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张志成
诚迈科技高级技术专家

NAPI 是什么

NAPI 的概念源自 Nodejs,为了实现 javascript 脚本与 C++库之间的相互调用,Nodejs 对 V8 引擎的 api 做了一层封装,称为 NAPI。可以在 Nodejs 官网(https://nodejs.org/dist/latest-v20.x/docs/api/n-api.html)上查看各种 NAPI 接口定义说明。

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可以看到,NAPI 接口本身是 C++语言实现的,这些接口可以帮助 C++代码创建 JS 变量,或访问 JavaScript 运行环境中的 JS 变量与方法。

OpenHarmony 中的 NAPI

OpenAtom OpenHarmony(以下简称“OpenHarmony”)应用层基于 javascript 语言开发,而系统框架层则基于 C++语言。它们之间需要一个桥梁来实现两种语言代码之间的相互调用,这个桥梁就是 NAPI。

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这里可能有的小伙伴有疑问了:OpenHarmony 的 NAPI 和 NodeJs 的 NAPI 是一回事吗?应该说,OpenHarmony 系统沿用了 NAPI 的接口定义形式,但每个接口的内部实现都进行了重写。这是因为 NAPI 接口的本质是帮助 C++程序去跟 Javascript 引擎交互,因此对于不同的引擎需要有不同的实现方式。当用户调用了 NAPI 接口 napi_create_int64(), 对于 Nodejs 而言,它会去访问 V8 引擎的 api 创建一个 js 的数字变量,而对于 OpenHarmony,则是去访问 ArkUI 框架自己的 js 引擎(ArkNativeEngine)。在 OpenHarmony 源码中搜索 napi_create_int64() 方法,你会得到一份头文件定义:third_party\node\src\js_native_api.h 以及两份不同的实现代码:third_party\node\src\js_native_api_v8.ccfoundation\arkui\napi\native_engine\native_api.cppnative_api.cpp 是 OpenHarmony 版本的 NAPI 实现,想了解内部细节的可以从这里入手:

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创建一个简单的 NAPI

工程可以通过 DevEco Studio 的 Native C++模板创建一个包含简单 NAPI 实现的样例工程。

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该工程自带一个 hello.cpp,实现了一个能够被 javascript 代码调用的 add()方法。

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下面我们就基于这个简单的例子,探究一下 NAPI 框架的实现原理。

应用如何调用 NAPI 接口

应用代码导入对应的 so 库后,就可以调用该库实现的接口。

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这里我们注意到,导入日志库时使用的名称是"@ohos.hilog",应用代码如果写成  import hilog from 'libhilog.z.so'  其实也是可以成功导入的。实际上,ArkUI 在运行时会将 @ohos.hilog 转换为 libhilog.z.so,然后到 /system/lib/module/ 目录下查找此库并加载。系统实现的 NAPI 库都放在/system/lib/module/目录下,类似的:@ohos.wifiManager 对应的是 /system/lib/module/libwifimanager.z.so;@ohos.deviceInfo 对应的是 /system/lib//module/libdeviceinfo.z.so除了系统自带的 NAPI 库,应用也可以用 C++开发自己的 NAPI 库。上面例子中 import testNapi from 'libentry.so' 导入的就是应用自己实现的。应用开发的 NAPI 库会随着应用工程一起编译打包到 hap 文件中,最终部署到/data 目录每个应用自己的文件夹下。

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NAPI 库的导入原理

我们知道,应用的 javascript 代码是由 ArkUI 的 JS 引擎解释执行的。当 JS 引擎解读 import hilog from '@ohos.hilog'; 这行代码时,会通过 dlopen() 将对应的 libhilog.z.so 加载到应用进程中。这一切是怎么做到的呢?每个应用进程在初始化时,都会创建一个引擎实例 ArkNativeEngineImpl,我们来看一下它的构造函数 foundation\arkui\napi\native_engine\impl\ark\ark_native_engine_impl.cpp

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也就是说,每个应用进程的 JS 引擎中,都注册了一个"requireNapi"函数,当应用调用此方法时,JS 引擎就会通过 NAPI 框架的 moduleManager 类去处理 so 库的加载。moduleManager 内部最终是找到了/system/lib/module 下对应的 so 文件,并通过 dlopen()的方式加载到应用进程中。想了解细节的小伙伴可以读一下 NativeModuleManager::LoadNativeModule()方法的内部实现。

这里可能会有个疑问:应用的 javascript 代码中并没有写什么"requireNapi"的代码,只有 import xxx,怎么触发的导入处理函数?答案要到编译后的 js 代码中寻找。我们解开编译后的 hap 包,找到 ets 文件对应的 js 文件:

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可以看到,index.ets 被编译成 index.js 后,import 关键字也被转为了"requireNapi",这样 JS 引擎在执行这行代码时,就会去调用注册的导入处理函数了。

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C++库如何实现 JS 方法

前面解决了 JS 导 C++库的问题,下一步就是 JS 如何调用 C++库里的方法了。先说结论:一个 C++方法能否被应用调用,取决与 C++代码有没有将这个方法注册到 JS 引擎。我们来看看 hello.cpp 是如何注册 add 方法的:

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我们可以从下往上看这段代码:首先是 RegisterEntryModule(void) 方法。这是 C++向 JS 引擎进行 NAPI 模块与方法注册的起始代码。注意这个方法前面有个编译修饰符 "__attribute__((constructor))",它的作用是指导 C++代码的编译,使得当 so 库被加载到应用进程中时,RegisterEntryModule(void) 方法就会被自动调用到。该方法通过 NAPI 接口 napi_module_register() 向 JS 引擎注册了一个 napi_module。

然后是 Init()方法。该方法实现了 Add 方法的注册。也就是告诉 JS 引擎,将 JS 符号"add" 与 C++方法"Add" 进行关联映射。这样后续当 JS 引擎解释执行 javascript 代码 "testNapi.add(2, 3)"时,就会找到 C++ Add()方法的函数地址并调用。如下图所示:

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方法关联调用的问题也解决了,最后就是 JS 运行环境与 C++运行环境的相互切换了。当 C++的 Add 方法被 JS 引擎调用到后,引擎会将 javascript 下发的参数变量传递给 C++。所有从 JS 运行环境传递过来的变量都是用 napi_value 类型来表示的。需要通过 NAPI 接口转为 C++语言的变量类型。详见下图每行代码的注释:

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napi_value 不是一个具体的类型,它类似于 void*,表示的是 JS 变量在 JS 引擎内部存储区内的地址。需要通过对应的 NAPI 方法实现,例如:napi_get_value_int32()  --- js 变量转为 c++整形 napi_get_value_string_utf8() --- js 变量转为 c++字符串 napi_get_value_bool() --- js 变量转为 c++布尔值这些接口的具体用法和使用场景,可以参考 NodeJs 官方文档(https://nodejs.org/dist/latest-v20.x/docs/api/n-api.html

C++程序链接 NAPI 库

OpenHarmony 的 NAPI 接口实现都封装在 libace_napi.z.so 中,C++程序编译时需链接此库。对于 DevEco Studio 应用开发的 cpp 代码,在对应的 CMakeLists.txt 中链接。该库文件在 SDK 目录下可以找到。

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对于设备侧开发,系统框架中的 C++程序,则通过 BUILD.gn 文件定义依赖关系。

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总结

NAPI 是 JavaScript 与 C++交互的桥梁。在 OpenHarmony 中,Javascript 代码在运行时由 ArkUI 的 JS 引擎解释执行,C++代码则通过 NAPI 接口访问 JS 引擎中的 Javascript 上下文,从而实现与 JS 变量、方法之间的相互调用。

参考链接

以下是源码仓库地址
https://gitee.com/openharmony/arkui_napi
https://gitee.com/openharmony/third_party_node


OpenHarmony开发者
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OpenHarmony是由开放原子开源基金会(OpenAtom Foundation)孵化及运营的开源项目,