Stage模型深入解讀

作者：sunbingxin 應(yīng)用框架架構(gòu)師

HarmonyOS 3.1版本（API 9）推出了全新應(yīng)用開發(fā)模型-Stage模型，該模型重新定義了應(yīng)用開發(fā)的能力邊界，從應(yīng)用開發(fā)模型的角度，支持多窗口形態(tài)下統(tǒng)一的應(yīng)用組件生命周期，并支持跨設(shè)備的遷移和協(xié)同機制。本文為大家詳細(xì)介紹Stage模型。

一

Stage模型概念

應(yīng)用開發(fā)模型是運行在不同OS上的抽象結(jié)構(gòu)。OS通過這種抽象結(jié)構(gòu)，把應(yīng)用開發(fā)的基礎(chǔ)設(shè)施封裝在OS內(nèi)部。開發(fā)者通過使用應(yīng)用開發(fā)模型，復(fù)用OS基礎(chǔ)設(shè)施的能力，達(dá)到高效開發(fā)應(yīng)用的目的。

1、什么是Stage模型

Stage模型提供面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方式，規(guī)范化了進程創(chuàng)建的方式，提供組件化開發(fā)機制，將組件抽象為UIAbility和ExtensionAbility兩大類。UIAbility組件的生命周期包含創(chuàng)建、銷毀、前臺、后臺狀態(tài)，將與界面強相關(guān)的獲焦、失焦?fàn)顟B(tài)都放在窗口管理對象中，從而實現(xiàn)UIAbility與窗口之間的弱耦合；在服務(wù)側(cè),窗口管理服務(wù)依賴于組件管理服務(wù)，前者通知后者前后臺變化，這樣組件管理服務(wù)僅感知前后臺變化，不感知焦點變化。ExtensionAbility組件提供場景化的服務(wù)擴展機制，不提供自定義服務(wù)的能力。

相比于FA模型，Stage模型提供了更靈活的開發(fā)方式，更低的內(nèi)存占用和更規(guī)范化的系統(tǒng)管理機制。

未來HarmonyOS將在兼容FA模型的基礎(chǔ)上，持續(xù)演進Stage模型。

FA模型與Stage模型對比圖

2、Stage模型能力特點

Stage模型能力示意圖

Stage模型的設(shè)計，是為了提供給開發(fā)者一個更好的開發(fā)方式，更好的適用于多設(shè)備、分布式場景。

Stage模型的三大能力特點：

1）原生支持組件級的遷移和協(xié)同

Stage模型的組件天生具備分布式遷移和協(xié)同的能力，它是HarmonyOS支持分布式能力在應(yīng)用模型上的體現(xiàn)。

應(yīng)用組件支持跨設(shè)備的數(shù)據(jù)恢復(fù)：

充分使用ArkUI的聲明式UI和多頁面的能力，把數(shù)據(jù)/狀態(tài)保存在UIAbility組件實例中，邏輯修改數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)驅(qū)動UI變化。多設(shè)備間遷移UIAbility，就是遷移UIAbility的數(shù)據(jù)/狀態(tài)。在目標(biāo)設(shè)備上通過數(shù)據(jù)/狀態(tài)來恢復(fù)UI，實現(xiàn)邏輯與UI的解耦，提升了流轉(zhuǎn)開發(fā)效率。

應(yīng)用組件支持跨設(shè)備的遠(yuǎn)程調(diào)用：

UIAbility組件支持跨設(shè)備拉起另外一個設(shè)備上同名應(yīng)用的同名組件實例。系統(tǒng)在拉起過程中，通過底層軟總線的能力在兩個組件實例之間建立跨設(shè)備的RPC連接，開發(fā)者在獲取RPC接口后，即可進行跨設(shè)備通信，適用于應(yīng)用在設(shè)備間交互的場景。

2）支持多設(shè)備形態(tài)和多窗口形態(tài)

在桌面設(shè)備上，窗口可以最大化/最小化/任意改變窗口大小，窗口間可以任意切換焦點，接收用戶輸入。在移動設(shè)備上，基本以全屏窗口為主，窗口之間構(gòu)成棧結(jié)構(gòu)，只有頂層窗口才能接收用戶輸入。如何在不同窗口形態(tài)的設(shè)備上，提供統(tǒng)一的組件模型呢？Stage模型分離了UIAbility生命周期和窗口顯示/焦點事件，使得窗口的焦點切換不影響UIAbility組件的狀態(tài)。

UIAbility的前后臺狀態(tài)和窗口的全屏/最小化的關(guān)系如下：

只有當(dāng)窗口最小化的時候，UIAbility組件進入后臺狀態(tài)，否則UIAbility組件處于前臺狀態(tài)；

當(dāng)一個窗口全屏的時候，觸發(fā)其他窗口最小化（可以根據(jù)產(chǎn)品形態(tài)確定全屏窗口個數(shù)）。

在桌面設(shè)備和移動設(shè)備的交互體驗不同的情況下，系統(tǒng)通過實施上述規(guī)則，可以保證UIAbility組件的生命周期定義在多設(shè)備上保持一致。同時，不論在桌面設(shè)備還是移動設(shè)備，都遵循每個新的UIAbility組件實例都會創(chuàng)建一個任務(wù)，所以也保證了任務(wù)（Mission）機制在多設(shè)備上的一致性。

3）重新定義應(yīng)用能力邊界

通常情況下，應(yīng)用如果可自行決定創(chuàng)建多少個進程、自定義服務(wù)時，系統(tǒng)為保證用戶體驗，需要在后臺運行管控、進程關(guān)聯(lián)啟動等方面對應(yīng)用的運行狀態(tài)進行強管理，從而降低系統(tǒng)總體的內(nèi)存占用和功耗開銷。

Stage模型基于場景的服務(wù)擴展、嚴(yán)格的后臺管控機制和受限的進程模型，重新定義了應(yīng)用能力邊界，使進程環(huán)境從“無序”到“有序”，規(guī)范了進程管理模型。

二

Stage模型介紹

基于Stage模型開發(fā)應(yīng)用，下面將會從應(yīng)用組件、進程模型、線程模型、任務(wù)模型、后臺運行機制、應(yīng)用配置文件6個方面進行介紹。

1、組件模型

應(yīng)用開發(fā)模型中需要指明應(yīng)用開發(fā)的入口。在HarmonyOS上，應(yīng)用組件是應(yīng)用開發(fā)的入口，同時也是運行時入口。用戶啟動、使用和退出應(yīng)用過程中，應(yīng)用組件會在不同的狀態(tài)間切換，這些狀態(tài)稱為應(yīng)用組件的生命周期。應(yīng)用組件提供生命周期的回調(diào)函數(shù)，開發(fā)者通過應(yīng)用組件的生命周期回調(diào)感知應(yīng)用的狀態(tài)變化。

Stage模型組件類型

Stage模型提供了UIAbility和ExtensionAbility兩種類型的組件。

1） UIAbility組件是一種包含UI界面的應(yīng)用組件，主要用于和用戶交互。UIAbility的生命周期只包含創(chuàng)建/銷毀/前臺/后臺等狀態(tài)，通過WindowStage的事件暴露顯示相關(guān)的狀態(tài)。每個UIAbility組件都會有一個主窗口與之綁定，如果開發(fā)者希望開發(fā)復(fù)雜的頁面和動效，我們推薦開發(fā)者使用ArkUI的多頁面能力。UIAbility支持跨設(shè)備拉起同名組件，并與之協(xié)同交互的能力。

2）ExtensionAbility組件是一種面向特定場景的應(yīng)用組件，系統(tǒng)在特定場景下啟動該組件為用戶提供服務(wù)。開發(fā)者并不直接從ExtensionAbility派生，而是從ExtensionAbility的派生類派生。目前ExtensionAbility有用于卡片場景的FormExtensionAbility和用于輸入法場景的InputMethodExtensionAbility等多種派生類。在Stage模型上，普通應(yīng)用開發(fā)者不能開發(fā)自定義服務(wù)，也不支持開發(fā)者直接啟動ExtensionAbility，包括開發(fā)者自己編寫的ExtensionAbility。

2、進程模型

進程模型示意圖

Stage模型有三類進程，是從系統(tǒng)總體資源占用考慮，希望由系統(tǒng)負(fù)責(zé)應(yīng)用進程的創(chuàng)建和銷毀。所以不支持應(yīng)用自定義配置多進程，也不支持通過接口啟動進程。

1）主進程

開發(fā)者編寫的UIAbility入口及其依賴的代碼都在該進程中運行。它是由UIAbility組件的啟動觸發(fā)創(chuàng)建的。

2）ExtensionAbility進程

開發(fā)者編寫的同一種類型的ExtensionAbility組件實例都會在同一個進程中運行。不同類型的ExtensionAbility組件實例則在不同的進程中運行。該類進程是由系統(tǒng)服務(wù)在特定場景下創(chuàng)建，并根據(jù)用戶對特定場景的使用，決定其何時銷毀。同時該類進程獨立于主進程創(chuàng)建，并且不支持與主進程之間進行IPC通信。

3）Render進程

為了支持WebView的運行，每個應(yīng)用只能創(chuàng)建一個Render進程用于運行WebView的渲染引擎。這個Render進程也是由系統(tǒng)負(fù)責(zé)創(chuàng)建和銷毀。

3、線程模型

HarmonyOS的原生應(yīng)用開發(fā)語言為ArkTS。在應(yīng)用進程啟動時，系統(tǒng)會在主線程上創(chuàng)建一個ArkTS的虛擬機實例，然后加載和執(zhí)行應(yīng)用的入口代碼。應(yīng)用組件的生命周期回調(diào)，輸入事件的分發(fā)，ArkUI的布局等操作都會在主線程上執(zhí)行，所以我們推薦開發(fā)者不要在主線程上執(zhí)行單次耗時過長的操作，否則容易引發(fā)卡頓。

ArkTS通過提供Worker API支持并發(fā)編程。Worker有獨立的虛擬機上下文，它與主線程是兩個不同的虛擬機上下文。它們之間通過postMessage API進行通信。這種基于消息傳遞的并發(fā)模型與基于鎖的并發(fā)模型不同，需要開發(fā)者特別注意。

4、任務(wù)模型

用戶在操作應(yīng)用的過程中，經(jīng)常需要對已經(jīng)操作過的應(yīng)用進行切換，這些操作記錄（不同OS的操作對象定義可能不同）經(jīng)常被稱為任務(wù)。應(yīng)用任務(wù)管理模型需要定義任務(wù)的操作對象，以及任務(wù)創(chuàng)建和銷毀的方式和時機。

在HarmonyOS上，每次用戶啟動一個新的UIAbility組件實例，都會生成一個新的任務(wù)（Mission）。例如，用戶啟動一個視頻應(yīng)用后，切換到“任務(wù)中心”界面，將會看到視頻應(yīng)用這個任務(wù)，當(dāng)用戶點擊這個任務(wù)時，系統(tǒng)會把該任務(wù)切換到前臺，如果這個視頻應(yīng)用中的視頻編輯功能也是通過應(yīng)用組件編寫的，那么在用戶啟動視頻編輯功能時，會創(chuàng)建視頻編輯的應(yīng)用組件實例，在“任務(wù)中心”界面中，將會展示視頻應(yīng)用、視頻編輯兩個任務(wù)。

任務(wù)（Mission）中記錄了組件和快照的信息，并在系統(tǒng)中持久化。即使任務(wù)對應(yīng)的組件實例銷毀，任務(wù)仍然存在。如果用戶從任務(wù)中心中選擇某個任務(wù)，任務(wù)對應(yīng)的組件實例會被拉到前臺并獲焦，如果它對應(yīng)的組件實例已經(jīng)銷毀，系統(tǒng)會創(chuàng)建一個新的組件實例與之對應(yīng)。

開發(fā)者在用戶交互設(shè)計上需要特別注意，避免產(chǎn)生過多的任務(wù)。如果開發(fā)者希望使用多個頁面交互，推薦使用ArkUI的頁面棧能力。

HarmonyOS的任務(wù)模型不提供任務(wù)棧的能力，每個應(yīng)用可以有多個任務(wù)在任務(wù)中心呈現(xiàn)，不同應(yīng)用的任務(wù)不會以棧的形式堆疊在一起，避免了不同應(yīng)用間任務(wù)混淆不清的情況。

5、后臺運行機制

后臺運行示意圖

當(dāng)應(yīng)用的所有前臺UIAbility組件都進入后臺的時候，系統(tǒng)認(rèn)為該應(yīng)用進入后臺。應(yīng)用在后臺運行的機制對設(shè)備續(xù)航影響很大。HarmonyOS后臺運行機制的設(shè)計初衷是希望應(yīng)用進程在系統(tǒng)規(guī)則范圍內(nèi)運行，并使用戶可感知，避免應(yīng)用進程在后臺運行，而用戶不感知的情況。我們提供了如下幾種后臺任務(wù)（Task）：

1）短時任務(wù)

系統(tǒng)每天會給申請了短時任務(wù)的應(yīng)用分配一定的后臺運行配額。

2）長時任務(wù)

系統(tǒng)定義了若干種后臺長時運行的任務(wù)類型，開發(fā)者需要在應(yīng)用的配置文件中配置，并需要上架審核。這樣該應(yīng)用在設(shè)備上后臺運行的時候，就可以保持長時間運行，同時系統(tǒng)會通過用戶可感知的UI提示用戶有后臺進程正在運行。例如導(dǎo)航，錄音，音樂等場景。

3）無任務(wù)

默認(rèn)情況下，應(yīng)用不申請任何后臺運行方式，則會在應(yīng)用進程進入后臺10秒鐘后被凍結(jié)掛起，應(yīng)用無法收到外部非用戶操作事件。

4）閑時任務(wù)

對于一些CPU密集型，且對實時性要求不高的任務(wù)，比如科學(xué)計算等場景，系統(tǒng)提供了閑時任務(wù)機制。例如設(shè)備充電等適當(dāng)?shù)臅r機向應(yīng)用提供后臺運行的能力，開發(fā)者可以通過Work-SchedulerExtensionAbility使用該機制，系統(tǒng)會根據(jù)當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)和用戶使用頻次決策喚醒時機。

5）托管任務(wù)

對于一些可以托管給系統(tǒng)執(zhí)行的任務(wù)。比如下載等場景，系統(tǒng)提供代理任務(wù)的API，由系統(tǒng)代理實現(xiàn)任務(wù)，應(yīng)用進程會處于凍結(jié)狀態(tài)。

6、應(yīng)用配置文件

Stage模型提供了全新的應(yīng)用配置文件，它包含應(yīng)用信息、應(yīng)用組件信息、權(quán)限信息、開發(fā)者自定義信息等，這些信息在編譯構(gòu)建、分發(fā)和運行階段分別提供給編譯工具、應(yīng)用市場和操作系統(tǒng)使用。

Stage應(yīng)用模型是HarmonyOS應(yīng)用開發(fā)的基礎(chǔ)架構(gòu)，它從組件模型、面向?qū)ο箝_發(fā)方式、進程/線程模型等方面對FA模型進行了全面的優(yōu)化，提高了應(yīng)用開發(fā)效率。后續(xù)我們將在應(yīng)用模型的基礎(chǔ)設(shè)施、大型應(yīng)用開發(fā)、拓展應(yīng)用形態(tài)、跨設(shè)備能力和性能體驗等方面繼續(xù)打磨，支撐HarmonyOS應(yīng)用生態(tài)拓展，廣大開發(fā)者加入進來，一起探索和創(chuàng)新，共建萬物互聯(lián)的應(yīng)用生態(tài)。

未來將來，有跡可循！

END

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