Dropbox经验谈:iOS和Android的C++跨平台开发

Dropbox 的开发人员最近分享了他们在移动 App 开发方面的经验。App 如何才能做到同时支持 iOS 和 Android 两个平台而又不需要在每个平台上对相同的功能重复编码。下面就让我们详细了解一下他们为什么这么做,从中得到什么好处以及在这个过程中探索出哪些关键经验。

几个月前,Dropbox 的开发人员 Stephen Poletto 和 Sean Beausoleil 在给 Facebook 的开发人员做讲座时提到,iOS 和 Android 平台代码库的不一致会带来一系列问题:

  • 开发和维护成本成倍增加。
  • 开发团队需要多次修复同样的缺陷。
  • 针对某个平台报告的缺陷可能会被另一个平台忽视掉。
  • 不同平台的 App 行为可能会有预料之外的细微差异。
  • 性能优化成本高昂并且与平台相关。

Dropbox 赖以克服上述这些问题的策略基础就是为所有 UI 无关的代码建立一个共享的跨平台 C++ 库,例如数据和网络部分的逻辑。UI 部分还是使用原生代码编写,以便尽可能地利用平台对动画特效和设备传感器等的支持,并且确保充分的响应速度。

与更倾向用 HTML 5 或 JavaScript 等较抽象语言的自顶向下的方法相对应,Poletto 和 Beausoleil 将这种方式描述为自底向上的方法。据两位开发人员介绍,这些方法通常难以达到预期的性能要求。

另外一方面,iOS 平台能够很好的支持 C++ 代码,而且这些代码也可以很方便的与 Objective C++代码结合。并且,尽管不像 iOS App 那样方便,Android App 也可以通过 Android 原生开发组件(NDK)使用 C++ 代码。

在 UIKonf 2014大会上,Mailbox app 的开发者 Steven Kabbes 为听众解释了 Dropbox 开发者如何通过 gyp 来处理 NDK 开发的复杂性,Google 的元构建(meta-build)系统可以用一个JSON 描述文件生成Xcode 项目,Android 和 Unix 下的 makefile 文件以及 Visual Studio 项目。Steven 还在 GitHub 上发布了一个项目来展示 Dropbox 中使用到的一些跨平台技术。

C++层的设计

Dropbox 的跨平台 C++ 层架构比较简洁,包括:

  • 一个 SQLite 数据库,扮演着“真相来源”的角色。
  • 一个独立运行的同步服务线程,以保持 Dropbox 服务器和本地 SQLite 数据库的同步。
  • 一个操作队列,维护所有尚未执行的用户操作。
  • 一个操作线程,负责从操作队列中提取用户操作,并在 Dropbox 服务器上执行这些操作。

Dropbox 跨平台 C++ 层的基本理念是在它和原生代码之间划分出明确的边界。这意味着 C++ 层与 UI 层之间没有任何数据共享,而且对象的来回复制也要穿过层与层之间的边界。这种策略的优点在于当涉及到并发时,两个层次可以被认为是完全独立的,因此它们不需要任何跨层的锁定,并且可以在无需考虑另外一方的情况下处理并发。

Dropbox C++ 层的主要组件是一个由 SQLite 驱动的查询和持久化框架,让 Dropbox 开发者可以避免使用 iOS 平台上的 Core Data 框架。Kabbes 解释说,Core Data 是一个快速而强大的框架,这个决定并不是由于 Core Data 框架本身的问题,完全是为了满足同时支持 Android、iOS、Mac 平台的需求,将来还需要支持 Windows 平台。这个组件并非为了完全替代 Core Data 框架,而只是提供持久化和查询的功能,加上用以保证 UI 反应速度的一个组件,即与 NSManagedObjectContextObjectsDidChangeNotification 功能类似的一个 C++ 通知机制。Kabbes 认为这是一个非常关键的组件。通过这一机制,只需要传输增量的变化。关于持久化组件的更多细节信息可以阅读 Kabbes 在 GitHub 上的笔记和Ole Begemann 发表的博文。

设计跨平台 C++ 层时,面临的一个难题是权衡什么情况下需要从头开始重新实现 OS 本身已经提供了的功能,什么情况下仅需编写包装器(wrapper)封装这个功能。正如 Poletto 所说,你不可能用 C++ 重新实现整个平台。因此,对于网络访问或 SSL 证书验证等基础功能,会通过封装的方式从 C++ 层回调到原生平台。Ole Begemann 列举了几个例子说明哪些功能不适于重新实现,例如,使用 NSURLSession 进行的后台下载,App 的后台行为,以及 iCloud 访问等。其他一些情况下,则可以重写那些由平台相关的 API 所提供的功能,例如 NSUserDefaults 已经被 LevelDB 替换成 Dropbox 的代码。

据 Poletto 介绍,在 iOS 和 Android 平台之间共享同一个代码库能够带来一系列的好处。首先,几乎可以肯定,iOS 和 Android 团队之间会有更加紧密的协作。其次,开发团队能够更早地捕捉到缺陷,并且可以在两个平台上同时修复这些缺陷。再次,性能调优可以同时优化两个平台。最后,Dropbox 可以利用 Android 的 beta 测试程序来测试“iOS 代码”,这样就可以立即修复问题而不需要等待 App Store 的审查过程。

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