龍軍 何暢 趙東東

摘要：該文從分析華為公司最新開始裝機商用的HarmonyOS 2系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)入手，闡述HarmonyOS應(yīng)用程序的形態(tài)和Ability、Page、AbilitySlice、Intent等概念，比較Java UI框架和JS UI框架的特點及應(yīng)用方式，研究HarmonyOS的數(shù)據(jù)庫、映射、DDS等數(shù)據(jù)存儲和原子化服務(wù)，最后針對HarmonyOS應(yīng)用開發(fā)所涉及的知識和技術(shù)，探索設(shè)計基礎(chǔ)、應(yīng)用、拓展三層次課程體系，培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力。

關(guān)鍵詞：HarmonyOS;鴻蒙;分布式;課程建設(shè)

中圖分類號：TP311? ? ? ?文獻標識碼：A

2019年8月華為公司開發(fā)的具有自主產(chǎn)權(quán)的開源操作系統(tǒng)HarmonyOS（鴻蒙系統(tǒng)）正式發(fā)布，2021年6月HarmonyOS 2及多款搭載HarmonyOS 2的新產(chǎn)品上線，用戶裝機量兩個月超5000萬。這是一款全新的基于微內(nèi)核的面向全場景的分布式操作系統(tǒng)[1]，基于用一套系統(tǒng)適配手機、平板、智能穿戴、智慧屏、車機等多種終端形態(tài)的分布式理念，提供移動辦公、運動健康、社交通信、媒體娛樂等全場景業(yè)務(wù)能力，將各類硬件根據(jù)需要隨意組裝，手機可以調(diào)用電視、電腦的大屏幕，電腦也可以調(diào)用手機的攝像頭拍照、掃碼[2]。

1 HarmonyOS的技術(shù)概述

HarmonyOS支持Java、XML、C/C++、JavaScript、CSS和HarmonyOS Markup Language（HML）等語言進行應(yīng)用開發(fā)，有內(nèi)核層、系統(tǒng)服務(wù)層、框架層和應(yīng)用層四層，系統(tǒng)功能按“系統(tǒng)、子系統(tǒng)、功能/模塊”逐級展開[3]。

內(nèi)核層的內(nèi)核子系統(tǒng)是適配不同設(shè)備的OS內(nèi)核，驅(qū)動子系統(tǒng)提供統(tǒng)一外設(shè)訪問能力和驅(qū)動開發(fā)、管理框架，提供開放的硬件生態(tài)。

系統(tǒng)服務(wù)層是HarmonyOS的核心能力集合，通過框架層為應(yīng)用程序提供服務(wù)。其中系統(tǒng)基本能力子系統(tǒng)集提供分布式應(yīng)用在多設(shè)備上運行、調(diào)度、遷移等操作的基礎(chǔ)能力;基礎(chǔ)軟件服務(wù)子系統(tǒng)集提供公共通用的軟件服務(wù);增強軟件服務(wù)子系統(tǒng)集提供針對不同設(shè)備、差異化的能力增強型軟件服務(wù);硬件服務(wù)子系統(tǒng)集提供硬件服務(wù)。

框架層提供多語言的用戶程序框架和Ability框架，適用Java語言的Java UI框架和適用JS語言的JS UI框架，各種軟硬件服務(wù)對外開放的多語言框架API。

應(yīng)用層包括系統(tǒng)應(yīng)用和第三方非系統(tǒng)應(yīng)用。應(yīng)用由一個或多個有UI界面的Feature Ability（FA）或無UI界面的Particle Ability（PA）組成。FA能與用戶交互，PA提供后臺運行任務(wù)的能力和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問抽象。FA在進行用戶交互時由對應(yīng)的PA提供所需的后臺數(shù)據(jù)支撐。

2 HarmonyOS的應(yīng)用

HarmonyOS應(yīng)用程序是在設(shè)備操作系統(tǒng)上運行、為用戶提供特定服務(wù)的程序，有安裝和免安裝兩種形態(tài)。應(yīng)用程序包以App Pack形式發(fā)布，由一個或多個HarmonyOS Ability Package（HAP）和描述每個HAP屬性的pack.info組成。HAP是Ability的部署包，由代碼、資源、第三方庫及應(yīng)用配置文件組成，有應(yīng)用主模塊entry和應(yīng)用動態(tài)特性模塊feature兩類。entry指一個App中對于同一設(shè)備類型有且只有一個entry類型的HAP，可獨立安裝運行，feature指一個App包含零個、一個或多個feature類型的HAP，只有包含Ability的HAP才能獨立運行。

Ability是應(yīng)用所具備能力的抽象，一個應(yīng)用可包含一個或多個Ability。HarmonyOS支持應(yīng)用以Ability為單位進行部署。FA支持Page Ability，Page模板是FA唯一支持的模板，用于提供與用戶交互的能力。PA支持Service Ability和Data Ability，Service模板用于提供后臺運行任務(wù)的能力，Data模板用于對外部提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問抽象。在配置文件config.json中注冊Ability時，按Ability元素的type屬性值（page、service或data）確定Ability模板類型。

一個Page實例可包含一組相關(guān)頁面，每個頁面用一個AbilitySlice實例表示，即一個Page有多個AbilitySlice，但Page進入前臺時只展示一個AbilitySlice。用setMainRoute（）方法指定默認展示的AbilitySlice，用addActionRoute（）方法配置一條路由規(guī)則以改變展示的AbilitySlice，通過Intent的Action實現(xiàn)從其他Page實例導(dǎo)航到該AbilitySlice。同一Page內(nèi)用present（）或presentForResult（）方法實現(xiàn)導(dǎo)航，Page間用startAbility（）或startAbilityForResult（）方法實現(xiàn)導(dǎo)航。

Intent是對象間傳遞信息的載體，由Operation和Parameters構(gòu)成。Operation包括動作Action、類別Entity、路徑Uri、處理Intent方式Flags、包描述BundleName、待啟動Ability名稱AbilityName、運行指定Ability設(shè)備ID的DeviceId。Parameters是支持自定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用來傳遞請求所需的額外信息。

3 HarmonyOS的UI框架

HarmonyOS提供了Java UI框架和JS UI框架兩種FA的UI開發(fā)框架。Java UI框架提供了細粒度的UI編程接口，包括一部分Component和ComponentContainer的具體子類，有DirectionalLayout、DependentLayout等常用布局和文本、按鈕、圖片、列表等常用組件，通過組件進行交互操作并獲得響應(yīng)。需要注意的是所有的UI操作必須在主線程進行設(shè)置。

JS UI框架提供了相對高層的UI描述，是跨設(shè)備的高性能UI開發(fā)框架，用類HTML和CSS聲明式編程語言開發(fā)頁面布局和頁面樣式，支持聲明式編程和跨設(shè)備多態(tài)UI，頁面業(yè)務(wù)邏輯支持ECMAScript規(guī)范的JavaScript語言，聲明式編程避免編寫UI狀態(tài)切換的代碼，視圖配置信息更直觀、應(yīng)用開發(fā)更簡單。JS UI框架支持純JS、JS+Java混合語言開發(fā)，JS FA是基于JS或JS+Java混合開發(fā)的FA。

Java UI框架可以在XML中聲明UI布局或在代碼中創(chuàng)建布局的方式編寫，兩者創(chuàng)建的布局沒有本質(zhì)差別，用XML方式更簡便直觀。用XML方式編寫頁面時，XML文件放在main＼resources＼base＼layout目錄中，使用時需要在main＼java＼包＼slice目錄中相應(yīng)Java文件代碼的onStart（）方法中用super.setUIContent（ResourceTable.Layout_布局文件名）加載XML布局，并通過findComponentById（ResourceTable.組件Id）方法創(chuàng)建布局文件中的組件對象。用代碼創(chuàng)建布局時，在Java文件的onStart（）方法中用DependentLayout 布局對象名 = new DependentLayout（this）;聲明并創(chuàng)建布局對象的實例，再依次設(shè)置布局的相關(guān)屬性，用代碼：組件類型 組件對象名 = new 組件類型（this）;創(chuàng)建組件對象，并用組件對象名設(shè)置相關(guān)屬性及應(yīng)用。

JS UI框架中頁面文件通常放在main＼js＼default＼pages＼index目錄中，由同名的hml、css、js三個文件構(gòu)成。hml文件用HML標記定義頁面布局、頁面中的組件和層級關(guān)系，指定組件的類并綁定事件，css文件定義頁面的樣式，js文件定義頁面中諸如數(shù)據(jù)綁定、事件處理等業(yè)務(wù)邏輯。通過AceAbility類中setInstanceName（）接口設(shè)置該Ability的實例資源來加載JS FA，并通過AceAbility窗口顯示和管理全局應(yīng)用生命周期。

JS UI框架提供了JS FA調(diào)用Java PA的機制，在HarmonyOS引擎內(nèi)提供一種通道來傳遞方法調(diào)用、數(shù)據(jù)返回和事件上報，根據(jù)需要自行實現(xiàn)FA和PA兩端的接口完成對應(yīng)的功能邏輯，包含遠端調(diào)用Ability和本地調(diào)用Internal Ability兩種方式。JS端與Java端通過接口擴展機制進行通信，通過bundleName和abilityName來進行關(guān)聯(lián)。FeatureAbility Plugin收到JS調(diào)用請求后，系統(tǒng)根據(jù)JS指定的abilityType選擇對應(yīng)的Ability或Internal Ability方式進行處理。在onRemoteRequest（）中實現(xiàn)PA提供的業(yè)務(wù)邏輯，不同業(yè)務(wù)通過業(yè)務(wù)碼區(qū)分。

4 HarmonyOS的數(shù)據(jù)存儲和原子化服務(wù)

HarmonyOS支持單設(shè)備的各種結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的持久化和跨設(shè)備數(shù)據(jù)的同步、共享及搜索功能。本地應(yīng)用數(shù)據(jù)管理用SQLite作為持久化存儲引擎，基于SQLite組件對外提供一系列增刪改查接口，也可直接用SQL語句實現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)用。對象關(guān)系映射數(shù)據(jù)庫是基于SQLite的數(shù)據(jù)庫框架，屏蔽底層的SQL操作，針對實體和關(guān)系提供了一系列面向?qū)ο蟮慕涌?，以操作對象的形式操作?shù)據(jù)庫。還有用Key-Value結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)進行存取和持久化操作的輕量級數(shù)據(jù)存儲，運行時數(shù)據(jù)加載在內(nèi)存中，訪問速度快、存取效率高。

分布式數(shù)據(jù)服務(wù)通過調(diào)用分布式數(shù)據(jù)接口，為應(yīng)用程序提供不同設(shè)備間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)分布式的能力。通過結(jié)合賬號、應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫三元組，分布式數(shù)據(jù)服務(wù)對不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)進行隔離，保證不同應(yīng)用間的數(shù)據(jù)不能通過分布式數(shù)據(jù)服務(wù)相互訪問。在通過可信認證的設(shè)備間，分布式數(shù)據(jù)服務(wù)支持應(yīng)用數(shù)據(jù)相互同步，為用戶提供在多種終端設(shè)備上最終一致的數(shù)據(jù)訪問體驗。把手機的內(nèi)核級安全能力擴展到其他終端，進而提升全場景設(shè)備的安全性，通過設(shè)備能力互助，共同抵御攻擊，保障智能家居網(wǎng)絡(luò)安全[4]。

原子化服務(wù)是HarmonyOS提供的一種面向未來的服務(wù)提供方式，基于HarmonyOS API，是有獨立入口的、免安裝的、可為用戶提供一個或多個便捷服務(wù)的用戶應(yīng)用程序形態(tài)，應(yīng)用形態(tài)更加輕量、入口更豐富、分發(fā)更精準。支持運行在1+8+N設(shè)備上，由1個或多個HAP包組成，1個HAP包對應(yīng)1個FA或PA，每個FA或PA均可獨立運行，完成1個特定功能，1個或多個功能（對應(yīng)FA或PA）完成1個特定服務(wù)。

5 課程體系建設(shè)

通過研究HarmonyOS的技術(shù)架構(gòu)和應(yīng)用開發(fā)所需的技術(shù)，首先要有一定的軟件項目設(shè)計、開發(fā)、管理及文檔編寫能力，熟悉HTML、XML等標記語言和JSON數(shù)據(jù)格式，熟悉Java和JS語言并進行軟件開發(fā)，掌握CSS語法和規(guī)則，用面向華為終端全場景多設(shè)備的一站式集成開發(fā)工具DevEco Studio進行應(yīng)用開發(fā)。實際工作中通常會同時使用JS和Java語言開發(fā)，用JS來制作應(yīng)用的UI，用Java開發(fā)應(yīng)用的邏輯，用JS FA調(diào)用Java PA。最后通過HarmonyOS IDL實現(xiàn)不同設(shè)備間的跨進程通信，即在一個設(shè)備上訪問另一設(shè)備的進程或者調(diào)用另一設(shè)備的方法，實現(xiàn)多設(shè)備的協(xié)同。

設(shè)計基于HarmonyOS應(yīng)用開發(fā)的教學(xué)體系時，針對HarmonyOS分布式應(yīng)用開發(fā)涉及面廣、針對性強、技術(shù)要求高的特點，要強化軟件工程、Java語言、Web前端和服務(wù)器端開發(fā)等相關(guān)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，突出HarmonyOS應(yīng)用基礎(chǔ)開發(fā)技能的訓(xùn)練，最終進行跨語言、跨網(wǎng)絡(luò)、跨設(shè)備的綜合性分布式應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)能力的培養(yǎng)。課程體系可參考圖2。

HarmonyOS的誕生打破了操作系統(tǒng)的壟斷，讓中國軟件第一次步入全球頂尖操作系統(tǒng)的競爭行列，對比安卓系統(tǒng)，其運行速度更快更流暢;對比 iOS 系統(tǒng)，手機鴻蒙更省電[5]。HarmonyOS對華為公司乃至中國，都具有極其重要的戰(zhàn)略意義。對于高校來說，應(yīng)抓住這一歷史機遇，適時進行相關(guān)課程的改革，建立起基于HarmonyOS的基礎(chǔ)、應(yīng)用、拓展三個層次的課程體系，在教學(xué)實踐中不斷優(yōu)化和發(fā)展。

參考文獻：

[1] 李艷，劉丹，田小東，等.HarmonyOS特點與應(yīng)用前景分析[J].通信與信息技術(shù)，2019（5）：85-87.

[2] 文華.手機版鴻蒙來了 它到底能做什么？[J].通信世界，2020（34）：34-35.

[3] 華為.HarmonyOS Developer文檔[EB/OL].[2021-07-30].https：//developer.harmonyos.com/cn/documentation.

[4] 宋奇.華為HarmonyOS 2.0不一樣的體驗[J].計算機與網(wǎng)絡(luò)，2020，46（18）：72.

[5] 李沖.鴻蒙系統(tǒng)：萬物互聯(lián)將成現(xiàn)實[J].華東科技，2021（7）：14-15.

【通聯(lián)編輯：梁書】

收稿日期：2021-08-24

基金項目：?？诮?jīng)濟學(xué)院校級項目《基于“1+X”Web前端開發(fā)人才培養(yǎng)模式的構(gòu)建與實踐》（Hjyj2020031）

作者簡介：龍軍（1971—），男，?？诮?jīng)濟學(xué)院副教授，研究方向為計算機應(yīng)用。

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