微信小程序基礎架構淺析
微信小程序，簡稱小程序，英文 mini program。是一種不需要下載安裝即可在微信中使用的應用，用戶掃描小程序碼或搜索小程序即可打開，觸手可及，用完即走，不用關心是否安裝太多應用的問題。
小程序技術演進
內部開放微信原生能力
使用 WeixinJSBridge 預覽圖片
此類 API 最初是提供給騰訊內部一些業務使用，很多外部開發者發現了之后，依葫蘆畫瓢地使用了，逐漸成為微信中網頁開發的事實標準。
JS-SDK 發布
2015 年初，微信發布了一整套網頁開發工具包，稱之為 JS-SDK，開放了拍攝、錄音、語音識別、二維碼、地圖、支付、分享、卡券等幾十個 API。讓所有開發者都可以使用到微信的原生能力。
使用 JS-SDK 調用圖片預覽組件
JS-SDK 解決了移動網頁使用微信能力不足的問題，通過暴露微信的接口使得 Web 開發者能夠擁有更多的能力，然而在更多的能力之外，JS-SDK 的模式并沒有解決使用移動網頁遇到的體驗不良的問題。
JS-SDK 的不足
用戶在訪問網頁的時候，在瀏覽器開始顯示之前都會有一個白屏的過程，在移動端，受限于設備性能和網絡速度，白屏會更加明顯。除了白屏，影響 Web 體驗的問題還有缺少操作的反饋，主要表現在兩個方面：頁面切換的生硬和點擊的遲滯感。
加載白屏，切換不流暢
此外一些開發者會使用 JS-SDK 做一些，比如假紅包，偽造的官方活動等。并利用 JS-SDK 的分享能力變相的去裂變分享到各個群或者朋友圈，由于 JS-SDK 是根據域名來賦予 api 權限的，運營人員封了一個域名后，他們立馬用別的域名又繼續做壞，要知道注冊一個新的域名的成本是很低的。
那么小程序是通過怎樣的設計來改進 JS-SDK 的體驗和管控上的不足?
小程序雙線程架構
具體實現上小程序采用了類 web + 離線包的形式。開發上與 web 類似，門檻較低，開發效率較高。離線下載和頁面預渲染功能增強了用戶體驗，提升了加載速度，解決了 JS-SDK 加載白屏的問題 1。小程序提供了云端更新離線包的功能，可動態更新頁面，相對于 app 的更新和發布更為靈活。此外，小程序在離線包的基礎上對切換動畫進行優化，降低了切換頁面導致的遲滯感，緩解了切換不流暢的問題 2。
小程序web+離線包模式
小程序在架構方面最大的特點是采用了雙線程的開發模式，隔離了 JS 邏輯和 UI 渲染。小程序的渲染層和邏輯層分別由 2 個線程管理：渲染層的界面使用了 WebView 進行渲染，邏輯層采用 JsCore 線程運行 JS 腳本。
邏輯層：創建一個單獨的線程去執行 JavaScript，在這個環境下執行的都是有關小程序業務邏輯的代碼;
渲染層：界面渲染相關的任務全都在 WebView 線程里執行，通過邏輯層代碼去控制渲染哪些界面。一個小程序存在多個界面，所以渲染層存在多個 WebView 線程;
通信：這兩個線程的通信會經由微信客戶端(下文中也會采用 Native 來代指微信客戶端)做中轉，邏輯層發送網絡請求也經由 Native 轉發，小程序的通信模型下圖所示。
小程序雙線程架構
JS 邏輯層運行在 JSCore 中，并沒有一個完整瀏覽器對象，因而缺少相關的 DOM API 和 BOM API，無法操作頁面元素，能達到管控的目的，但也限制了開發者的權限：
- 不允許開發者把頁面跳轉到其他在線網頁
- 不允許開發者直接訪問 DOM
- 不允許開發者隨意使用 window 上的某些未知的可能有危險的 API
這樣的邏輯層與 UI 層的隔離，加上小程序的審核和舉報機制，使得微信加強對小程序的管控，解決了問題 3。但這也使得開發者無法靈活的進行頁面渲染。
小程序頁面渲染
上面已經說了邏輯層無法操作 DOM 變更，那小程序是如何進行頁面的渲染呢?小程序基于數據驅動的架構模式，基于 Virtual Dom(React 引入，真實 DOM 的一種 JS 描述方式)的概念，業務側只需要改變數據即可引起界面變化。其中渲染層提供了帶有數據綁定語法的 WXML，邏輯層提供了setData 等等 API，開發者需要進行界面變化時，只需要通過在邏輯層執行 setData 把變化的數據通過 Native 層傳遞到渲染層，小程序會進行 Dom Diff(DOM 結構對比并進行最小化變更的算法)等流程，最后把正確的結果更新在 Dom 樹上。
小程序Virtual DOM渲染
完整的通信流程大致如下：
- 邏輯層調用宿主環境的 setData 方法。
- 邏輯層將待傳輸數據轉換成字符串，并拼接到特定的 JS 腳本，最后將數據傳輸到渲染層。
- 渲染層接收到后，WebView JS 線程會對腳本進行編譯，得到待更新數據后進入渲染隊列，等待 WebView 線程空閑時進行頁面渲染。
- WebView 線程開始執行渲染時，待更新數據會合并到視圖層保留的原始 data 數據，并將新數據套用在 WXML 片段中得到新的虛擬節點樹。經過新虛擬節點樹與當前節點樹的 diff 對比，將差異部分更新到 UI 視圖。同時將新的節點樹替換舊節點樹，用于下一次重渲染。
小程序方案與 React Native 對比
那么小程序與現有的混合開發技術類型的異同點在哪?尤其是與 React Native 的區別，小程序技術架構為什么沒有使用 React Native?
混合開發技術類型
現有的混合開發類型，基于 UI 渲染的分類來看，主要有兩類：
- 基于 WebView UI 的基礎方案。市面上主流，例如微信 JS-SDK，通過 JSBridge 完成 H5 和 Native 的雙向通訊，從而賦予 H5 一定的原生能力。
- 基于 Native UI 的方案，例如 React-Native、Weex、Flutter 等。在賦予 H5 原生 API 能力的基礎上，進一步通過 JSBridge 將 JS 解析成虛擬 DOM 傳遞到 Native，并使用原生渲染。
小程序也屬于類型 1，本次我們主要以類型 2 中的 React Native 作為對比分析。
React Native 技術架構
框架
React Native 框架主要有三層：
- JS 層：該層提供了各種供開發者使用的組件以及一些工具庫(事件分發等)。
- C++層：主要處理 java/OC 與 JS 的通信(JSBridge)以及執行 JavaScript(JS 腳本引擎)。
- Native 層(Object C/Java 層)：主要包括 UI 渲染器、網絡通信等工具庫。根據不同操作系統有不同的實現。
UI 渲染
React Native 基于 react 框架(Virtual Dom)來進行 UI 渲染，具體的流程大致如下：
- 首先 JS 層通過 JSX 編寫的 Virtual Dom 來構建 Component
- Native 層將其轉成真實 DOM 插入到原生 App 的頁面中。
- 當有變更，通過 diff 算法生成差異對象
- 最終由 Native 層將差異對象應用到原生 App 的頁面元素上。
通信
React Native 基于 JSCore 實現 js 與 java/oc 交互，具體流程大致如下：
- 把 JSX 代碼解析成 javaScript 代碼
- 讀取 JS 文件，并利用利用 JS 腳本引擎執行
- 返回一個數組，數組中會描述 OC/Java 對象，描述對象屬性和所需要執行的方法，這樣就能讓這個對象設置屬性，并且調用方法。
Reactive Native架構
React Native 優缺點
優勢
- 原生渲染，性能更好，用戶體驗較好;
- React 生態較好，對前端開發友好;
- hybrid 技術跨平臺開發，成本及難度低于原生;
- 可熱更新，能夠方便迭代。
劣勢
- 支持的樣式是 CSS 的子集，會滿足不了 Web 開發者日漸增長的需求;
- 現有能力下還存在的一些不穩定問題，比如性能、Bug 等;
- 把渲染工作全都交由客戶端原生渲染，會有更接近原生的體驗，但實際上一些簡單的界面元素使用 Web 技術渲染完全能勝任;
- React Native 之前爆出了一個開源協議問題(Facebook BSD+Patents ，大致內容是使用基于 Facebook BSD+Patents 協議的開源項目的開發者，未來要是因為專利問題與 Facebook 產生糾紛，那么 Facebook 將有權停止你使用該開源項目)，這對于之后也是存在隱患的。
小程序不選擇 React Native 原因
據小程序開發人員告知的原因如下：
- React Native 只支持 CSS 的子集，作為一個開放的生態，需要告知開發者哪些 CSS 屬性能用，哪些不能用，這樣的開發體驗較差;(對應上面的劣勢 1)
- React Native 本身存在一些問題，這些依賴 RN 的修復，同時這樣就變成太過依賴客戶端發版本去解決開發者那邊的 Bug，修復周期太長。(對應上面的劣勢 2)
- React Native 前陣子還搞出了一個開源協議問題，來說也是存在隱患的。(對應上面的劣勢 4)
小程序與 React Native 相同點
- 都具有 hybrid 技術的優點：接近原生的體驗，跨平臺開發
- 使用 Web 相關技術框架來編寫業務代碼，React Native 為 React 框架，小程序為小程序開發框架。
- 各自實現了跨語言通訊方案完成 Native(Java/Objective-c/…)端與 JavaScript(小程序中為渲染層和邏輯層)的通訊
小程序與 React Native 不同點
小程序使用瀏覽器內核 WebView 來渲染界面(小部分原生組件由客戶端參與渲染)，界面主要由成熟的 Web 技術渲染，輔之大量的接口提供豐富的客戶端原生能力，而 React Native 是客戶端原生渲染。理論上 React Native 相對于 WebView 的性能更好，但小程序的類 web 開發對開發來說入門相對簡單，像是一種開發效率與性能的雙刃劍。
小程序開發注意事項
基于上面的架構分析，我們在開發中需要注意是：
- 避免使用操作操作 DOM 的 npm 包。由于邏輯層和渲染層隔離，邏輯層無法操作 DOM/BOM API，所以需要使用 DOM/BOM API 相關的 npm 包和庫中不可使用。
- 避免頻繁調用setData。由于setData中的數據不僅需要通過 Native 層傳遞到渲染層，通過 DOM diff 算法等渲染成最終頁面，所以需要盡量減少setData的使用以避免性能問題。
- 避免setData傳遞大量的新數據。數據的傳輸會經歷跨線程傳輸和腳本編譯的過程，當數據量過大，會增加腳本編譯的執行時間，占用 WebView JS 線程，從而影響到最終的渲染性能。
