鸿蒙系统新进展，解读HarmonyOS 2.0手机开发者beta版的变化

shuszhao · 发表于 2021-1-24 15:49:23

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虽说此前我们谈HarmonyOS 2.0系统的文章都反复提到，这是个面向“全场景”的操作系统，而不单是手机。毋庸置疑的是，HarmonyOS究竟何时登陆手机，恐怕是最多人关心的话题。
昨天华为在北京召开了一场HarmonyOS 2.0手机开发者Beta活动，用华为消费者BG软件部副总裁杨海松的一句话来回答，手机何时能用上HarmonyOS的问题最合适，那就是：“面向开发者的beta，不就是面向消费者鸿蒙系统手机的前奏吗？”
昨天电子工程专辑已经发布了有关HarmonyOS 2.0手机应用开发者Beta版的新闻，本文就尝试勾勒一下这个所谓的手机开发者Beta版，对于北向开发者而言，究竟意味着什么，有哪些改进。

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在阅读本文前，建议阅读我们此前对HarmonyOS 2.0系统的更多详细报道，包括九月份华为在HDC 2020开发者大会上发布的HarmonyOS 2.0系统究竟是个什么样的系统，这将更有助于各位理解覆盖“全场景”，以及“分布式技术”究竟是怎么回事。文章链接附在本文文末。
本文篇幅较长，共分成4部分：

[li]回顾分布式技术是什么？对开发者有什么价值？[/li][li]HarmonyOS 2.0手机开发者Beta版，有哪些变化？[/li][li]再谈分布式软总线。[/li][li]HarmonyOS生态构建成绩如何？开发者大赛正在进行。[/li]读者可选择自己感兴趣的部分阅读。

分布式技术，对开发者有何价值

这里再略花点笔墨做些前情提要，毕竟长期的手机操作系统式思维，在iOS和Android统领市场这么多年，还是需要市场的反复教育，才能够让一般人转变思维的。

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在活动下午场的技术分享上，华为消费者业务OS平台首席架构师[w(1] 分享了来自IoT-Analytics的一组数据，到2020年每个人持有的IoT设备数量（包括手机、PC、平板以及其他IoT设备）大约是6.57部。这个数字预计到2025年会推升至9.27部。
但事实上，直到目前为止，每个人手头的这些设备其实都无法做到真正的有效协同——它们绝大部分是孤立工作的。而HarmonyOS本质上就是将这些原本孤立的设备，通过“分布式软总线”串联起来，并藉由“分布式数据管理”“分布式任务调度”等能力，将所有IoT设备抽象成一个整体。
数据在这个整体的硬件上自由流转——用户不需要在意某个文件，究竟是在手机上、PC上、大屏电视上，还是哪个硬件上；各种任务负载，在各种设备抽象的“超级终端”上，由最适合的物理硬件去完成，甚至协同完成。前述架构师总结HarmonyOS是“重新定位人-设备-场景的关系”。

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其一是“新硬件”，即将原本孤立的终端打造为一个超级终端，“通过软件定义了新的硬件形式，硬件设备物理上存在的形态不重要了。”对于上层应用而言，所有设备都是抽象、单一的硬件。当以手机为中心时，智能摄像头可以是手机的摄像头，4K电视成为手机的虚拟屏幕，车载GPS也成为手机的定位能力，运动手表则成为手机的外置生物特征传感器。
其二是“新交互”，基于所有设备的连接，开发的业务“展现出新的交互模式”，“人可以选择最方便的交互模式，用最人性化的交互模式来交互。改变既有硬件不同特点的交互模式，最终构成复合型交互模式。”比如说手机上接收到一份工作文档，由于键盘、鼠标才是编辑文档最高效的交互方式；又由于分布式技术的存在，不需要像传统系统那样，把手机上的文档传输给PC，就能直接在PC上用键盘和鼠标直接编辑文档，也不需要回传至手机，手机就能打开或发出该文档。
其三“新服务”，一个服务存在于多个终端上，既可以在一个终端上，也可以是多个终端的场景组合，构成更好的用户体验。比如京东购物可以同时在手机、冰箱、大屏电视上进行，手机冰箱碰一碰就完成按需的流转；再比如手机、大屏电视同时运行视频app，电视负责播放节目，而手机则用于显示额外信息，例如可查询目前正播放电视剧中某个演员的资料，甚至综艺节目中，在电视上单独呈现某个明星专门的镜头。

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简单地说，对用户而言，是用一个鸿蒙操作系统，来解决IoT的所有问题。对应用开发者而言，这些改变又意味着什么呢？
首先，在技术上，用华为消费者业务软件部总裁王成录博士的话来说，“写一次代码，应用就能运行在所有设备上，生态在所有设备上共享。”如此一来，开发者就能占领更多的硬件设备入口。前文提到京东的例子，就让京东app“从手机单一平台解放出来，应用入口扩展到更多带屏设备，甚至是音箱设备，这些设备都成为京东的潜在入口”；“让上亿家居设备成为京东购物的入口”。
其次，从用户体验的角度来说，开发的应用可脱离单设备的限制，硬件资源可组合利用，又能分别运行，应用体验得到提升。“喜马拉雅在车机上，以及所有有扬声器和麦克风的设备上运行，”不仅有更多入口，而且也有更合适、方便的入口促成app使用体验的提升。”

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王成录博士援引了一组数据，从2018年开始，手机出货量、移动App数量，以及消费者在手机上消耗的时间就不怎么增长了。“手机生态来到一个临界点，”“没有持续的增长，产业就会进入到下滑阶段。”IoT显然能抑制这种下滑，而HarmonyOS则让应用，从单一的手机上，扩展到更多的IoT设备上。所以用大白话来说HarmonyOS为开发者带来了什么：
1.更多机会，更赚钱；2.开发过程更简单。
“华为在和南向硬件厂商合作，更多的硬件厂家加入到鸿蒙生态体系中来，你的应用有机会运行在这些设备上，占领更多的入口，成为大家努力创新的更好的突破口和出发点。”这其实也是HarmonyOS生态能否吸引开发者的一部分。

手机开发者Beta版，为开发者带来了什么

此前我们发布有关鸿蒙系统的文章，大多还是在讲概念。未来我们会有更多的机会去深入到HarmonyOS系统内部，从开发者，以及系统底层的角度来探讨HarmonyOS系统本身。这次，我们尝试从北向开发者的角度来谈谈，HarmonyOS 2.0手机应用Beta版本究竟能带来些什么。

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从大方向来看，系统服务层面抽象封装了包括分布式软总线、分布式数据管理等在内的各种具体实现。这些对于开发者而言都是隐藏的。开发者因此只需要关注业务逻辑即可，很多复杂的分布式技术，是交由下层框架去解决的。
面向开发者的是分布式框架。这次发布的两个重点是分布式应用框架，与分布式UI框架。此外DevEco IDE也有了更新。

（1）分布式应用框架

这些框架令开发者不需要为不同的设备，做app的重复开发，是实现一次开发多端部署的基础。
这里HarmonyOS引入了一个“元能力”（Ability）的概念，元能力是“实现应用跨端部署的基础单元”，应用由元能力“灵活组装，可大可小，可分可合，可流转”。用王成录博士的话来说，“元能力相当于鸿蒙应用里建筑材料的最小单元，可以单独运行在小设备上，又可以根据能力的不同，不同的FA（Feature Ability）在不同的设备上运行。”“这个能力，是我们能够做到一次业务代码的书写，就让应用跑在不同设备上的重要基础。”
从华为开发者文档来看，这里的“Ability”是HarmonyOS引入的一种应用可提供功能的抽象，Ability类是HarmonyOS应用的基础组件，是不同设备间系统最小迁移单元，Ability可彼此间联合或者单独部署。

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华为将其称作程序的“原子化”。前述架构师也提到FA（Feature Ability，元程序，有UI界面）和PA（Particle Ability，元服务，无UI界面）是超级终端的基础应用结构——超级终端前文已经提过了，这是个抽象多设备后的整体。不同的FA和PA，完成单一功能用户程序，基于这样的用户程序可在多设备间调度、流转、可分可合。这两种类型的Ability，为开发者提供不同的模板，实现不同的业务功能。
FA、PA由系统统一调度，并可被其他第三方程序调用集成。FA/PA这种元能力的存在，对于HarmonyOS和开发者而言，实现了接口功能的规范化，“调用能力傻瓜化”。FA/PA的关键特征，前述架构师列出的是“支持不同设备的Profile，不常驻；业务逻辑与数据、显示两两分离；支持可重入和远端执行”。

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上面这张图对比了，若要实现app在不同设备上的互通，传统Android开发需要从底层到上层的各部分适配，各层都需要做修改。而HarmonyOS将UI往下的基础服务做了全部的封装，这对开发者而言就轻松了很多。

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王成录博士举了京东开发直播购物跨端功能的例子，即手机上的京东转到电视大屏，手机可以用来执行其他操作——这在活动现场也有专门的演示。据说开发这样一个特性，只需要一天时间。“基于编程框架，一个人一天就能做这样一个很好的应用体验。”王成录表示，“对开发者而言，四条语句，调几个函数，就能完成这样的功能了。”

（2）分布式UI框架

分布式UI框架，是用于解决在应用开发过程中，针对不同形状、尺寸、分辨率屏幕显示，以及交互适配困难的问题的。很多应用开发，UI的工作量经常占到一半以上。不同显示尺寸的适配问题要占用开发者大量的时间和经历。这次的Beta版，面向开发者提供了分布式UI框架，“各种自适应，封装成一个个可调用的模块，适配不同尺寸、分辨率的屏幕。”
从针对分布式应用开发的实例演示来看，这一版系统提供了7类自适应布局能力：包括拉伸、缩放、隐藏、拆行、均分、占比、延伸等。“所有界面元素都做了架构上的解耦，解耦到最小粒度，这样就能根据硬件尺寸来做调整。”

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除了显示以外，在交互方面，新版系统引入了一种“归一设计”。隐藏不同输入方式的差异，组件针对不同输入进行差异化反馈，一致化交互事件接口。比如针对一张图片，触摸屏是双指捏合实现缩放，PC则通过Ctrl+鼠标滚轮，还有触控板双指捏合，手表上则可能是通过表冠旋转。所以HarmonyOS现在做了“交互事件归一”，开发者只需要关注交互本身。
分布式UI框架实现的，一句话也就是“一次开发，适配不同显示介面”，以及节省UI开发的时间。

（3）DevEco Studio 2.0 Beta3

DevEco Studio是华为官方所推的IDE。这次IDE的更新主要有四点。第一是提供了9套“手机应用模板”，比如新闻、购物类app，开发者可以直接套用，部分减少了app开发工作量。
第二，IDE中加入了多端界面预览、实时反馈。这次似乎主要是多加了对手机界面的预览。实现效果如下图。

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第三，分布式调试。这一点是很值得一提的。因为当开发是跨终端的，而且开发过程对开发者还隐藏了大量实现细节，做了高层次的抽象，那么IDE中调试功能的开发会成为难点——或者说调试本身也需要做到高层调试。这一点相信华为在其中也投入了大量工作，这次更新中提到的是“一个断点，调跨端代码”，即调试过程只需要在一个设备上打断点。
即便该设备同时连多设备，在所谓的“分布式”概念下，令其处于调试状态下，则相当于一个设备的一个进程要“穿越”到另外一个设备的另一个进程中。即便是这样，“一个断点就够了”。[w(2]
第四，模拟仿真无限接近真机。就是在不需要真机的情况下，在云端进行模拟，并实时看到开发应用模拟运行的效果。华为部署的云模拟器是基于ARM架构服务器的，“逼近真机”。这项特性在此前DevEco Studio的介绍中就看到过，这次可能是做了进一步的完善。
包括“支持20+种器件及传感器逼真模拟：连续导航，连续计步，以及移动网络（接收短信/来电）等场景”。

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再谈谈分布式软总线

以上这些就是相较今年9月HarmonyOS 2.0刚刚问世时，其手机开发者Beta版的一些主要改进项目了。从这些面向开发者的改进，实则就不难发现HarmonyOS处在功能完善阶段：尤其是据更早提出这个系统的目标，包括分布式技术这个看起来需要相当投入的目标——尤其为了上层应用开发的便利，还要对众多开发者隐藏分布式技术的实现细节。
针对这一点，我们尝试再来简单看看分布式软总线这项技术。华为2012实验室计算机网络与协议实验室主任提到[w(3] ，之所以称其为“软总线”，是因为“计算机里头，总线操作对软件是不可见的。我们希望HarmonyOS的通信能力对应用而言，就像总线一样，不需要开发者去关心物理通道实现”。
分布式软总线的概念，此前我已经在好几篇文章中提过了，它是分布式技术的基础之一。即“超级终端”的形成，是需要这根“线”把所有物理设备串联起来，才能实现分布式数据管理、分布式任务调度的。此前我们知道了，分布式软总线具备“自发现、自连接”“高带宽”“低时延”“高可靠”以及“融合组网”等特点。

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对于分布式软总线本身的实现，我们还是知之甚少的。分布式软总线在实现上，至少需要解决网络技术基础问题、配置与安全认证问题、性能调优问题等。这次郑凯提到了分布式软总线的“极简通信协议”技术，将OSI网络模型中的3-7层（网络层、传输层、会话层、表示层、应用层）精简为一层，就叫“近场极简通信协议栈”。
“因为OSI是针对广域网，东西很全，但我们要实现业务直达，做精简抽象”…“多层协议流程打通，剪除很多不必要的环节”，以及“避免层间调用和工程开销”。郑凯说。
另外还要做到“多元化协议与算法，智能感知和决策”——“我们需要让协议、软总线，因时因地在繁复庞大的知识库里，找到最优路径，这就要求协议栈模块化，成为智能感知、智能决策、具体执行这样一个完整的系统。”不知道到目前为止，华为是否已经在HarmonyOS上实现了以上这个大工程。
除了传输，华为还需要解决这条“软总线”在网络发现、连接，以及组网方面的问题。比如发现与连接，HarmonyOS期望做到“智能自发现”的“多通路并发优选”；认证阶段，则采用华为账号一站式认证，非首次连接则做了认证过程的简化；连接过程，则有“多路连接通道按需连接”这样的设定。
而在组网相关的部分——因为“分布式软总线”宣传的一个重点，就是蓝牙、WiFi的“异构融合组网”。虽然实现细节仍然很不清楚，不过郑凯这次大致提到了“多协议IP化、动态转换，组件异构融合自组网”；“自协商：网络自构建，协议自协商”；“广覆盖：多协议组网，联通资源孤岛”；“共标准：统一互通标准，促进生态融合”；“强互补：多协议、多介质物理特性互补”。以及涉及整个已组建网络的“多跳自组网”，要做到快速收敛一张“无环网”，并且还有设计冗余链路、多路径传输。
其实开发者不需要关注这些实现细节和过程。在开发demo中，很容易了解到网络的发现过程，是由软总线自动完成；组网过程，开发者也不需要关心组网协议，软总线跨物理介质互通；软总线还隐藏了复杂文件传输实现，开发者不需要关注I/O、协议、平台迁移、性能基线等。

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上面这张图是手机与大屏传文件的第三步，传输过程。开发者调用文件传输接口，发送文件，定义文件meta信息的一行代码，软总线底层隐藏逻辑包含的内容也可从图中一目了然。
就华为这一侧来看，仅是分布式软总线上述的这些设计目标，似乎就涉及到极为庞大的工程量。这可能与华为此前在网络通讯技术上的积累有很大的关系。
分布式软总线的这个例子其实很能反映HarmonyOS最终目标的工程量有多浩大。如果从更高层级来看这套系统，这里还可以再举个例子。HarmonyOS采用多内核设计，针对不同设备、应用场景，可以选择不同的系统内核。这其实也是HarmonyOS可覆盖下至几百KB RAM，上至GB级别RAM设备的重要原因。

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上面这张图可见，内核层可选Linux Kernel，或者是LiteOS——LiteOS是一个轻量化的更适用于小型IoT设备的内核，而且它还支持MMU，内核/app空间隔离，以及支持POSIX接口，所以许多开源软件可以在LiteOS上直接使用。为了实现多内核的设计，其上需要有一个KAL抽象层，隐藏内核实施细节，面向上层提供基础内核能力，包括进程、线程管理，内存管理，文件系统，网络管理等。
这也是HarmonyOS真正做到“全场景”覆盖的最底层基础。不过其实现难度似乎也相当之大。这些都只是HarmonyOS的组成部分，这张图上其实也能看到上层的各种分布式能力。
其实在活动下午场HarmonyOS 2.0架构、关键技术解读中，还涉及HarmonyOS应用程序框架、应用开发平台，以及的更多讲解。鉴于篇幅的关系，这里就不再展开了。但总体可总结的是，和分布式软总线的那些关键技术一样，为开发者提供的便利，也就意味着是华为需要海量投入去完成的——这个过程恐怕不是短时间内可达到的。

生态构建3个月的成果，和开发者大赛

实际上9月份HDC2020华为开发者大会上，HarmonyOS 2.0问世至今也不过区区3个月时间，似乎华为对生态构建的成绩汇报是以月为单位的，这也表明华为在HarmonyOS生态构建上还是有信心。以下是杨海松在采访中提供的一些数字和信息：

[li]HDC发布会后，鸿蒙成为中国最热的开源项目，没有之一；我们聚集了10万以上的开发者人才生态圈——而且是真正有效的开发者，包括下载鸿蒙源代码、下载过IDE工具、提交过代码、参与过鸿蒙课程的。[/li][li]HDC大会上，有5家合作伙伴与我们签约，目前已经有10家。到年底，我们预计会有20+的SKU的HarmonyOS硬件上市；明年相信这个数字会翻几番。[/li][li]明年的目标是1亿台生态设备会搭载HarmonyOS系统。[/li][li]硬件合作伙伴方面的进展。中国所有头部智能家电企业都在和我们谈，有些已经签约，有些正在签约。[/li][li]应用开发者，我们现在有120+的应用合作伙伴，已经和我们签订了整个HarmonyOS集成开发的协议，同时和我们一起做HarmonyOS的创新。[/li][li]产业链构建，无论硬件、软件还是人才产业链，共建者给我们的反馈也超出预期。已经有5款以上芯片、9个模组、3-4家软硬件集成解决方案合作伙伴签约。预计明年软硬件集成合作伙伴出货量会过千万。[/li]

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“生态建立最艰难的过程，就是从零到一的过程，最难的时刻就是现在。”杨海松说。其实上面这些成绩看起来还是相当不错，即便目标的完成大概也会很有压力。作为生态构建的一环，华为也开启了HarmonyOS开发者创新大赛，昨天应该就已经正式上线了，到明年5月15日截止，提供150万元奖金，另会有20名导师负责指导。
最后值得一提的是，杨海松在采访中提到，这次活动是面向开发者的；而面向手机消费用户时，有一些相关HarmonyOS生态的重磅信息尚无法公开。所以未来2C的发布会上，我们预计还会看到一波更有趣的内容更新，那就是更贴近消费用户的系统特性了。
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