微信小程序开发的技术原理

微信小程序最大的好处是不需要做设备适配,只要微信能运行,小程序就能运行。

写在前面

微信小程序使用了前端技术栈 JavaScript/WXML/WXSS。但和常规的前端开发又有一些区别:

  • JavaScript: 微信小程序的 JavaScript 运行环境即不是 Browser 也不是 Node.js。它运行在微信 App 的上下文中,不能操作 Browser context 下的 DOM,也不能通过 Node.js 相关接口访问操作系统 API。所以,严格意义来讲,微信小程序并不是 Html5,虽然开发过程和用到的技术栈和 Html5 是相通的。

  • WXML: 作为微信小程序的展示层,并不是使用 Html,而是自己发明的基于 XML 语法的描述。

  • WXSS: 用来修饰展示层的样式。官方的描述是 “ WXSS (WeiXin Style Sheets) 是一套样式语言,用于描述 WXML 的组件样式。WXSS 用来决定 WXML 的组件应该怎么显示。” “我们的 WXSS 具有 CSS 大部分特性...我们对 CSS 进行了扩充以及修改。”基于 CSS2 还是 CSS3?大部分是哪些部分?是否支持 CSS3 里的动画?不得而知。

在微信小程序官方文档上,有下面这段话:

微信小程序运行在三端:iOS、Android 和 用于调试的开发者工具

  • 在 iOS 上,小程序的 javascript 代码是运行在 JavaScriptCore 中

  • 在 Android 上,小程序的 javascript 代码是通过 X5 内核来解析

  • 在 开发工具上, 小程序的 javascript 代码是运行在 nwjs(chrome内核) 中

我们先从开发工具谈起。

开发工具

小程序的 javascript 代码运行在 nwjs 中。nwjs 是什么鬼呢?官方介绍是这样写的:

NW.js (previously known as node-webkit) lets you call all Node.js modules directly from DOM and enables a new way of writing applications with all Web technologies.

nwjs 合并 Browser 和 Node.js 的运行时,可以使用前端开发技术来开发跨平台的应用程序。借助 Node.js 访问操作系统原生 API 的能力,可以开发中跨平台的应用程序。微信小程序开发工具就是使用 nwjs 开发的。如果你是 Mac 用户,进入目录 /Applications/wechatwebdevtools.app/Contents/Resources/app.nw/app 可以看到开发工具的实现代码,当然代码是经过混淆的。网上流行的破解版本开发工具原理上就是修改这里面的代码。

与此类似的,一个更火的项目是 Electron,由 GitHub 推出的,它也是把 Browser 和 Node.js 结合,用来开发跨平台的应用程序。程序员们应该听说过 Atom 这个编辑器界的后起之秀。包括微软拥抱开源社区的编辑器 vscode 也是使用 Electron 开发的。

Electron vs nwjs

这两个平台有什么区别?为什么微信选择 nwjs 呢?我们不妨猜一猜。

从技术角度来讲:

  • 应用程序入口不同:Electron 入口是一个 javascript 脚本,脚本里要自己负责创建浏览器窗口,加载 html 页面。而 nwjs 的入口就是一个 html 页面,框架自己会创建浏览器窗口来显示这个 html 页面。

  • Node.js 集成方式不同:Electron 直接使用 Node.js 的共享库,不需要修改 Chromium 代码。而 nwjs 为了集成 Node.js ,需要修改 Chromium 代码,以便在浏览器里能通过 Node.js 访问系统原生 API。

  • Multi-Context: nwjs 有多个上下文,一个是浏览器的上下文,用来访问 Browser 相关 API,比如操作 DOM ,另外一个是 Node 上下文,用来访问操作系统 API。Electron 没有使用多个上下文,对开发者更友好。

从应用角度来讲:

  • 打包后的文件大小:Electron 打包后文件会比 nwjs 小不少。一个 18M 的程序,使用 Electron 打包后是 117M,而使用 nwjs 打包后的程序是 220M。微信小程序开发工具打包后是 219M (v0.10.102800)。没有亲测,评价来源参考文档。

  • 代码保护:Electron 只支持代码混淆来保护,而 nwjs 把核心代码放在 V8 引擎里,不但可以保护代码,还可以提高执行效率。

  • 开源社区活跃度:Electron 应该是完胜的。看看使用 Electron 构建的应用程序就知道了。而据说 nwjs 的开发文档有些都没有及时更新。

  • 应用程序启动时间:Electron 会稍微快一点。没有亲测,评价来源参考文档。

从这个分析猜测,微信选择 nwjs 的原因可能是出于代码保护。毕竟开发工具可以上传小程序,有些接口和数据需要比较严密的保护。哪位大牛可以挖挖看哪些代码被保护起来了。

真机运行环境

下面内容完全是猜测的,如有言中,实属运气。

微信小程序的运行环境应该更类似 ReactNative 之类,而不是纯 Html5。两者最大的不同在于,ReactNative 的界面是由原生控件渲染出来的,而 Html5 的界面是由浏览器内核渲染出来的。两者在性能上有较大的差异,感兴趣的可以参阅我的另外一篇文章《跨平台 App 开发技术方案汇总》。

原理上,小程序是如何在微信 App 里运行的呢?

  • 微信 App 里包含 javascript 运行引擎。

  • 微信 App 里包含了 WXML/WXSS 处理引擎,最终会把界面翻译成系统原生的控件,并展示出来。这样做的目的是为了提供和原生 App 性能相当的用户体验。

我们来意淫一下小程序加载运行的过程:

  • 用户点击打开一个小程序

  • 微信 App 从微信服务器下载这个小程序

  • 分析 app.json 得到应用程序的配置信息(导航栏,窗口样式,包含的页面列表等)

  • 加载并运行 app.js

  • 加载并显示在 app.json 里配置的第一个页面

这个只是从开发者眼中看到的一个简化版的过程,实际过程应该比这要复杂得多,涉及到浏览器线程(就是运行我们的逻辑层代码 app.js 等的线程)和 AppService 线程之间的交互。从官方网站上的一个图片可以看出端倪:

生命周期

至于微信 App 是如何与小程序的逻辑层 javascript 交互的呢?可以简单地归纳如下:

JavaScript 是脚本语言,可以在运行时解释并执行。微信 App 里包含了一个 JavaScript 引擎,由它来负责执行逻辑层的 JavaScript 代码。那么 JavaScript 调用的小程序相关 API 怎么实现的呢?答案是最终会被翻译成实现在微信 App 里的原生接口。比如开发者调用 wx.getLocation(OBJECT) 获取当前地理位置,微信 App 里的 JavaScript 引擎在执行这个代码时,会去调用微信 App 里实现的原生接口来获取地理位置坐标。

感兴趣的朋友可以阅读我之前推荐过的一篇文章《React Native 从入门到原理》。文章分析的虽然是 ReactNative,但实际上原理是相通的。

总结

微信小程序最大的好处是不需要做设备适配,只要微信能运行,小程序就能运行。小程序虽然是一个封闭形态下的前端开发技术,但借助微信的巨大影响力,几乎所有人都在往里面冲。微信小程序太火了,内测火,公测更火。内测刚出来,就有人用微信小程序实现了商城,并开源。感叹一下:你的热情,就像一把火,燃烧了整个沙漠。

作为开发者,提几个不足:

  1. 不支持从 node_modules 中加载模块。这样无形中就把 npm 排除在外了。从开发生态角度,这个应该是微信小程序下一步要重点解决的问题吧。

  2. 开发工具自带的代码编辑器还是太简陋了。不知道为什么微信要重复发明轮子。理论上,给流行的代码编辑器 (sublime/atom/vscode etc.) 开发个插件。然后用户直接到小程序后台上传提交审核就好了。程序员是挑剔到近乎偏执的物种,代码编辑器又是程序员时刻打交道的工具,要做好实属不易。

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