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跨终端Web之Hybrid App

编者按：InfoQ开设新栏目“品味书香”，精选技术书籍的精彩章节，以及分享看完书留下的思考和收获，欢迎大家关注。本文节选自徐凯著《跨终端Web》第八章“Hybrid App”，主要讲述Hybrid App的发展现状以及技术实现，最后还介绍了两种主流Hybrid开发框架PhoneGap/Cordova和Titanium。

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。

跨终端Web之Hybrid App

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]。

跨终端Web之Hybrid App

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。

Mobile Web开发基础：HTML、CSS、JavaScript。
Native App开发基础：Android、iOS。
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。

跨终端Web之Hybrid App

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）。

跨终端Web之Hybrid App

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。

跨终端Web之Hybrid App

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。

图8-8 PhoneGap编译打包功能

1.3 经典案例

来自PhoneGap Showcase[14]和其他数据源的资料显示：

Facebook Mobile SDK[15]和SalesForce Mobile SDK[16]均是基于Cordova的分支开发的。
Facebook客户端中Web代码超过90%[17]。
LinkedIn iPad客户端中Web代码甚至超过95%。
Wikipedia更是直接用PhoneGap开发了自己的iOS/Android Hybrid App[18]，并将代码在GitHub上开源 [19]。

2. Titanium

Titanium设计思路和PhoneGap有很大不同，Titanium目的为移动开发提供一种跨平台的JavaScript运行时环境和API。

2.1 设计思路

Titanium设计的核心思路如下。

有一套核心的移动开发API，它们可以跨平台进行规范，这些方面的重点应放在代码重用上。
有针对特定平台的API、用户界面约定以及功能特性，开发者在针对该特定平台从事开发时采用，应该有针对特定平台的代码，以便这些用例提供最佳的用户体验。

Titanium从设计理念上不追求“written once, run everywhere”，这是它的缺点，但同时它追求平台差异的更佳的用户体验，因而也受到一部分用户的追捧。Titanium的另一个缺陷是插件难于扩展，要想支持新平台则更加困难。

2.2 工作流程

工作流程如下。Titanium工作流如图8-9所示。

使用Titanium SDK在自带的IDE（ALLOY）中开发。
使用工具编译为平台相关的App。

跨终端Web之Hybrid App

图8-9 Titanium工作流

书籍简介

跨终端Web之Hybrid App

移动互联网不可阻挡地进入了我们的生活。作者将自己在百度和天猫期间的跨终端Web的开发实践转化为书中的技术方案和实现，呈现给各位读者。第1章提出了跨终端Web的概念以及实现跨终端Web的多重途径，第2章主要介绍Mobile Web的技术基础，第3～7章是全书的核心，按照开发流程组织逐步讲解了实现跨终端Web所需要的各类技术基础设施，第8章主要介绍了Hybrid App的发展历程、实现细节以及成熟的框架，第9章介绍的跨终端存储方案（Storage）是作者曾经的冠军作品，第10章完整介绍了如何通过脚本录制和回放来实现跨终端动作同步。

《跨终端 Web》讲解深入浅出，通畅易懂，适合有一定PC Web基础，希望迅速了解Mobile Web，致力于PC和Mobile Web技术融合的读者。

作者简介

鬼道（原名徐凯），2011年毕业于同济大学计算机系，模式识别方向硕士研究生。曾就职百度，现为天猫前端通用组技术Leader。本书源于2013年7月在D2上的主题分享“移动优先的跨终端Web”，2013年11月在W3CTECH 2013做了第二次分享。

[1] PhoneGap是主流Hybrid框架。
[2] http://www.appcelerator.com/titanium/
[3] http://www.36kr.com/p/117773.html
[4] http://www.html5rocks.com/en/tutorials/developertools/mobile/
[5] https://developers.google.com/chrome-developer-tools/docs/remote-debugging#debugging-webviews
[6] 摘自《友盟2013上半年报告》2013.09。
[7] http://www.kendoui.com/surveys/html5-native-debate-is-over.aspx
[8] http://www.businessinsider.com/html5-vs-native-apps-for-mobile-2013-6?op=1
[9] 此图来自 http://www.businessinsider.com/html5-vs-native-apps-for-mobile-2013-6?op=1。
[10] http://luics.github.io/cew/Bridge.zip
[11] 此图来自http://www.businessinsider.com/html5-vs-native-apps-for-mobile-2013-6?op=1。
[12] http://phonegap.com/2012/03/19/phonegap-cordova-and-what%E2%80%99s-in-a-name/
[13] http://www.adobe.com/aboutadobe/pressroom/pressreleases/201110/AdobeAcquiresNitobi.html
[14] http://phonegap.com/app/
[15] https://developers.facebook.com/docs/guides/mobile/
[16] http://wiki.developerforce.com/page/Mobile_SDK
[17] http://www.geekpark.net/read/view/164456
[18] http://itunes.apple.com/us/app/wikipedia-mobile/id324715238?mt=8
[19] https://github.com/wikimedia/WikipediaMobile