HarmonyOS基本概念

2023-12-05  本文已影响0人  蜗牛学开车

一、什么是HarmonyOS

二、目标

本文章将带领我们掌握以下技能：

三、HarmonyOS简介

万物互联时代正在开启

经过十多年的发展，传统移动互联网的增长红利已渐见顶，IoT时代即将到来。

新场景带来的挑战

不同的设备类型意味着不同的传感器能力、硬件能力。屏幕尺寸、操作系统和开发语言，以及交互方式等。同时跨设备协作也让开发者面临这分布式开发带来的各种复杂性，适配和管理工作也将非常巨大。当前移动应用开发中遇到的主要挑战包括以下一种：

  1. 针对不同设备上的不同操作系统，重复开发，维护多套版本。
  2. 多种语言栈，对技术人员技能要求较高。
  3. 多种开发框架，不同的编程范式。
  4. 命令式编程，需要关注细节，变更频繁，维护成本高。

移动终端应用生态面临变革

传统应用具有以下优缺点：

优点：

  • 功能齐全
  • 整体体验好

缺点：

  • 厚重
  • 开发周期长、成本高
  • 信息、应用孤岛(传统应用之间是彼此独立的、碎片化的)
  • 以应用未中心，而非用户为中心
  • 需要用户主动关注等显性操作

轻量化程序实体正在成为新的趋势，轻量化程序具备“即用即走、无需安装卸载、永远最新”的特征，推动了App基于搜索下载的“人找应用”的传统分发想“服务找人”的智慧分发演进。

鸿蒙生态迎接挑战

HarmonyOS系统定义

HarmonyOS发展史

2019年 > HarmonyOS正式发布并开源核心代码。

2020年 > 鸿蒙智联面向硬件生态伙伴全面开放

2021年 > 手机及多种智能终端设备搭载HarmonyOS 2

2022年 > 全新的HarmonyOS 3.1发布并推出Stage模型，五大场景体验持续化鸿蒙生态更加成熟

2023年 > HarmonyOS 4 发布

2024年 > HarmonyOS NEXT 正式发布，抛弃对AOSP的支持，鸿蒙原生应用全面启动。(不出意外的话，因为现在还是2023年，偷笑.jpg)

ArkTS

ArkTs 是华为自研的开发语言。它在TypeScript的基础上，匹配ArkUI框架，拓展了声明式UI、状态管理等相应的能力，让开发者以更简洁、更自然的方式开发跨端应用。

@Entry
@Component
struct SecondPage {
  @State myText: string = 'World'

  build() {
    Column() {
      Text(`Hello ${this.myText}`)
        .fontSize(50)
      Divider()
      Button('Click me')
        .onClick(() => {
          this.myText = 'ArkUI'
        })
        .height(50)
        .width(100)
        .margin({ top: 20 })
    }
    .height('100%')
    .justifyContent(FlexAlign.Center)
  }
}
ArkTS的基本组成
兼容JS/TS语言基于JS/TS构建

ArkUI

ArkUI是一套构建分布式应用界面的声明式UI开发框架。它使用极简的UI信息语法、丰富的UI组件、以及实时界面预览工具，提升开发效率。使用一套ArkTS API，就能在多个HarmonyOS设备上提供生动流畅的用户界面体验。

逻辑和UI分离通过利用数据双向绑定机制传递页面变化逻辑，将流转7个步骤简化为2个步骤。可将跨端迁移和协同的开发代码量降低40%以上。

方舟编译器(ArkCompiler)

方舟编译器具有以下特点：

  1. AOT编译模式

    ArkCompiler利用ArkTS的静态类型信息，进行类型推导并生成对象描述和内联缓存，加速运行时对字节码的解释执行；AOT（Ahead-of-Time）Compiler利用静态类型信息直接将字节码编译生成优化机器码，让应用启动即可运行高性能代码，提升应用启动和运行性能。

    arkcompiler-1.gif

  1. LiteActor轻量化并发

    ArkCompiler运行时在HarmonyOS上提供了Worker API支持并发编程。在运行时实例内存隔离的基础上，ArkCompiler通过共享运行实例中的不可变或者不易变的对象、内建代码块、方法字节码等技术手段，优化了并发运行实例的启动性能和内存开销。

    arkcompiler-2.gif

  1. 源码安全

    ArkCompiler会把ArkTS/TS/JS编译为方舟字节码，运行时直接运行方舟字节码。并且ArkCompiler使用多种混淆技术提供更高强度的混淆与保护，使得HarmonyOS应用包中装载的是多重混淆后的字节码，有效提高了应用代码安全的强度。

    arkcompiler3.gif

开源开放的生态环境

OpenHarmony生态组成

OpenHarmony的生态由华为与生态合作伙伴共同构建，旨在构建一个健康的，可以自我正想迭代的生态系统，以持续吸引开发者和合作伙伴的加入，从而进而带动更多的用户选择。

HarmonyOS Connect介绍

HarmonyOS Connect协助三种商业形态发展

1个平台、3种商业模式：

  1. 鸿蒙智联产品

    伙伴自由渠道为主

  2. 华为智选

    华为全渠道销售为主

  3. 全屋子系统

    全屋渠道销售为主

HarmonyOS Connect生态智能家居产品合作伙伴案例

美的智能化家电、九阳不用手洗豆浆机、苏泊尔小C主厨料理机、方太智能电蒸箱、探梦者滑板车、新日电动车、奥佳华按摩椅等等。

四、HarmonyOS设计理念

HarmonyOS设计理念概述

HarmonyOS试图解决的问题

HarmonyOS作为面向智能终端的新一代OS，智能终端在万物互联的时代面临的问题就是HarmonyOS需要解决的问题目标范围。

HarmonyOS设计目标

  1. 业务设计目标
    • HarmonyOS的定位是面向万物互联下的操作系统，支撑万物互联下的多种设备和业务诉求，并随同相关技术而不断演进。
  2. 架构设计目标
    • 弹性
    • 可演进性
    • 生态友好性
    • 可重构性
    • 可用性
    • 流畅性
    • 安全性
  3. 架构设计原则
    • 分层抽象构建原则
    • 积木化搭建原则
    • 用户体验优化原则
    • 隐私保护与安全原则
    • 生态开放原则
    • 分布式架构原则
    • 接口隔离及兼容性原则
    • 高性能低功耗原则
    • 开源引用原则

鸿蒙生态应用核心技术理念

在万物智联时代重要机遇期，鸿蒙系统结合移动生态发展的趋势，提出了三大技术理念。

超级终端

超级终端是按用户在不同场景下使用各种智能终端，通过HarmonyOS的自动协同组成的一个逻辑终端。超级终端包含了各种类型的只能终端，是HarmonyOS管理的终端类型，对用户而言，就像一个终端。

五、HarmonyOS技术架构

HarmonyOS整体遵从分层设计，从下向上依次为：内核层、系统服务层、框架层和应用层。系统功能按照“系统 > 子系统 > 功能/模块”逐级展开，在多设备部署场景下，支持根据实际需求裁剪某些非必要的子系统或功能/模块。HarmonyOS技术架构如下所示。

内核层

系统服务层

系统服务层是HarmonyOS的核心能力集合，通过框架层对应用程序提供服务。该层包含以下几个部分：

根据不同设备形态的部署环境，基础软件服务子系统集、增强软件服务子系统集、硬件服务子系统集内部可以按子系统粒度裁剪，每个子系统内部又可以按功能粒度裁剪。

框架层

框架层为HarmonyOS应用开发提供了Java/C/C++/JS等多语言的用户程序框架和Ability框架，两种UI框架（包括适用于Java语言的Java UI框架、适用于JS语言的JS UI框架），以及各种软硬件服务对外开放的多语言框架API。根据系统的组件化裁剪程度，HarmonyOS设备支持的API也会有所不同。

应用层

系统类型

根据设备的内存差异，鸿蒙操作系统适配的系统类型分为三类：

  1. 轻量系统(mini system)
    • 支持的设备最小内存为128KiB
    • 面向MCU(单片机)类处理器，例如Arm Cortex-M、RISC-V 32位的设备，硬件资源极其有限。
    • 可以提供多种轻量级网络协议，轻量级图形框架，以及丰付的IOT总线读写部件等。可支撑的产品如智能家居领域的连接类模组、传感器设备、穿戴类设备等。
  2. 小型系统(small system)
    • 支持设备最小内存为1MiB
    • 面向应用处理器，例如：Arm Cortex-A的设备
    • 可以提供更高的安全能力，标准的图形框架、视频编解码的多媒体能力。可支撑的产品如智能家居领域的IP Camera、电子猫眼、路由器以及智慧出行领域的行车记录仪等。
  3. 标准系统(standard system)
    • 支持的设备最小内存为128MiB
    • 面向应用处理例如Arm Cortex-A的设备
    • 可以提供增强的交互能力、3D GPU以及硬件合成能力、更多控件以及动效丰付的图形能力、完整的应用框架。可支持的产品如高端的冰箱显示屏。

开发语言介绍

  1. 应用开发

    HarmonyOS支持如下语言

    1. ArkTS
    2. HML + JavaScript + CSS (仅FA模型可用)
    3. Java(仅API7及一下版本可用)
    4. C/C++

    OpenHarmony支持如下语言

    1. ArkTS
    2. HML + JavaScript + CSS (仅FA模型可用)
    3. C/C++

  2. 设备开发

    OpenHarmony设备开发仅支持C/C++编程语言。

六、部件化开发架构设计

HarmonyOS在模块化、组件化的基础上，引入了部件化架构的软件工程方法，综合运用模块化、部件化、组件化等手段，有效支撑了统一的操作在不同规格、不同形态、不同类型的设备上的弹性部署。

架构分层与组件化

能力集合

部件管理

七、三大技术特性

  1. 消费体验

    硬件互助，资源共享

    HarmonyOS可以实现不同终端设备之间的快速连接、能力互助、资源共享，匹配合适的设备、提供流畅的全场景体验。

  2. 应用开发者体验

    一次开发，多端部署

    HarmonyOS采用了多种分布式技术，使得应用程序的开发实现与不同终端设备的形态差异无关，降低了开发难度和成本。

  3. 设备开发者体验

    统一OS，弹性部署

    HarmonyOS采用了组件化的设计方案，可以根据设备的资源能力和业务特征进行灵活裁剪，满足不同形态的终端设备对于操作系统的要求。

统一OS弹性部署

HarmonyOS通过组件化和小型化等设计方法，支持多种终端设备按需弹性部署，能够适配不同类别的硬件资源和功能需求。支撑通过编译链关系去自动生成组件化的依赖关系，形成组件树依赖图，支撑产品系统的便捷开发，降低硬件设备的开发门槛。

支持个组件的选择(组件可有可无)：根据硬件的形态和需求，可以选择所需的组件。

支持组件内功能集的配置(组件可大可小)：像开发单设备根据硬件的资源情况和功能需求，可以选择配置组件中的功能集。例如，选择配置图形矿建组件中的部分控件。一样开发分布式应用，一次开发多端部署。

支持组件间依赖的关联(平台可大可小)：根据编译链关系，可以自动生成组件化的以来关系。例如，选择图形框架组件，将会自动选择依赖的图形引擎组件等。

一次开发多端部署

硬件互助，资源共享

多种设备之间能够实现硬件互助、资源共享，依赖的关键技术包括分布式软总线、分布式设备虚拟化、分布式数据管理、分布式任务调度等。

分布式软总线

分布式软总线是手机、平板、智能穿戴设备等分布式设备的通信基座，为设备之间的互联互动提供了统一的分布式通信能力，为设备间的无感发现和零等待传输创造了条件。开发者只需聚焦于业务逻辑的实现，无需关注组网方式与底层协议。

分布式软总线是如何自发现并连接的呢？

分布式软总线提出自动发现设备，实现用户零等待的自发现体验，附近同账号的设备自动发现无需等待，自动安全连接。分布式软总线提出了异构网络组网，自动构建一个逻辑全连接网络，以解决设备间不同协议交互的问题。

分布式设备虚拟化

分布式数据管理

用户数据不再与单一物理设备绑定，业务逻辑与数据存储分离，跨设备的数据处理如同本地数据一样方便快捷，让开发者能够轻松实现全场景、多设备下的数据存储、共享和访问，为打造一致、流畅的用户体验创造了基础条件。

分布式任务调度

分布式任务调度基于分布式软总线、分布式数据管理、分布式Profile等技术特性，构建统一的分布式服务管理(发现、同步、注册、调用)机制，支持对跨设备的应用进行远程启动、远程调用、远程连接以及迁移等操作，更够根据不同设备的能力、位置、业务运行状态、资源使用情况，以及用户的习惯和意图，选择合适的设备运行分布式任务。

八、系统安全

设备互信认证服务

九、元服务(原子化服务)

元服务定义

元服务是HarmonyOS提供的一种全新的应用形态，具有独立入口，用户可通过点击、碰一碰、扫一扫等方式直接触发，无需显示安装，由程序框架后台静默安装后即可使用，可为用户提供便捷服务。

元服务特性

元服务基于鸿蒙系统API开发，支持运行在1+8+N设备上，供用户在合适的场景、合适的设备上便捷使用。元服务是支撑可分可合，自由流转的轻量化程序实体，帮助开发者的服务更快触达用户。具备以下特点：

服务中心

服务中心为用户提供统一的元服务查看、搜索、收藏和管理功能。

元服务的服务流转

元服务开发总体要求

服务卡片定义

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