【HarmonyOS应用开发】ArkTS基础知识（三）_arkts 超集

一、浅析ArkTS的起源和演进

1、引言

Mozilla创造了JS，Microsoft创建了TS，Huawei进一步推出了ArkTS。
从最初的基础的逻辑交互能力，到具备类型系统的高效工程开发能力，再到融合声明式UI、多维状态管理等丰富的应用开发能力，共同组成了相关的演进脉络。
ArkTS是HarmonyOS优选的主力应用开发语言。它在TypeScript（简称TS）的基础上，扩展了声明式UI、状态管理等相应的能力，让开发者可以以更简洁、更自然的方式开发高性能应用。TS是JavaScript（简称JS）的超集，ArkTS则是TS的超集。ArkTS会结合应用开发和运行的需求持续演进，包括但不限于引入分布式开发范式、并行和并发能力增强、类型系统增强等方面的语言特性。本期我们结合JS和TS以及相关的开发框架的发展，为大家介绍ArkTS的起源和演进思路。

2、JS

• JS语言由Mozilla创造，最初主要是为了解决页面中的逻辑交互问题，它和HTML（负责页面内容）、CSS（负责页面布局和样式）共同组成了Web页面/应用开发的基础。随着Web和浏览器的普及，以及Node.js进一步将JS扩展到了浏览器以外的环境，JS语言得到了飞速的发展。在2015年相关的标准组织ECMA发布了一个主要的版本ECMAScript 6（简称ES6），这个版本具备了较为完整的语言能力，包括类（Class）、模块（Module）、相关的语言基础API增强（Map/Set等）、箭头函数（Arrow Function）等。从2015年开始，ECMA每年都会发布一个标准版本，比如ES2016/ES2017/ES2018等，JS语言越来越成熟。
• 为了提升应用的开发效率，相应的JS前端框架也不断地涌现出来。其中比较典型的有Facebook发起的React.js，以及个人开发者尤雨溪发起的Vue.js。React和Vue的主要出发点都是将响应式编程的能力引入到应用开发中，实现数据和界面内容的自动关联处理。具体的实现方式上，React对JS做了一些扩展，引入了JSX（JavaScript XML）语法，可以将HTML的内容统一表示成JS来处理；Vue则是通过扩展的模板语法（Template）的方式来处理。
• 下面通过两个示例，为大家简要介绍React和Vue。（示例来源于w3schools网站：https://www.w3schools.com/whatis/）

2.1 React示例

以上代码描述了React如何在指定的页面元素（id为id01的div元素）中改变相应的字符串内容（从"Hello World!"到"Hello John Doe!"）。其中第5行的ReactDOM.render()是React JS库提供的一个方法，它可以将相应的内容刷新到指定的HTML元素中。第6行是符合JSX语义的一段代码，它包含了一个类似HTML结构的字符串（<h1>...</h1>），以及一个表达数据绑定语义的字段({name})，会关联到第4行定义的name变量。通过这种方式，JSX把HTML的语义以及数据绑定机制和JS语言结合起来，可以方便地在JS语言中使用。

2.2 Vue示例

以上Vue示例代码也描述了类似的功能。其中第1-3行是类似HTML的语法，描述一个id为app的div页面元素，其中的{{message}}是数据绑定的语义，在Vue中表示为Template。第6-9行是JS代码，描述了一个Vue对象，对应了上述的app页面元素以及所需的数据变量message的内容信息。第11-13行则是JS函数，它改变message变量的值为"John Doe"。执行这个函数时Vue会自动实现相应的UI界面刷新。

• 如上所示，React和Vue所表达的能力是类似的，不过侧重点稍微有所不同。React主要是基于JSX的语法，将类HTML的语法融合到JS语言中；Vue则是基于Template机制，在HTML的基础上扩展相应的语义。当然，上面这两个例子只是简要地描述了React和Vue的基础信息，更详细的语法以及CSS相关的使用等都没涉及。
• 从运行时的维度来看，基于React以及Vue的应用都可运行在Web引擎上。为了进一步提升相应的性能体验，2015年Facebook在React基础上推出了React Native, 在渲染架构上没有采用传统的Web引擎渲染路径，而是桥接到相应OS平台的原生UI组件上。2019年Facebook引入全新实现的JS引擎Hermes，并推出一系列架构改进来进一步提升React Native的性能体验。2016年阿里巴巴开源的Weex则是基于Vue做了一些类似的改进，也是采用了桥接到原生UI组件的渲染路径。

3、TS

• 随着JS生态的发展，如何更有效地支撑大型的应用工程开发变成了一个重要的课题。大型的应用工程一般会涉及较复杂的代码以及较多的团队协作，对语言的规范性，模块的复用性、扩展性以及相关的开发工具都提出了更高的要求。为此，Microsoft在JS的基础上，创建了TS语言，并在2014年正式发布了1.0版本。TS主要从以下几个方面做了进一步的增强：
  • 引入了类型系统，并提供了类型检查以及类型自动推导能力，可以进行编译时错误检查，有效的提升了代码的规范性以及错误检测范围和效率。
  • 在类型系统基础上，引入了声明文件（Declaration Files）来管理接口或其他自定义类型。声明文件一般是以d.ts的形式来定义模块中的接口，这些接口和具体的实现做了相应的分离，有助于各模块之间的分工协作。另外，TS通过接口，泛型（Generics）等相关特性的支持，进一步增强了设计复杂的框架所需的扩展以及复用能力。
• 在工具层面，TS也有相应的编辑器、编译器、IDE（Integrated Development Environment）插件等相关的工具，来进一步提升开发效率。
• TS在兼容JS生态方面也做了较好的平衡，TS应用通过相应编译器可以编译出纯JS应用，可以在标准的JS引擎上运行。同时，TS定位为JS的超集，即JS应用也是合法的TS应用。此外，在标准层面上，TS兼容ECMA的相应标准，并维护那些还未成为ECMA标准的新特性。

4、ArkTS

如上所述，基于JS的前端框架以及TS的引入，进一步提升了应用开发效率，但依然存在一些不足。

从开发者维度来看：

• 写一个应用需要了解三种语言（JS/TS、HTML和CSS）。这对Web开发者相对友好，但对非Web开发者来说，负担较重。

从运行时维度来看：

• 在语言运行时方面，尽管TS有了类型的加持，但也只是用于编译时检查，然后通过TS Compiler转成JS，运行时引擎还是无法利用到基于类型系统的优化。

• 在渲染方面，主流Web引擎由于本身复杂度以及历史原因，性能、资源占用方面与常见OS原生框架都有一定的差距，尤其在移动平台上。React Native通过渲染架构的改进一定程度上提升了性能体验，但在平台渲染效果和能力的一致性，以及JS语言性能等方面还是存在一定的不足。

• Google在2018年底推出的Flutter则走了另外一条路，结合新的语言Dart，引入新的声明式开发范式，基于Skia的自绘制引擎构建可跨平台的独立的渲染能力。这是一种较为创新的方案，不过也有几点不足：

  • Dart语言生态。尽管Dart语言2011年就已推出，传闻其目标是取代JS，但整个生态还是非常弱小，Dart语言发布7年后随着Flutter的推出才有所改善。整体而言，Dart和主流语言生态相比还是有非常大的差距。
  • 开发范式。Flutter暴露了很多细粒度的Widget接口，整体开发的简洁度，开发门槛，尤其是和Apple推出的SwiftUI相比，存在一定的差距。

• 有意思的是，Google在2021年又推出了新的开发框架Jetpack Compose，结合了Kotlin的语言生态，设计了新的声明式UI开发范式。

• 2019年，我们在思考如何构建新的应用开发框架的时候，从以下几个维度进行了重点考虑：

  • 语言生态
  • 开发效率
  • 性能体验
  • 跨设备/跨平台能力

• 由于JS/TS有比较完善的开发者生态，语言也比较中立友好，有相应的标准组织可以逐步演进，JS/TS语言成了比较自然的选择。以JS/TS为基础，在开发框架的维度，我们做了如下的架构演进设计：

  • 通过基于JS扩展的类Web开发范式，来支持主流的前端开发方式。同步的，在运行时方面，通过渲染引擎的增强（平台无关的自绘制机制、声明式UI后端设计、动态布局/多态UI组件等），语言编译器和运行时的优化增强（代码预编译、高效FFI-Foreign Function Interface、引擎极小化等），进一步提升相关的性能体验，并可部署到不同设备上（包括百KB级内存的轻量设备）。另外，通过平台适配层的设计，构建了跨OS平台的基础设施。
  • 通过基于TS扩展的声明式UI开发范式，提供了更简洁更自然的开发体验。在运行时方面，在上述的基础上，结合语言运行时的类型优化，以及渲染运行时的扁平化流水线技术等，进一步提升性能体验。

• 上图描述了ArkUI开发框架的整体架构，其中，基于TS扩展的声明式UI范式中所用的语言就是ArkTS。下面结合一个具体示例，从应用开发视角简单介绍下基于ArkTS的全新声明式开发范式。

• 如下图所示的代码示例，UI界面会显示两段文本和一个按钮，当开发者点击按钮时，文本内容会从'Hello World'变为‘Hello ArkUI’。

这个示例中所包含的ArkTS声明式开发范式的基本组成说明如下：

• 装饰器
  用来装饰类、结构体、方法以及变量，赋予其特殊的含义，如上述示例中 @Entry 、 @Component 、 @State 都是装饰器。具体而言， @Component 表示这是个自定义组件； @Entry 则表示这是个入口组件； @State 表示组件中的状态变量，此状态变化会引起 UI 变更。

• 自定义组件
  可复用的 UI 单元，可组合其它组件，如上述被 @Component 装饰的 struct Hello。

• UI 描述
  声明式的方式来描述 UI 的结构，如上述 build() 方法内部的代码块。

• 内置组件
  框架中默认内置的基础和布局组件，可直接被开发者调用，比如示例中的 Column、Text、Divider、Button。

• 事件方法
  用于添加组件对事件的响应逻辑，统一通过事件方法进行设置，如跟随在Button后面的onClick()。

• 属性方法
  用于组件属性的配置，统一通过属性方法进行设置，如fontSize()、width()、height()、color() 等，可通过链式调用的方式设置多项属性。

从UI框架的需求角度，ArkTS在TS的类型系统的基础上，做了进一步的扩展：定义了各种装饰器、自定义组件和UI描述机制，再配合UI开发框架中的UI内置组件、事件方法、属性方法等共同构成了应用开发的主体。在应用开发中，除了UI的结构化描述之外，还有一个重要的方面：状态管理。

如上述示例中，用 @State 装饰过的变量 myText ，包含了一个基础的状态管理机制，即 myText 的值的变化会自动触发相应的 UI 变更 （Text组件）。ArkUI 中进一步提供了多维度的状态管理机制。和 UI 相关联的数据，不仅可以在组件内使用，还可以在不同组件层级间传递，比如父子组件之间，爷孙组件之间，也可以是全局范围内的传递，还可以是跨设备传递。另外，从数据的传递形式来看，可分为只读的单向传递和可变更的双向传递。开发者可以灵活的利用这些能力来实现数据和 UI 的联动。

总体而言，ArkUI开发框架通过扩展成熟语言、结合语法糖或者语言原生的元编程能力、以及UI组件、状态管理等方面设计了统一的UI开发范式，结合原生语言能力共同完成应用开发。这些构成了当前ArkTS基于TS的主要扩展。

ArkUI完整的开发范式可参考这里：

https://developer.harmonyos.com/cn/docs/documentation/doc-guides/arkui-overview-0000001281480754

案例：ArkTS基础知识源码下载：

https://alliance-communityfile-drcn.dbankcdn.com/FileServer/getFile/cmtyManage/011/111/111/0000000000011111111.20231009194309.59684821838930751961635417915560:50001231000000:2800:9A7C8B21B719EA297FF03701B42A2884C6607AEF171139D6A450492739E8B6EA.zip?needInitFileName=true

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