题可以通过Native拦截WebView通信加载已打包的公共库来缓解。

2. 简史

雏形

雏形阶段大致为：

Symbian V3/5时代已经有Hybrid雏形。

iOS最初的App都是由Objective-C编写而成的，受限应用商店的发布周期，内容经常变化的部分开始通过使用内置浏览器控件（WebView）加载服务端页面来实现。

Android出现并流行之后，可以将更多的App功能通过Hybrid来实现，这样在不同平台上就可以只维护一个版本。

发展

“跨平台”成了Hybrid最大的卖点，以PhoneGap[1]为首的Hybrid框架陆续出现，带来了诸多改变。

访问设备功能。

Web（HTML5）不支持的功能可以让Native实现，再通过Native和Web之间通信，通过这种方式可以让Web获得和Native相同的设备API调用能力，这是PhoneGap这类Hybrid框架的基本工作原理。

与此同时，将Web代码转为Native的Hybrid框架（如Tianium[2]）也出现了。

PhoneGap子项目weinre是一种远程调试工具，极大地缓解了Hybrid难于调试的问题，进一步促进了Hybrid的发展。

Hybrid框架提供了应用打包功能，开发者可以完全使用HTML、CSS、JavaScript开发Native App。

成熟

随着PhoneGap这类Hybrid框架在全球的流行，一些问题暴露了出来，也正是这些问题的解决，让Hybrid走向成熟。

开发体验提升。

weinre这类调试工具仍属于插件性质，诸如“网络”、“本地资源”等高级调试功能无法支持，WebView的原生调试需求越来越强烈。

iOS 6.0+已经支持原生的远程调试[3]。

Chrome for Android在原生远程调试上处于领先地位[4]。

从Android 4.4开始，WebView也支持原生的远程调试[5]。

提升WebView性能的呼声日益增强。

某些追求极致性能的功能转由Native实现，如转场（页面间切换）动画。

静态资源本地化是理想状态，其他场景下Native拦截WebView的请求，并让公共资源重定向到App内置资源，同样能实现为Web提速。

3. 现状

以上便是Hybrid的发展概述，从国内最新的资料可以看出，Hybrid的趋势也是非常明显的。从图8-1可以看到越来越多的开发者决定使用Hybrid（跨平台技术），最近两年的总量已经有54%；而接近60%的开发者在Hybrid的技术方案上选择了PhoneGap。

图8-1 Hybrid在国内的发展情况[6]

在受访的2309个Mobile开发者中，到2013年8月为止完全使用Native开发的只有8%，而剩余的92%都可以被认为使用的是Hybrid，如图8-2所示。

图8-2 Hybrid使用情况

App的跨平台特性成为一个重要的考虑，如图8-3所示。

图8-3 跨平台特性受关注

图8-4显示了Hybrid惊人的增长速度：2013年无论是开发中、已发布的Hybrid（或HTML App）均相比于2012年出现了超过125%～400%的增长率[8]。

图8-4 Hybrid增长迅猛[9]

Hybrid技术

无论Android还是iOS，实现一个最简单的Hybrid App只需要几行代码：实例化WebView、加载页面，之后便是页面自身的代码。要想实现更为复杂的、完整的Hybrid还需要不少知识。

1.Mobile Web开发基础：HTML、CSS、JavaScript。

2.Native App开发基础：Android、iOS。

3.Native与Web双向通信机制。

Mobile Web开发基础可以参考本书第2章，Native App开发基础已经超出本书的讨论范围，同样有很多可选择的书籍，本节来讲剩余的第3个问题 “Native与Web双向通信机制”。

1. Native调用Web

无论Android还是iOS ，Native调用Web（JavaScript）都有很好的原生支持，如代码8-1和代码8-2所示。Android中的调用方式如下，其中webView是Webview的实例。

代码8-1 Android调用JavaScript

webView.loadUrl（"javascript:（function（）{ alert（‘ok’）; }）（）”）;

iOS中的调用方式如下，其中webView是UIWebview的实例。

代码8-2 iOS调用JavaScript

[webView stringByEvaluatingJavaScriptFromString: @"alert（'ok'）" ];

2. Web调用Native

“Native调用Web”本质上是JavaScript脚本的动态执行，在“Web调用Native”的场景下由于目前Native语言（Java和Objective-C）不容易像JavaScript那样便于动态执行，所以需要另辟蹊径。

2.1 Android

Android上常见的方式有3种。

重写WebViewClient.shouldOverrideUrlLoading（如代码8-3所示）。

代码8-3 重写WebViewClient.shouldOverrideUrlLoading

webView.setWebViewClient（new WebViewClient（）{
		@Override
		public boolean shouldOverrideUrlLoading （WebView view, String url）{
			// TODO解析URL并触发Native代码			
return true;
		}
	}）;

当页面内的URL发生变化时，如点击链接、执行JavaScript（如location.href=”http://”）等均会触发WebViewClient.shouldOverrideUrlLoading，通过将Web调用Native的数据封装在URL，再由Native解析数据并执行响应Native方法。

重写WebChromeClient.onJsPrompt，或onJsConfirm，或onJsAlert，以WebChromeClient.onJsPrompt为例，如代码8-4所示。
代码8-4 重写WebChromeClient.onJsPrompt

webView.setWebChromeClient（new WebChromeClient（） {
		public boolean onJsPrompt（WebView view, String url, String message, String defaultValue, JsPromptResult result） {
		// TODO解析message并触发Native代码			
			result.confirm（""）;
			return true;
		}
	}）;

当执行“window.prompt（“{}”）”这样的JavaScript代码时，将会触发WebChromeClient.onJsPrompt。

WebView.addJavascriptInterface，这种方式和前两种都不同，通过将Java Object（A）映射为JavaScript Object（B），从而调用B.func1时将会自动触发A.func1，通过这种原生的方式实现了 “Web调用Native”，如代码8-5所示。
代码8-5 WebView.addJavascriptInterface

webView.addJavascriptInterface（new Object（） {
		public void func1（） {
		}
public void func2（） {
		}
	}, "webViewObj"）;

以上3种方式，最常用的是方式2；方式2相比方式1有内置的队列支持，不会出现高频访问数据丢失的情况；方式3是Android原生方式，但是不如前两种方式灵活。

2.2 iOS

iOS中可用的方式类似Android中的WebViewClient.shouldOverrideUrlLoading，通过监控WebView的URL变化实现Web调用Native，如代码8-6所示。

代码8-6 shouldStartLoadWithRequest

- （BOOL）webView:（UIWebView *） webView shouldStartLoadWithRequest:
（NSURLRequest *）request 
navigationType: （UIWebViewNavigationType）navigationType {
}

3. Bridge

有了前两节的知识，可以实现一个通用模块（Bridge）来维护不同平台上的“Web与Native双向通信机制”功能。如图8-5所示为Web调用Native的Bridge时序图。

图8-5 Web调用Native的Bridge时序图

Web调用Native的实现原理如下：

Web端调用Bridge.callByJS（{name:’func1’, callback: function（）{}, param:{}}），由Bridge根据特定“Web调用Native”方式通知Native执行相应方法（图8-5中的“func1”）。

Native执行完毕后通过“Native调用Web”的方式调用Bridge. callByNative（{token: ‘t1234’ }）。如图8-6所示为Native调用Web时的Bridge时序图。

其中JavaScript回调函数会映射为字符串型的token，通过这个方式来保证最终触发JavaScript的回调函数（包括匿名函数和通过闭包实现的私有函数）。

图8-6 Native调用Web时的Bridge时序图

可以看到，Bridge实现“Native调用Web”是类似的：

Native端调用Bridge.callByNative（{token:’t1234’, script: ‘//todo’}），由Bridge根据特定“Native调用Web”方式通知Web执行相应脚本。

Web执行完毕后通过“Web调用Native”的方式调用Bridge. callByJS（{token: ‘t1234’ }）。

如果Bridge.callByNative的script中执行了异步操作，需要在script主动调用Bridge.callByJS，并且不需要传token参数。

笔者已经在Android上实现了完整的Bridge[10]，Bridge由JavaScript实现可以运行在Android和iOS的WebView中，同时也非常容易扩展到Windows Phone等新平台，如代码8-7所示：

Bridge代码在产品环境下使用时请设置DEBUG = false。

避免在iOS下快速变化URL时造成的数据丢失，可以考虑使用队列机制缓存命令。

扩展至Windows Phone等平台时JavaScript部分只需要扩展invoke，Native代码可以参考Android的实现。

目前Bridge单次通信后会删除回调函数，如果需要多次调用缓存的回调函数（如连续监控传感器数据），可以扩展Bridge.callByNative。

代码8-7 bridge.js

（function（window） {
    var DEBUG = true;
    var callbacks = {};
    var guid = 0;
    var ua = navigator.userAgent;
    // TODO精确性待改进
    var ANDROID = /android/i.test（ua）;
    var IOS = /iphone|ipad/i.test（ua）;
    var WP = /windows phone/i.test（ua）;
    //ANDROID = 0; IOS = 1;

    /**
     * 方便在各个平台中看到完整的log
     */
    function log（） {
        if （DEBUG） {
            console.log.call（console, Array.prototype.join.call（arguments, ' '））;
        }
    }

    /**
     * 平台相关的Web与Native单向通信方法
     */
    function invoke（cmd） {
        log（'invoke', cmd）;
        if （ANDROID） {
            prompt（cmd）;
        }
        else if （IOS） {
            location.href = 'bridge://' + cmd;
        }
        else if （WP） {
            // TODO ...
        }
    }

    var Bridge = {
        callByJS: function（opt） {
            log（'callByJS', JSON.stringify（opt））;
            var input = {};
            input.name = opt.name;
            input.token = ++guid;
            input.param = opt.param || {};
            callbacks[input.token] = opt.callback;

            invoke（JSON.stringify（input））;
        },
        callByNative: function（opt） {
            log（'callByNative', JSON.stringify（opt））;
            var callback = callbacks[opt.token];
            var ret = opt.ret || {};
            var script = opt.script || '';

            // Native主动调用Web
            if （script） {
                log（'callByNative script', script）;
                try {
                    invoke（JSON.stringify（{
                        token: opt.token,
                        ret: eval（script）
                    }））;
                } catch （e） {
                    console.error（e）;
                }
            }
            // Web主动调用Native，Native被动响应
            else if （callback） {
                callback（ret）;
                try {
                    delete callback;
                    log（callbacks）;
                } catch （e） {
                    console.error（e）;
                }
            }

        }
    };

    window.Bridge = Bridge;
    window.__log = log;
}）（window）;

Hybrid框架

目前一个Hybrid框架通常提供以下功能。

Device API：封装Native的功能，跨平台提供一致的Device API。
App打包：将HTML5编写的代码打包为App（Titanium会转换代码）。
PhoneGap几乎成了Hybrid的代名词，Titanium和PhoneGap的设计理念差异较大，图8-7形象地展示了PhoneGap和Titanium的组成部分。

图8-7 Hybrid框架[11]

1. PhoneGap

1.1 PhoneGap和Cordova

PhoneGap开发商Notibi 2010年将PhoneGap代码贡献给Apache软件基金（ASF），PhoneGap核心引擎成为新的开源项目Cordova，同时PhoneGap成了Cordova的一个发行版本[12]。2011年10月，Notibi被Adobe收购[13]，但没有影响到PhoneGap和Cordova的开源性质。

1.2 原理

written once，run everywhere

如引文所述“一处编写，多处运行”，PhoneGap主要的功能为：

提供Hybrid API，可由JavaScript直接调用诸如加速度、摄像头、指南针、GPS、联系人等系统级API，完整的API列表请访问PhoneGap API Reference。
使用Web（HTML、CSS、JavaScript）开发的内容经过PhoneGap编译打包为各个平台的Native App，如图8-8所示。