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小程序实现原理解析

简介:
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概述

作为一名前端开发,如果你还停留在应用开发层面,那你就OUT了,快来跟我一起探讨下小程序框架本身底层实现的一些技术细节吧,让我们从小程序的运行机制来深度了解小程序。
小程序是基于WEB规范,采用HTML,CSS和JS等搭建的一套框架,微信官方给它们取了一个很牛逼的名字:WXML,WXSS,但本质上还是在整个WEB体系之下构建的。
WXML,个人猜测在取这个名字的是微信的Xml,说到底就是xml的一个子集。WXML采用微信自定义的少量标签WXSS,大家可以理解为就是自定义的CSS。实现逻辑部分的JS还是通用的ES规范,并且runtime还是Webview(IOS WKWEBVIEW, ANDROID X5)。

小程序

小程序目录结构

这里写图片描述

一个完整的小程序主要由以下几部分组成:
一个入口文件:app.js
一个全局样式:app.wxss
一个全局配置:app.json
页面:pages下,每个页面再按文件夹划分,每个页面4个文件
视图:wxml,wxss
逻辑:js,json(页面配置,不是必须)

注:pages里面还可以再根据模块划分子目录,孙子目录,只需要在app.json里注册时填写路径就行。

小程序打包

开发完成后,我们就可以通过这里可视化的按钮,点击直接打包上传发布,审核通过后用户就可以搜索到了。
这里写图片描述

那么打包怎么实现的呢?
这就涉及到这个编辑器的实现原理和方式了,它本身也是基于WEB技术体系实现的,nwjs+react,nwjs是什么:简单是说就是node+webkit,node提供给我们本地api能力,而webkit提供给我们web能力,两者结合就能让我们使用JS+HTML实现本地应用程序。
既然有nodejs,那上面的打包选项里的功能就好实现了。
ES6转ES5:引入babel-core的node包
CSS补全:引入postcss和autoprefixer的node包(postcss和autoprefixer的原理看这里)
代码压缩:引入uglifyjs的node包

注:在android上使用的x5内核,对ES6的支持不好,要兼容的话,要么使用ES5的语法或者引入babel-polyfill兼容库。

打包后的目录结构

小程序打包后的结构如下:
这里写图片描述

所有的小程序基本都最后都被打成上面的结构
1、WAService.js 框架JS库,提供逻辑层基础的API能力
2、WAWebview.js 框架JS库,提供视图层基础的API能力
3、WAConsole.js 框架JS库,控制台
4、app-config.js 小程序完整的配置,包含我们通过app.json里的所有配置,综合了默认配置型
5、app-service.js 我们自己的JS代码,全部打包到这个文件
6、page-frame.html 小程序视图的模板文件,所有的页面都使用此加载渲染,且所有的WXML都拆解为JS实现打包到这里
7、pages 所有的页面,这个不是我们之前的wxml文件了,主要是处理WXSS转换,使用js插入到header区域。

小程序架构

微信小程序的框架包含两部分View视图层、App Service逻辑层,View层用来渲染页面结构,AppService层用来逻辑处理、数据请求、接口调用,它们在两个进程(两个Webview)里运行。
视图层和逻辑层通过系统层的JSBridage进行通信,逻辑层把数据变化通知到视图层,触发视图层页面更新,视图层把触发的事件通知到逻辑层进行业务处理。

小程序架构图:
这里写图片描述

小程序启动时会从CDN下载小程序的完整包,一般是数字命名的,如:_-2082693788_4.wxapkg

小程序技术实现

小程序的UI视图和逻辑处理是用多个webview实现的,逻辑处理的JS代码全部加载到一个Webview里面,称之为AppService,整个小程序只有一个,并且整个生命周期常驻内存,而所有的视图(wxml和wxss)都是单独的Webview来承载,称之为AppView。所以一个小程序打开至少就会有2个webview进程,正式因为每个视图都是一个独立的webview进程,考虑到性能消耗,小程序不允许打开超过5个层级的页面,当然同是也是为了体验更好。

AppService

可以理解AppService即一个简单的页面,主要功能是负责逻辑处理部分的执行,底层提供一个WAService.js的文件来提供各种api接口,主要是以下几个部分:
消息通信封装为WeixinJSBridge(开发环境为window.postMessage, IOS下为WKWebview的window.webkit.messageHandlers.invokeHandler.postMessage,android下用WeixinJSCore.invokeHandler)

1、日志组件Reporter封装
2、wx对象下面的api方法
3、全局的App,Page,getApp,getCurrentPages等全局方法
4、还有就是对AMD模块规范的实现

然后整个页面就是加载一堆JS文件,包括小程序配置config,上面的WAService.js(调试模式下有asdebug.js),剩下就是我们自己写的全部的js文件,一次性都加载。

在开发环境下

1、页面模板:app.nw/app/dist/weapp/tpl/appserviceTpl.js
2、配置信息,是直接写入一个js变量,__wxConfig。
3,其他配置
这里写图片描述

线上环境

而在上线后是应用部分会打包为2个文件,名称app-config.json和app-service.js,然后微信会打开webview去加载。线上部分应该是微信自身提供了相应的模板文件,在压缩包里没有找到。
1、WAService.js(底层支持)
2、app-config.json(应用配置)
3、app-service.js(应用逻辑)

然后运行在JavaScriptCore引擎里面。

AppView

这里可以理解为h5的页面,提供UI渲染,底层提供一个WAWebview.js来提供底层的功能,具体如下:
1、消息通信封装为WeixinJSBridge(开发环境为window.postMessage, IOS下为WKWebview的window.webkit.messageHandlers.invokeHandler.postMessage,android下用WeixinJSCore.invokeHandler)
2、日志组件Reporter封装
3、wx对象下的api,这里的api跟WAService里的还不太一样,有几个跟那边功能差不多,但是大部分都是处理UI显示相关的方法
4、小程序组件实现和注册
5、VirtualDOM,Diff和Render UI实现
6、页面事件触发

在此基础上,AppView有一个html模板文件,通过这个模板文件加载具体的页面,这个模板主要就一个方法,$gwx,主要是返回指定page的VirtualDOM,而在打包的时候,会事先把所有页面的WXML转换为ViirtualDOM放到模板文件里,而微信自己写了2个工具wcc(把WXML转换为VirtualDOM)和wcsc(把WXSS转换为一个JS字符串的形式通过style标签append到header里)。

Service和View通信

使用消息publish和subscribe机制实现两个Webview之间的通信,实现方式就是统一封装一个WeixinJSBridge对象,而不同的环境封装的接口不一样,具体实现的技术如下:

windows环境

通过window.postMessage实现(使用chrome扩展的接口注入一个contentScript.js,它封装了postMessage方法,实现webview之间的通信,并且也它通过chrome.runtime.connect方式,也提供了直接操作chrome native原生方法的接口)
发送消息:window.postMessage(data, ‘*’);,// data里指定 webviewID
接收消息:window.addEventListener(‘message’, messageHandler); // 消息处理并分发,同样支持调用nwjs的原生能力。
在contentScript里面看到一句话,证实了appservice也是通过一个webview实现的,实现原理上跟view一样,只是处理的业务逻辑不一样。

'webframe' === b ? postMessageToWebPage(a) : 'appservice' === b && postMessageToWebPage(a)

IOS

通过 WKWebview的window.webkit.messageHandlers.NAME.postMessage实现微信navite代码里实现了两个handler消息处理器:
invokeHandler: 调用原生能力
publishHandler: 消息分发
这里写图片描述

Android

通过WeixinJSCore.invokeHanlder实现,这个WeixinJSCore是微信提供给JS调用的接口(native实现)
invokeHandler: 调用原生能力
publishHandler: 消息分发

微信组件

在WAWebview.js里有个对象叫exparser,它完整的实现小程序里的组件,看具体的实现方式,思路上跟w3c的web components规范神似,但是具体实现上是不一样的,我们使用的所有组件,都会被提前注册好,在Webview里渲染的时候进行替换组装。
exparser有个核心方法:
regiisterBehavior: 注册组件的一些基础行为,供组件继承
registerElement:注册组件,跟我们交互接口主要是属性和事件

这里写图片描述

组件触发事件(带上webviewID),调用WeixinJSBridge的接口,publish到native,然后native再分发到AppService层指定webviewID的Page注册事件处理方法。

总结

小程序底层还是基于Webview来实现的,并没有发明创造新技术,整个框架体系,比较清晰和简单,基于Web规范,保证现有技能价值的最大化,只需了解框架规范即可使用已有Web技术进行开发。易于理解和开发。

MSSM:对逻辑和UI进行了完全隔离,这个跟当前流行的react,agular,vue有本质的区别,小程序逻辑和UI完全运行在2个独立的Webview里面,而后面这几个框架还是运行在一个webview里面的,如果你想,还是可以直接操作dom对象,进行ui渲染的。

组件机制:引入组件化机制,但是不完全基于组件开发,跟vue一样大部分UI还是模板化渲染,引入组件机制能更好的规范开发模式,也更方便升级和维护。

多种节制:不能同时打开超过5个窗口,打包文件不能大于1M,dom对象不能大于16000个等,这些都是为了保证更好的体验。

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code_xzh
对前端移动客户端技术比较擅长。著有《React Native移动开发实战》和《Kotlin入门与实战》和《Weex跨平台实战》,《React Native移动开发进阶》即将出版,正在努力完成《Flutter跨平台开发实战》
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