基于HarmonyOS应用开发的课程建设初探

龙军 何畅 赵东东

摘要：该文从分析华为公司最新开始装机商用的HarmonyOS 2系统的技术架构入手，阐述HarmonyOS应用程序的形态和Ability、Page、AbilitySlice、Intent等概念，比较Java UI框架和JS UI框架的特点及应用方式，研究HarmonyOS的数据库、映射、DDS等数据存储和原子化服务，最后针对HarmonyOS应用开发所涉及的知识和技术，探索设计基础、应用、拓展三层次课程体系，培养学生的实践操作能力。

关键词：HarmonyOS;鸿蒙;分布式;课程建设

中图分类号：TP311       文献标识码：A

2019年8月华为公司开发的具有自主产权的开源操作系统HarmonyOS（鸿蒙系统）正式发布，2021年6月HarmonyOS 2及多款搭载HarmonyOS 2的新产品上线，用户装机量两个月超5000万。这是一款全新的基于微内核的面向全场景的分布式操作系统[1]，基于用一套系统适配手机、平板、智能穿戴、智慧屏、车机等多种终端形态的分布式理念，提供移动办公、运动健康、社交通信、媒体娱乐等全场景业务能力，将各类硬件根据需要随意组装，手机可以调用电视、电脑的大屏幕，电脑也可以调用手机的摄像头拍照、扫码[2]。

1 HarmonyOS的技术概述

HarmonyOS支持Java、XML、C/C++、JavaScript、CSS和HarmonyOS Markup Language（HML）等语言进行应用开发，有内核层、系统服务层、框架层和应用层四层，系统功能按“系统、子系统、功能/模块”逐级展开[3]。

内核层的内核子系统是适配不同设备的OS内核，驱动子系统提供统一外设访问能力和驱动开发、管理框架，提供开放的硬件生态。

系统服务层是HarmonyOS的核心能力集合，通过框架层为应用程序提供服务。其中系统基本能力子系统集提供分布式应用在多设备上运行、调度、迁移等操作的基础能力;基础软件服务子系统集提供公共通用的软件服务;增强软件服务子系统集提供针对不同设备、差异化的能力增强型软件服务;硬件服务子系统集提供硬件服务。

框架层提供多语言的用户程序框架和Ability框架，适用Java语言的Java UI框架和适用JS语言的JS UI框架，各种软硬件服务对外开放的多语言框架API。

应用层包括系统应用和第三方非系统应用。应用由一个或多个有UI界面的Feature Ability（FA）或无UI界面的Particle Ability（PA）组成。FA能与用户交互，PA提供后台运行任务的能力和统一的数据访问抽象。FA在进行用户交互时由对应的PA提供所需的后台数据支撑。

2 HarmonyOS的应用

HarmonyOS应用程序是在设备操作系统上运行、为用户提供特定服务的程序，有安装和免安装两种形态。应用程序包以App Pack形式发布，由一个或多个HarmonyOS Ability Package（HAP）和描述每个HAP属性的pack.info组成。HAP是Ability的部署包，由代码、资源、第三方庫及应用配置文件组成，有应用主模块entry和应用动态特性模块feature两类。entry指一个App中对于同一设备类型有且只有一个entry类型的HAP，可独立安装运行，feature指一个App包含零个、一个或多个feature类型的HAP，只有包含Ability的HAP才能独立运行。

Ability是应用所具备能力的抽象，一个应用可包含一个或多个Ability。HarmonyOS支持应用以Ability为单位进行部署。FA支持Page Ability，Page模板是FA唯一支持的模板，用于提供与用户交互的能力。PA支持Service Ability和Data Ability，Service模板用于提供后台运行任务的能力，Data模板用于对外部提供统一的数据访问抽象。在配置文件config.json中注册Ability时，按Ability元素的type属性值（page、service或data）确定Ability模板类型。

一个Page实例可包含一组相关页面，每个页面用一个AbilitySlice实例表示，即一个Page有多个AbilitySlice，但Page进入前台时只展示一个AbilitySlice。用setMainRoute（）方法指定默认展示的AbilitySlice，用addActionRoute（）方法配置一条路由规则以改变展示的AbilitySlice，通过Intent的Action实现从其他Page实例导航到该AbilitySlice。同一Page内用present（）或presentForResult（）方法实现导航，Page间用startAbility（）或startAbilityForResult（）方法实现导航。

Intent是对象间传递信息的载体，由Operation和Parameters构成。Operation包括动作Action、类别Entity、路径Uri、处理Intent方式Flags、包描述BundleName、待启动Ability名称AbilityName、运行指定Ability设备ID的DeviceId。Parameters是支持自定义的数据结构，用来传递请求所需的额外信息。

3 HarmonyOS的UI框架

HarmonyOS提供了Java UI框架和JS UI框架两种FA的UI开发框架。Java UI框架提供了细粒度的UI编程接口，包括一部分Component和ComponentContainer的具体子类，有DirectionalLayout、DependentLayout等常用布局和文本、按钮、图片、列表等常用组件，通过组件进行交互操作并获得响应。需要注意的是所有的UI操作必须在主线程进行设置。

JS UI框架提供了相对高层的UI描述，是跨设备的高性能UI开发框架，用类HTML和CSS声明式编程语言开发页面布局和页面样式，支持声明式编程和跨设备多态UI，页面业务逻辑支持ECMAScript规范的JavaScript语言，声明式编程避免编写UI状态切换的代码，视图配置信息更直观、应用开发更简单。JS UI框架支持纯JS、JS+Java混合语言开发，JS FA是基于JS或JS+Java混合开发的FA。

Java UI框架可以在XML中声明UI布局或在代码中创建布局的方式编写，两者创建的布局没有本质差别，用XML方式更简便直观。用XML方式编写页面时，XML文件放在main＼resources＼base＼layout目录中，使用时需要在main＼java＼包＼slice目录中相应Java文件代码的onStart（）方法中用super.setUIContent（ResourceTable.Layout_布局文件名）加载XML布局，并通过findComponentById（ResourceTable.组件Id）方法创建布局文件中的组件对象。用代码创建布局时，在Java文件的onStart（）方法中用DependentLayout 布局对象名 = new DependentLayout（this）;声明并创建布局对象的实例，再依次设置布局的相关属性，用代码：组件类型 组件对象名 = new 组件类型（this）;创建组件对象，并用组件对象名设置相关属性及应用。

JS UI框架中页面文件通常放在main＼js＼default＼pages＼index目录中，由同名的hml、css、js三个文件构成。hml文件用HML标记定义页面布局、页面中的组件和层级关系，指定组件的类并绑定事件，css文件定义页面的样式，js文件定义页面中诸如数据绑定、事件处理等业务逻辑。通过AceAbility类中setInstanceName（）接口设置该Ability的实例资源来加载JS FA，并通过AceAbility窗口显示和管理全局应用生命周期。

JS UI框架提供了JS FA调用Java PA的机制，在HarmonyOS引擎内提供一种通道来传递方法调用、数据返回和事件上报，根据需要自行实现FA和PA两端的接口完成对应的功能逻辑，包含远端调用Ability和本地调用Internal Ability两种方式。JS端与Java端通过接口扩展机制进行通信，通过bundleName和abilityName来进行关联。FeatureAbility Plugin收到JS调用请求后，系统根据JS指定的abilityType选择对应的Ability或Internal Ability方式进行处理。在onRemoteRequest（）中实现PA提供的业务逻辑，不同业务通过业务码区分。

4 HarmonyOS的数据存储和原子化服务

HarmonyOS支持单设备的各种结构化数据的持久化和跨设备数据的同步、共享及搜索功能。本地应用数据管理用SQLite作为持久化存储引擎，基于SQLite组件对外提供一系列增删改查接口，也可直接用SQL语句实现复杂应用。对象关系映射数据库是基于SQLite的数据库框架，屏蔽底层的SQL操作，针对实体和关系提供了一系列面向对象的接口，以操作对象的形式操作数据库。还有用Key-Value结构的数据进行存取和持久化操作的轻量级数据存储，运行时数据加载在内存中，访问速度快、存取效率高。

分布式数据服务通过调用分布式数据接口，为应用程序提供不同设备间数据库数据分布式的能力。通过结合账号、应用和数据库三元组，分布式数据服务对不同应用的数据进行隔离，保证不同应用间的数据不能通过分布式数据服务相互访问。在通过可信认证的设备间，分布式数据服务支持应用数据相互同步，为用户提供在多种终端设备上最终一致的数据访问体验。把手机的内核级安全能力扩展到其他终端，进而提升全场景设备的安全性，通过设备能力互助，共同抵御攻击，保障智能家居网络安全[4]。

原子化服务是HarmonyOS提供的一种面向未来的服务提供方式，基于HarmonyOS API，是有独立入口的、免安装的、可为用户提供一个或多个便捷服务的用户应用程序形态，应用形态更加轻量、入口更丰富、分发更精准。支持运行在1+8+N设备上，由1个或多个HAP包组成，1个HAP包对应1个FA或PA，每个FA或PA均可独立运行，完成1个特定功能，1个或多个功能（对应FA或PA）完成1个特定服务。

5 课程体系建设

通过研究HarmonyOS的技术架构和应用开发所需的技术，首先要有一定的软件项目设计、开发、管理及文档编写能力，熟悉HTML、XML等标记语言和JSON数据格式，熟悉Java和JS语言并进行软件开发，掌握CSS语法和规则，用面向华为终端全场景多设备的一站式集成开发工具DevEco Studio进行应用开发。实际工作中通常会同时使用JS和Java语言开发，用JS来制作应用的UI，用Java开发应用的逻辑，用JS FA调用Java PA。最后通过HarmonyOS IDL实现不同设备间的跨進程通信，即在一个设备上访问另一设备的进程或者调用另一设备的方法，实现多设备的协同。

设计基于HarmonyOS应用开发的教学体系时，针对HarmonyOS分布式应用开发涉及面广、针对性强、技术要求高的特点，要强化软件工程、Java语言、Web前端和服务器端开发等相关基础知识的学习，突出HarmonyOS应用基础开发技能的训练，最终进行跨语言、跨网络、跨设备的综合性分布式应用系统开发能力的培养。课程体系可参考图2。

HarmonyOS的诞生打破了操作系统的垄断，让中国软件第一次步入全球顶尖操作系统的竞争行列，对比安卓系统，其运行速度更快更流畅;对比 iOS 系统，手机鸿蒙更省电[5]。HarmonyOS对华为公司乃至中国，都具有极其重要的战略意义。对于高校来说，应抓住这一历史机遇，适时进行相关课程的改革，建立起基于HarmonyOS的基础、应用、拓展三个层次的课程体系，在教学实践中不断优化和发展。

参考文献：

[1] 李艳，刘丹，田小东，等.HarmonyOS特点与应用前景分析[J].通信与信息技术，2019（5）：85-87.

[2] 文华.手机版鸿蒙来了 它到底能做什么？[J].通信世界，2020（34）：34-35.

[3] 华为.HarmonyOS Developer文档[EB/OL].[2021-07-30].https：//developer.harmonyos.com/cn/documentation.

[4] 宋奇.华为HarmonyOS 2.0不一样的体验[J].计算机与网络，2020，46（18）：72.

[5] 李冲.鸿蒙系统：万物互联将成现实[J].华东科技，2021（7）：14-15.

【通联编辑：梁书】

收稿日期：2021-08-24

基金项目：海口经济学院校级项目《基于“1+X”Web前端开发人才培养模式的构建与实践》（Hjyj2020031）

作者简介：龙军（1971—），男，海口经济学院副教授，研究方向为计算机应用。

3078500338235