初识HarmonyOS

一、HarmonyOS VS Android

相信很多关注鸿蒙的⼈，都会关注的⼀个焦点话题，那就是HarmonyOS是不是Android的套壳，对于这个话题，我只想阐明以下⼏个观点：

1. HarmonyOS并不是Android的替代品，HarmonyOS与Android并⾮同⼀个赛道。
2. HarmonyOS⽬前缺乏⽣态⽀持这⼀点远远⽐不上Android，但是HarmonyOS的战略眼光更加⾼。
3. HarmonyOS相⽐Android有⼀定的性能提升。

1.1 系统定位

⾸先，我们来看⼀下这⼆者的⼀个定义：

• Android：⼀种基于Linux内核（不包含GNU组件）的⾃由及开放源代码的操作系统。主要使⽤于移动设备，如智能⼿机和平板电脑，由美国Google公司和开放⼿机联盟领导及开发。
• HarmonyOS：⼀款⾯向万物互联时代的、全新的分布式操作系统。在传统的单设备系统能⼒基础上，HarmonyOS提出了基于同⼀套系统能⼒、适配多种终端形态的分布式理念，能够⽀持⼿机、平板、智能穿戴、智慧屏、⻋机等多种终端设备，提供全场景（移动办公、运动健康、社交通信、媒体娱乐等）业务能⼒。

从上⾯的定义就可以看出，Android和HarmonyOS两款产品的研发初衷完全不⼀样，根本就不在同⼀个赛道上，安卓系统⾯向的是⼿机端，⽽鸿蒙系统⾯向的是这些年⽐较的新的概念物联⽹，致⼒于利⽤其5G世界领先的技术，优先布局和打造⼀个超级终端，万物互联的⽣态。

1.2 内核对比

所谓“外行看热闹，内行看门道”，真正决定Android和HarmonyOS本质不同的就是内核、系统
架构等。

• Android：基于linux的宏内核设计 ，宏内核包含了操作系统绝大多数的功能和模块，而且这
  些功能和模块都具有最高的权限，只要一个模块出错，整个系统就会崩溃，这也是安卓系统
  容易崩溃的原因。系统开发难度低。
• HarmonyOS：基于微内核设计，微内核仅包括了操作系统必要的功能模块（任务管理、内
  存分配等）处在核心地位具有最高权限，其他模块不具有最高权限，也就是说其他模块出现
  问题，对于整个系统的运行是没有阻碍的，微内核稳定性很高。鸿蒙系统包含了两个内核：
  Linux内核和LiteOS内核。

关于这部分内容，建议大家看一下华为官方对于HarmonyOS的技术架构介绍视频，内核层总体
架构有说明。

此处，我们重点介绍一下内核层，HarmonyOS系统的内核层分为内核子系统和驱动子系统，说
明如下。

• 内核子系统：HarmonyOS采用多内核设计，支持针对不同资源受限设备选用适合的OS内核。内核抽象层（KAL，Kernel Abstract Layer）通过屏蔽多内核差异，对上层提供基础的内核能力，包括进程/线程管理、内存管理、文件系统、网络管理和外设管理等。
• 驱动子系统：硬件驱动框架（HDF）是HarmonyOS硬件生态开放的基础，提供统一外设访问能力和驱动开发、管理框架。

1.3 运行效率

由于HarmonyOS汲取了各种系统的有点，所以具有后发优势，在运行效率上明显更高。

• Android：基于Java语言编码，Java语言有个很大的缺点是其不能直接与底层操作系统通信，需要通过虚拟机充当中间转换的角色。虽然Android进行了虚拟机优化，编译器优化，热点代码等技术使得运行越来越快，但是无法直接与操作系统互相通信一直影响着其性能的突破。
• HarmonyOS：鸿蒙开发也可以采用Java语言，但官方更推荐使用ArkTs语言开发，并且针对ArkTs，官方提供了方舟编译器，通过方舟编译器编译的软件可以直接与底层操作系统通信，方舟编译器在这一层面做到了取代虚拟机。通过方舟编译器转换为操作系统能够读懂的机器语言，这样就可以跳过虚拟机解释这一步骤，运行效率明显提高。当然，这样肯定对机器的内存要求比较高。

1.4 方舟编译器

方舟编译器作为一款全新的编译器可以显著提高手机的运行速度，它不采用现有编译器边解释边执行的模式，而是将这种动态编译改为静态编译，可以做到全程执行机器码，进而高效运行程序，大大缩短程序响应时间。

并且，根据官方的介绍，方舟编译器有如下的一些优势：

• 多语言联合：将同一应用中的不同语言代码联合编译、联合优化，消除语言间的性能 “鸿沟”，降低开发者的优化成本。
• 轻量运行时：通过编译器的语言实现能力和优化能力增强，应用运行时的开销更小。
• 软硬件协同：编译器与芯片实现软硬件协同优化，充分发挥硬件能效，应用体验更佳。
• 多平台支持：支持面向多样化的终端设备平台进行编译和运行，根据设备特征提供便捷的开发与部署策略，提高开发效率。

二、Android系统

在正式介绍HarmonyOS之前，我们有必要先认识下Android系统。

2.1 Android系统简介

Android是一种基于Linux内核（不包含GNU组件）的自由及开放源代码的移动操作系统，由Google成立的OHA（Open Handset Alliance，开放手机联盟）领导并开发，为各类智能手机及便携式设备提供可运行的操作系统。

Android操作系统最早由Andy Rubin、Rich Miner和Nick Sears等人创建并开发，后被Google于2005年收购。2007年11月，Google联合硬件制造商、软件开发商及电信营运商组建了开放手机联盟，随后以Apache开源许可证的授权方式，发布了Android的源代码，称之为AOSP（Android Open Source Project，Android开放源代码项目）。

2008年，Google提出了AndroidHAL架构，并联合HTC发布了第一部Android智能手机。随后，Android不断发展更新，并逐渐扩展到平板电脑及其他领域，如电视、数码相机、游戏机、智能手表等。并在2011年，首次超过塞班系统，跃居全球移动操作系统市场份额第一，彼时的iOS、塞班等移动操作系统完全没有任何抗衡能力。而Android之所以能在短时间内称雄移动操作系统市场，得归功于Android系统的AOSP。

并且，随着Android系统的不断发展壮大，Android在2017年3月成功超越Microsoft Windows，成为全球装机量最多的操作系统。截至2023年8月，根据StatCounter统计，除了美国、英国、加拿大、巴哈马、冰岛等少数国家和地区外，Android都是占比最高的智能手机操作系统。

2.2 Android系统架构

Android系统构架又被称为体系结构，和其他操作系统一样，Android系统也采用了分层的架
构，共分为四层五个部分，从下到上分别是Linux内核层、硬件抽象层（HAL）、Android系统
运行库、Java API框架层和应用层，如下图所示。

下面具体来介绍下这几层。

Linux内核层

Android的核心系统服务依赖于Linux内核，如安全性、内存管理、进程管理、网络协议栈和驱动模型。同时，Linux内核也是硬件和软件栈之间的抽象层，允许设备制造商为内核开发硬件驱动程序。

硬件抽象层 (HAL)

硬件抽象层 (HAL) 提供标准接口，向更高级别的 Java API 框架提供接入能力。HAL包含多个库模块，其中每个模块都为特定类型的硬件组件实现一个界面，例如相机或蓝牙模块。当框架API要求访问硬件设备时，Android 系统将为该硬件加载相应的库模块。

Android Runtime & 系统库

对于运行Android 5.0或更高版本的设备，每个应用都在自己的进程中运行，并且拥有自己的Android Runtime (ART) 实例。而在 Android 5.0版本之前，Dalvik就是Android Runtime。ART通过执行DEX文件，可以在设备上运行多个虚拟机，DEX文件是一种专为Android设计的字节码格式文件，作为一种经过优化的字节码文件，DEX文件占用的内存很少。

并且，编译工具链（如Jack）能够将Java源代码编译为DEX字节码，使其运行在Android设备上。ART主要功能包括：预先 编译(AOT) 和即时 (JIT) 编译，优化垃圾回收 (GC)，以及调试方面的支持，如专用采样分析器、详细的诊断异常和崩溃报告等。

同时，Android还包含一套核心运行时库，可提供Java API框架所使用的 Java编程语言中的大部分功能，还包括一些Java 8语言功能。

事实上，Android系统的许多核心系统组件和服务（如ART和HAL）都是构建自原生代码，所以需要使用C和C++来编写对应的原生库，然后再提供Java API供应用层调用。例如，我们可以通过Android提供的Java OpenGL API来访问OpenGL ES的相关服务，实现在应用中绘制和操作2D和3D图形的需求。

Java API框架层

Java API框架层主要是提供构建应用程序可能用到的各种API，Android自带的一些核心应用就使用到了这些API，当然开发者也可以使用这些API来构建属于自己的应用程序。

事实上，这些API是创建Android应用所必须的构建模块，它们是一些简化后的系统组件和服务，是可以重复使用的，具体包括如下：

• 丰富、可扩展的视图系统，可用于构建应用的UI，如列表、网格、文本框、按钮以及浏览器
  等；
• 资源管理器，用于访问非代码资源，如本地化的字符串、图形和布局文件等；
• 通知管理器，用于在应用的状态栏中显示提醒消息；
• Activity管理器，用于管理应用的生命周期，以及提供导航栈管理；
• 内容提供程序，用于访问其他应用的数据或者共享自己的数据；

应用层

Android系统在发布时会默认提供一些核心应用程序包，如电子邮件、短信、日历、互联网浏览和联系人等，它们一般使用Java语言进行编写。事实上，所有安装在手机上的应用程序都是属于这一层的。

三、HarmonyOS系统

3.1 HarmonyOS系统简介

HarmonyOS是华为发布的一款面向万物互联的全新分布式操作系统。不同于既有的Android、iOS、Windows、Linux等操作系统，HarmonyOS提出了基于同一套系统能力、适配多种终端形态的分布式理念，能够同时支持手机、平板、智能穿戴、智慧屏、车机等多种终端设备，提供全场景业务能力，实现极速发现、极速连接、硬件互助、资源共享的场景体验。

自2019年8月正式发布以来，HarmonyOS一共经过了四次大的迭代。目前的HarmonyOS 4.0，称为支持手机、平板、智能穿戴、智慧屏、车机等多种终端设备的操作系统。

3.2 HarmonyOS系统架构

和Android系统一样，HarmonyOS系统架构遵从分层设计，从下向上依次是内核层、系统服务层、框架层和应用层。系统功能按照【系统】> 【子系统】>【功能/模块】逐级展开，在多设备部署场景下，支持根据实际需求裁剪某些非必要的子系统或功能/模块。HarmonyOS系统架构如下图所示。

下面我们重点介绍下这几层。

内核层

HarmonyOS系统的内核层分为内核子系统和驱动子系统，说明如下。

• 内核子系统：HarmonyOS采用多内核设计，支持针对不同资源受限设备选用适合的OS内核。内核抽象层（KALKernelAbstract Layer）通过屏蔽多内核差异，对上层提供基础的内核能力，包括进程/线程管理、内存管理、文件系统、网络管理和外设管理等。

• 驱动子系统：HarmonyOS驱动框架（HDF，HarmonyOS Driver Foundation）作为HarmonyOS硬件生态开放的基础，提供统一外设访问能力和驱动开发、管理框架。

  系统服务层

  系统服务层是HarmonyOS核心能力的集合，通过框架层对上层的应用程序提供服务。该层包含
  以下几个部分：

• 系统基本能力子系统集：为分布式应用在HarmonyOS多设备上运行、调度、迁移等操作提供基础能力，由分布式软总线、分布式数据管理、分布式任务调度、方舟多语言运行时、公共基础库、多模输入、图形、安全、AI等子系统组成。
• 基础软件服务子系统集：为HarmonyOS提供公共的、通用的软件服务，由事件通知、电话、多媒体、DFX、MSDP&DV等子系统组成。
• 增强软件服务子系统集：为HarmonyOS提供针对不同设备的、差异化的能力增强型软件服务，由智慧屏专有业务、穿戴专有业务、IoT专有业务等子系统组成。
• 硬件服务子系统集：为HarmonyOS提供硬件服务，由位置服务、生物特征识别、穿戴专有硬件服务、IoT专有硬件服务等子系统组成。

同时，根据不同设备形态的部署环境，基础软件服务子系统集、增强软件服务子系统集、硬件服
务子系统集内部可以按子系统粒度进行裁剪，并且每个子系统内部又可以按功能粒度进行裁剪。

框架层

框架层为HarmonyOS应用程序提供Java/C/C++/JS等多语言的用户程序框架和Ability框架，以及各种软硬件服务对外开放的多语言框架API。同时为采用HarmonyOS的设备提供C/C++/JS等多语言框架API，需要注意的是，不同设备支持的API与系统的组件化裁剪程度相关。

应用层

应用层包括系统应用和第三方非系统应用。通常，HarmonyOS应用由一个或多个FA（Feature Ability）或PA（Particle Ability）组成。其中，FA有UI界面，提供与用户交互的能力；而PA无UI界面，提供后台运行任务的能力以及统一的数据访问抽象。基于FA/PA开发的应用，能够实现特定的业务功能，支持跨设备调度与分发，为用户提供一致、高效的应用体验。

3.3 HarmonyOS包结构

在正式进行HarmonyOS应用/服务开发前，开发者需要掌握应用/服务的一些包结构和基本概念。通常，应用/服务发布形态为APP Pack（Application Package，简称APP），它是由一个或多个HAP（Harmony Ability Package）包以及描述APP Pack属性的pack.info文件组成。

HAP是HarmonyOS应用安装的基本单位，由编译后的代码、资源、三方库及配置文件构成，HAP可以分为Entry和Feature两种类型，说明如下。

• Entry类型的HAP：应用/服务的主模块，可独立安装运行。对于同一类型的设备，APP可以包含一个或多个Entry类型的HAP，如果同一类型的设备包含多个Entry模块，需要配置distroFilter分发规则，这样就可以在做应用的云端分发时，对不同规格的设备进行分发。
• Feature类型的HAP：应用/服务的动态特性模块。通常，一个APP可以包含零到多个Feature类型的HAP，并且只有包含Ability的HAP才能够独立运行。

同时，HarmonyOS应用开发分成了两种开发模型，分别是Stage模型和FA模型用。其中，FA模型是鸿蒙早期版本就支持的模型，适合工程结构不是很复杂的应用；Stage模型则是API 9新增的模型，是为了解决FA模型无法解决的开发场景而开发的新模型。

FA模型与Stage模型最大的区别在于，FA模型的每个应用组件独享一个虚拟机，多个应用组件共享同一个虚拟机。所以，相比Stage模型来说，FA模型的应用程序包结构要简单许多，如下图所示。

可以看到，FA模型将所有的资源文件、库文件和代码文件都放在assets文件夹中，然后在文件
夹内部进一步进行区分，说明如下。

• config.json：应用配置文件，IDE会自动生成一部分模块代码，开发者按需修改其中的配
  置。
• assets：HAP所有的资源文件、库文件和代码文件集合，内部由entry和js文件夹构成。
  entry文件夹存放的是资源文件和resources.index文件。
• resources：用于存放应用的资源文件，如字符串、图片等，便于开发者使用和维护。
• resources.index：资源索引表，由IDE调用SDK工具自动生成。
• js：文件夹中存放的编译后的代码文件。
• pack.info：Bundle中用于描述每个HAP属性的文件，由IDE工具生成Bundle包时自动生成。

Stage模型基于FA模型的基础概念演化而来，开发者能够使用它开发出分布式场景下的复杂应
用，Stage模型应用包结构如下图所示。

可以看到，每个应用程序都可以包含多个HAP包文件，而HAP则由ets、libs、resources等文件
夹和resources.index、module.json、pack.info等配置文件构成，说明如下。

• ets：用于存放应用代码编译后的字节码文件。
• libs：用于存放库文件，库文件是HarmonyOS应用依赖的第三方代码。
• resources：用于存放应用的资源文件，便于开发者使用和维护。
• resources.index：是资源索引表，由IDE编译工程时生成。
• module.json：HAP配置文件，内容由工程配置中的module.json5和app.json5组成，IDE会
  自动生成一部分默认配置，开发者按需修改其中的默认配置。
• pack.info：用于描述每个HAP属性的文件，如应用的bundleName和versionCode信息、模
  块的name、type和abilities等信息。

不过，从API 10开始，HarmonyOS将逐步弃用FA模型，并主推Stage模型。因为，相较于FA模
型，FA模型目录管理更加简单方便，且更容易扩展。

三、HAR与HSP

OpenHarmony提供了两种共享包，分别是HAR（Harmony Archive）静态共享包和HSP
（Harmony Shared Package）动态共享包。

HAR与HSP都是为了实现代码和资源的共享，都包含有代码、C++库、资源和配置文件，二者最
大的不同之处在于，HAR中的代码和资源跟随使用方编译，如果有多个使用方，它们的编译产
物中会存在多份相同拷贝。而HSP中的代码和资源可以独立编译，运行时在一个单独的进程中，
代码也只会存在一份，HAR和HSP在APP包中的形态下图所示。

HAR表示HarmonyOS开发中的静态共享包，类似于Android开发中的aar包。HAR包含代码、C++库、资源和配置文件，HAR可以实现多个模块或多个工程之间ArkUI组件、资源等代码的共享。不同于HAP，HAR不能独立安装运行在设备上，只能作为应用模块的依赖项被引用。

HSP表示HarmonyOS开发中的动态共享包，类似于Android开发中的library模块。HSP只能在应用内部其他的HAP或HSP使用，实现应用内部代码、资源的共享。同时，应用内HSP跟随其宿主应用的APP包一起发布，与该宿主应用具有相同的包名和生命周期。

HSP旨在解决HAR存在的几个问题：

• 多个HAP引用相同的HAR，导致的APP包大小膨胀问题。
• 多个HAP引用相同的HAR，HAR中的一些状态变量无法共享的问题。

HSP的一些约束：

• HSP及其使用方都必须是Stage模型。
• HSP及其使用方都必须使用esmodule编译模式。
• HSP不支持在配置文件中声明abilities、extensionAbilities标签。

关于HarmonyOS系统的一些基本概念和知识就给大家介绍到这个，接下来，我将通过一些基础
语法和实战项目，来交大家如何上手HarmonyOS应用开发。