eTS的起源和演進思路

Mozilla創(chuàng)造了JS，Microsoft創(chuàng)建了TS，Huawei進一步推出了eTS。

從最初的基礎的邏輯交互能力，到具備類型系統(tǒng)的高效工程開發(fā)能力，再到融合聲明式UI、多維狀態(tài)管理等豐富的應用開發(fā)能力，共同組成了相關(guān)的演進脈絡。

eTS（extended TypeScript）是鴻蒙生態(tài)的一種應用開發(fā)語言。它在TypeScript（簡稱TS）的基礎上，擴展了聲明式UI、狀態(tài)管理等相應的能力，讓開發(fā)者可以以更簡潔、更自然的方式開發(fā)高性能應用。TS是JavaScript（簡稱JS）的超集，eTS則是TS的超集。eTS會結(jié)合應用開發(fā)和運行的需求持續(xù)演進，包括但不限于引入分布式開發(fā)范式、并行和并發(fā)能力增強、類型系統(tǒng)增強等方面的語言特性。本期我們結(jié)合JS和TS以及相關(guān)的開發(fā)框架的發(fā)展，為大家介紹eTS的起源和演進思路。

一、JS

JS語言由Mozilla創(chuàng)造，最初主要是為了解決頁面中的邏輯交互問題，它和HTML（負責頁面內(nèi)容）、CSS（負責頁面布局和樣式）共同組成了Web頁面/應用開發(fā)的基礎。隨著Web和瀏覽器的普及，以及Node.js進一步將JS擴展到了瀏覽器以外的環(huán)境，JS語言得到了飛速的發(fā)展。在2015年相關(guān)的標準組織ECMA發(fā)布了一個主要的版本ECMAScript 6（簡稱ES6），這個版本具備了較為完整的語言能力，包括類（Class）、模塊（Module）、相關(guān)的語言基礎API增強（Map/Set等）、箭頭函數(shù)（Arrow Function）等。從2015年開始，ECMA每年都會發(fā)布一個標準版本，比如ES2016/ES2017/ES2018等，JS語言越來越成熟。

為了提升應用的開發(fā)效率，相應的JS前端框架也不斷地涌現(xiàn)出來。其中比較典型的有Facebook發(fā)起的React.js，以及個人開發(fā)者尤雨溪發(fā)起的Vue.js。React和Vue的主要出發(fā)點都是將響應式編程的能力引入到應用開發(fā)中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和界面內(nèi)容的自動關(guān)聯(lián)處理。具體的實現(xiàn)方式上，React對JS做了一些擴展，引入了JSX（JavaScript XML）語法，可以將HTML的內(nèi)容統(tǒng)一表示成JS來處理；Vue則是通過擴展的模板語法（Template）的方式來處理。

下面通過兩個示例，為大家簡要介紹React和Vue。（示例來源于w3schools網(wǎng)站：https://www.w3schools.com/whatis/）

1. React示例

圖1 React示例

以上代碼描述了React怎么在指定的頁面元素（id為id01的div元素）中改變相應的字符串內(nèi)容（從“Hello World！”到“Hello John Doe！”）。其中第5行的ReactDOM.render（）是React JS庫提供的一個方法，它可以將相應的內(nèi)容刷新到指定的HTML元素中。第6行是符合JSX語義的一段代碼，它包含了一個類似HTML結(jié)構(gòu)的字符串（《h1》。..《/h1》），以及一個表達數(shù)據(jù)綁定語義的字段（{name}），會關(guān)聯(lián)到第4行定義的name變量。通過這種方式，JSX把HTML的語義以及數(shù)據(jù)綁定機制和JS語言結(jié)合起來，可以方便地在JS語言中使用。

2. Vue示例

圖2 Vue示例

以上Vue示例代碼也描述了類似的功能。其中第1~3行是類似HTML的語法，描述一個id為app的div頁面元素，其中的{{message}}是數(shù)據(jù)綁定的語義，在Vue中表示為Template。第6~9行是JS代碼，描述了一個Vue對象，對應了上述的app頁面元素以及所需的數(shù)據(jù)變量message的內(nèi)容信息。第11~13行則是JS函數(shù)，它改變message變量的值為“John Doe”。執(zhí)行這個函數(shù)時Vue會自動實現(xiàn)相應的UI界面刷新。

如上所示，React和Vue所表達的能力是類似的，不過側(cè)重點稍微有所不同。React主要是基于JSX的語法，將類HTML的語法融合到JS語言中；Vue則是基于Template機制，在HTML的基礎上擴展相應的語義。當然，上面這兩個例子只是簡要地描述了React和Vue的基礎信息，更詳細的語法以及CSS相關(guān)的使用等都沒涉及。

從運行時的維度來看，基于React以及Vue的應用都可運行在Web引擎上。為了進一步提升相應的性能體驗，2015年Facebook在React基礎上推出了React Native， 在渲染架構(gòu)上沒有采用傳統(tǒng)的Web引擎渲染路徑，而是橋接到相應OS平臺的原生UI組件上。2019年Facebook引入全新實現(xiàn)的JS引擎Hermes，并推出一系列架構(gòu)改進來進一步提升React Native的性能體驗。2016年阿里巴巴開源的Weex則是基于Vue做了一些類似的改進，也是采用了橋接到原生UI組件的渲染路徑。

二、TS

隨著JS生態(tài)的發(fā)展，如何更有效地支撐大型的應用工程開發(fā)變成了一個重要的課題。大型的應用工程一般會涉及較復雜的代碼以及較多的團隊協(xié)作，對語言的規(guī)范性，模塊的復用性、擴展性以及相關(guān)的開發(fā)工具都提出了更高的要求。為此，Microsoft在JS的基礎上，創(chuàng)建了TS語言，并在2014年正式發(fā)布了1.0版本。TS主要從以下幾個方面做了進一步的增強：

引入了類型系統(tǒng)，并提供了類型檢查以及類型自動推導能力，可以進行編譯時錯誤檢查，有效的提升了代碼的規(guī)范性以及錯誤檢測范圍和效率。

在類型系統(tǒng)基礎上，引入了聲明文件（Declaration Files）來管理接口或其他自定義類型。聲明文件一般是以d.ts的形式來定義模塊中的接口，這些接口和具體的實現(xiàn)做了相應的分離，有助于各模塊之間的分工協(xié)作。另外，TS通過接口，泛型（Generics）等相關(guān)特性的支持，進一步增強了設計復雜的框架所需的擴展以及復用能力。

在工具層面，TS也有相應的編輯器、編譯器、IDE（Integrated Development Environment）插件等相關(guān)的工具，來進一步提升開發(fā)效率。

TS在兼容JS生態(tài)方面也做了較好的平衡，TS應用通過相應編譯器可以編譯出純JS應用，可以在標準的JS引擎上運行。同時，TS定位為JS的超集，即JS應用也是合法的TS應用。此外，在標準層面上，TS兼容ECMA的相應標準，并維護那些還未成為ECMA標準的新特性。

三、eTS

如上所述，基于JS的前端框架以及TS的引入，進一步提升了應用開發(fā)效率，但依然存在一些不足。

從開發(fā)者維度來看：

寫一個應用需要了解三種語言（JS/TS、HTML和CSS）。這對Web開發(fā)者相對友好，但對非Web開發(fā)者來說，負擔較重。

從運行時維度來看：

在語言運行時方面，盡管TS有了類型的加持，但也只是用于編譯時檢查，然后通過TS Compiler轉(zhuǎn)成JS，運行時引擎還是無法利用到基于類型系統(tǒng)的優(yōu)化。

在渲染方面，主流Web引擎由于本身復雜度以及歷史原因，性能、資源占用方面與常見OS原生框架都有一定的差距，尤其在移動平臺上。React Native通過渲染架構(gòu)的改進一定程度上提升了性能體驗，但在平臺渲染效果和能力的一致性，以及JS語言性能等方面還是存在一定的不足。

Google在2018年底推出的Flutter則走了另外一條路，結(jié)合新的語言Dart，引入新的聲明式開發(fā)范式，基于Skia的自繪制引擎構(gòu)建可跨平臺的獨立的渲染能力。這是一種較為創(chuàng)新的方案，不過也有幾點不足：

Dart語言生態(tài)。盡管Dart語言2011年就已推出，而且目標是取代JS，但整個生態(tài)還是非常弱小，Dart語言發(fā)布7年后隨著Flutter的推出才有所改善。整體而言，Dart和主流語言生態(tài)相比還是有非常大的差距。

開發(fā)范式。Flutter暴露了很多細粒度的Widget接口，整體開發(fā)的簡潔度，開發(fā)門檻，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年又推出了新的開發(fā)框架Jetpack Compose，結(jié)合了Kotlin的語言生態(tài)，設計了新的聲明式UI開發(fā)范式。

2019年，我們在思考如何構(gòu)建新的應用開發(fā)框架的時候，從以下幾個維度進行了重點考慮：

語言生態(tài)

開發(fā)效率

性能體驗

跨設備/跨平臺能力

由于JS/TS有比較完善的開發(fā)者生態(tài)，語言也比較中立友好，有相應的標準組織可以逐步演進，JS/TS語言成了比較自然的選擇。以JS/TS為基礎，在開發(fā)框架的維度，我們做了如下的架構(gòu)演進設計：

通過基于JS擴展的類Web開發(fā)范式，來支持主流的前端開發(fā)方式。同步的，在運行時方面，通過渲染引擎的增強（平臺無關(guān)的自繪制機制、聲明式UI后端設計、動態(tài)布局/多態(tài)UI組件等），語言編譯器和運行時的優(yōu)化增強（代碼預編譯、高效FFI-Foreign Function Interface、引擎極小化等），進一步提升相關(guān)的性能體驗，并可部署到不同設備上（包括百KB級內(nèi)存的輕量設備）。另外，通過平臺適配層的設計，構(gòu)建了跨OS平臺的基礎設施。

通過基于TS擴展的聲明式UI開發(fā)范式，提供了更簡潔更自然的開發(fā)體驗。在運行時方面，在上述的基礎上，結(jié)合語言運行時的類型優(yōu)化，以及渲染運行時的扁平化流水線技術(shù)等，進一步提升性能體驗。

圖3 ArkUI開發(fā)框架

圖3描述了ArkUI開發(fā)框架的整體架構(gòu)，其中，基于TS擴展的聲明式UI范式中所用的語言就是eTS。下面結(jié)合一個具體示例，從應用開發(fā)視角簡單介紹下基于eTS的全新聲明式開發(fā)范式。

如圖4所示的代碼示例，UI界面會顯示一個 “Hello World” 的文本和一個 “Click me” 按鈕。當用戶點擊“Click me”按鈕時，字符串變量 myText 的值會從“World” 變?yōu)椤癆CE”，文本最終顯示為 “Hello ACE”。

圖4 eTS聲明式開發(fā)范式

這個示例中所包含的eTS聲明式開發(fā)范式的基本組成說明如下：

（1） 裝飾器

用來裝飾類、結(jié)構(gòu)體、方法以及變量，賦予其特殊的含義，如上述示例中 @Entry 、 @Component 、 @State 都是裝飾器。具體而言， @Component 表示這是個自定義組件； @Entry 則表示這是個入口組件； @State 表示組件中的狀態(tài)變量，這個狀態(tài)變化會引起 UI 變更。

（2） 自定義組件

可復用的 UI 單元，可組合其它組件，如上述被 @Component 裝飾的 struct Hello。

（3） UI 描述

聲明式的方式來描述 UI 的結(jié)構(gòu)，如上述 build（） 方法內(nèi)部的代碼塊。

（4） 內(nèi)置組件

框架中默認內(nèi)置的基礎和布局組件，可直接被開發(fā)者調(diào)用，比如示例中的 Column、Text、Divider、Button。

（5） 事件方法

用于添加組件對事件的響應邏輯，統(tǒng)一通過事件方法進行設置，如跟隨在Button后面的onClick（）。

（6） 屬性方法

用于組件屬性的配置，統(tǒng)一通過屬性方法進行設置，如fontSize（）、width（）、height（）、color（） 等，可通過鏈式調(diào)用的方式設置多項屬性。

從UI框架的需求角度，eTS在TS的類型系統(tǒng)的基礎上，做了進一步的擴展：定義了各種裝飾器、自定義組件和UI描述機制，再配合UI開發(fā)框架中的UI內(nèi)置組件、事件方法、屬性方法等共同構(gòu)成了應用開發(fā)的主體。在應用開發(fā)中，除了UI的結(jié)構(gòu)化描述之外，還有一個重要的方面：狀態(tài)管理。如上述示例中，用 @State 裝飾過的變量 myText ，包含了一個基礎的狀態(tài)管理機制，即 myText 的值的變化會自動觸發(fā)相應的 UI 變更 （Text組件）。ArkUI 中進一步提供了多維度的狀態(tài)管理機制。和 UI 相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，不僅可以在組件內(nèi)使用，還可以在不同組件層級間傳遞，比如父子組件之間，爺孫組件之間，也可以是全局范圍內(nèi)的傳遞，還可以是跨設備傳遞。另外，從數(shù)據(jù)的傳遞形式來看，可分為只讀的單向傳遞和可變更的雙向傳遞。開發(fā)者可以靈活的利用這些能力來實現(xiàn)數(shù)據(jù)和 UI 的聯(lián)動。

總體而言，ArkUI開發(fā)框架通過擴展成熟語言、結(jié)合語法糖或者語言原生的元編程能力、以及UI組件、狀態(tài)管理等方面設計了統(tǒng)一的UI開發(fā)范式，結(jié)合原生語言能力共同完成應用開發(fā)。這些構(gòu)成了當前eTS基于TS的主要擴展。

ArkUI完整的開發(fā)范式可參考這里：

https://gitee.com/openharmony/docs/blob/master/zh-cn/application-dev/ui/Readme-CN.md

四、下一步演進

接下來，除UI框架需求之外，eTS也會結(jié)合應用開發(fā)及運行的其他方面需求持續(xù)演進：

1. 更完善的類型系統(tǒng)

我們已經(jīng)設計并實現(xiàn)了專門運行時，利用eTS的類型輸入，在程序執(zhí)行一開始就獲得較高的運行性能（不像其它傳統(tǒng)JS引擎需要預熱才能獲取高性能）。但是目前的類型系統(tǒng)在運行時的設計上仍然考慮了兼容模式，即在運行時，當對象類型發(fā)生變化時會走Bailout機制，以使程序在類型不匹配時仍能正常運行。一種更極致的方式是：引入一種特定模式來支持確定類型的表達，當開發(fā)者可以明確類型時，提供相應的信息，這樣運行時可以通過針對性設計，進一步提升性能體驗。另外，eTS將來也會在類型系統(tǒng)中拓展一些新的類型，在與運行時結(jié)合的優(yōu)化中會提供更好的性能體驗。

2. 更靈活的并行化處理

目前的移動設備基本都是多核設備（包括同一配置的多核以及不同配置的大小核），有些設備還會攜帶多種計算芯片（CPU/GPU/NPU/。..）。語言在并發(fā)特性上如何充分應用多核設備甚至異構(gòu)芯片是一個重要的課題。目前我們采用的仍然是業(yè)界常見的類Actor模型的并發(fā)接口——Worker，它彌補了Actor模型的些許劣勢，即允許用戶轉(zhuǎn)移和共享大量的Buffer以避免通信時拷貝的開銷。但是開發(fā)者仍需自己去管理Worker的生命周期，利用Worker也不能非常方便地觸發(fā)一個異步并行任務。我們已經(jīng)在嘗試在Actor模型上封裝一種任務接口，方便用戶更容易利用多核觸發(fā)異步并行任務。我們也一直在關(guān)注Swift、Dart、Kotlin、Go這些語言并發(fā)特性的發(fā)展和運行時的實現(xiàn)，eTS的特定模式中靜態(tài)類型模型的引入也會給并發(fā)機制帶來更多高性能實現(xiàn)的可能性，比如對象的凍結(jié)、所有權(quán)轉(zhuǎn)移、值語義等等。我們將持續(xù)致力于提供簡潔高效的并發(fā)API，幫助應用開發(fā)者更容易開發(fā)出高性能的應用。

當然，eTS以及ArkUI開發(fā)框架還很年輕，還有很多其它方面也會持續(xù)演進，比如UI自定義能力的進一步完善，語言運行時以及跨語言交互的進一步優(yōu)化，跨OS平臺能力的擴展（包括Android、iOS等），分布式開發(fā)范式等等。

作為應用生態(tài)的底座，應用開發(fā)框架的創(chuàng)新永無止境。我們希望和廣大的開發(fā)者一起，持續(xù)圍繞著開發(fā)效率、運行體驗、跨設備/跨平臺等相關(guān)方面一起合作，一起創(chuàng)新，共建繁榮的應用生態(tài)！

原文標題：淺析eTS的起源和演進

文章出處：【微信公眾號：HarmonyOS開發(fā)者】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。