微信小程序背后运行原理及技术分析

写在前面

微信小程序使用了前端技术栈 JavaScript/WXML/WXSS。但和常规的前端开发又有一些区别：

JavaScript: 微信小程序的 JavaScript 运行环境即不是 Browser 也不是 Node.js。它运行在微信 App 的上下文中，不能操作 Browser context 下的 DOM，也不能通过 Node.js 相关接口访问操作系统 API。所以，严格意义来讲，微信小程序并不是 Html5，虽然开发过程和用到的技术栈和 Html5 是相通的。 WXML: 作为微信小程序的展示层，并不是使用 Html，而是自己发明的基于 XML 语法的描述。 WXSS: 用来修饰展示层的样式。官方的描述是 “ WXSS (WeiXin Style Sheets) 是一套样式语言，用于描述 WXML 的组件样式。WXSS 用来决定 WXML 的组件应该怎么显示。” “我们的 WXSS 具有 CSS 大部分特性...我们对 CSS 进行了扩充以及修改。”基于 CSS2 还是 CSS3？大部分是哪些部分？是否支持 CSS3 里的动画？不得而知。

在微信小程序官方文档上，有下面这段话：

微信小程序运行在三端：iOS、Android 和 用于调试的开发者工具

在 iOS 上，小程序的 javascript 代码是运行在 JavaScriptCore 中 在 Android 上，小程序的 javascript 代码是通过 X5 内核来解析 在 开发工具上， 小程序的 javascript 代码是运行在 nwjs（chrome内核） 中

我们先从开发工具谈起。

开发工具

小程序的 javascript 代码运行在 nwjs 中。nwjs 是什么鬼呢？官方介绍是这样写的：

NW.js (previously known as node-webkit) lets you call all Node.js modules directly from DOM and enables a new way of writing applications with all Web technologies.

nwjs 合并 Browser 和 Node.js 的运行时，可以使用前端开发技术来开发跨平台的应用程序。借助 Node.js 访问操作系统原生 API 的能力，可以开发中跨平台的应用程序。微信小程序开发工具就是使用 nwjs 开发的。如果你是 Mac 用户，进入目录 /Applications/wechatwebdevtools.app/Contents/Resources/app.nw/app 可以看到开发工具的实现代码，当然代码是经过混淆的。网上流行的破解版本开发工具原理上就是修改这里面的代码。

与此类似的，一个更火的项目是 Electron，由 GitHub 推出的，它也是把 Browser 和 Node.js 结合，用来开发跨平台的应用程序。程序员们应该听说过 Atom 这个编辑器界的后起之秀。包括微软拥抱开源社区的编辑器 vscode 也是使用 Electron 开发的。

Electron vs nwjs

这两个平台有什么区别？为什么微信选择 nwjs 呢？我们不妨猜一猜。

从技术角度来讲：

应用程序入口不同：Electron 入口是一个 javascript 脚本，脚本里要自己负责创建浏览器窗口，加载 html 页面。而 nwjs 的入口就是一个 html 页面，框架自己会创建浏览器窗口来显示这个 html 页面。 Node.js 集成方式不同：Electron 直接使用 Node.js 的共享库，不需要修改 Chromium 代码。而 nwjs 为了集成 Node.js ，需要修改 Chromium 代码，以便在浏览器里能通过 Node.js 访问系统原生 API。 Multi-Context: nwjs 有多个上下文，一个是浏览器的上下文，用来访问 Browser 相关 API，比如操作 DOM ，另外一个是 Node 上下文，用来访问操作系统 API。Electron 没有使用多个上下文，对开发者更友好。

从应用角度来讲：

打包后的文件大小：Electron 打包后文件会比 nwjs 小不少。一个 18M 的程序，使用 Electron 打包后是 117M，而使用 nwjs 打包后的程序是 220M。微信小程序开发工具打包后是 219M (v0.10.102800)。没有亲测，评价来源参考文档。 代码保护：Electron 只支持代码混淆来保护，而 nwjs 把核心代码放在 V8 引擎里，不但可以保护代码，还可以提高执行效率。 开源社区活跃度：Electron 应该是完胜的。看看使用 Electron 构建的应用程序就知道了。而据说 nwjs 的开发文档有些都没有及时更新。 应用程序启动时间：Electron 会稍微快一点。没有亲测，评价来源参考文档。

从这个分析猜测，微信选择 nwjs 的原因可能是出于代码保护。毕竟开发工具可以上传小程序，有些接口和数据需要比较严密的保护。哪位大牛可以挖挖看哪些代码被保护起来了。

真机运行环境

下面内容完全是猜测的，如有言中，实属运气。

微信小程序的运行环境应该更类似 ReactNative 之类，而不是纯 Html5。两者最大的不同在于，ReactNative 的界面是由原生控件渲染出来的，而 Html5 的界面是由浏览器内核渲染出来的。两者在性能上有较大的差异，感兴趣的可以参阅我的另外一篇文章《跨平台 App 开发技术方案汇总》。

原理上，小程序是如何在微信 App 里运行的呢？

微信 App 里包含 javascript 运行引擎。 微信 App 里包含了 WXML/WXSS 处理引擎，最终会把界面翻译成系统原生的控件，并展示出来。这样做的目的是为了提供和原生 App 性能相当的用户体验。

我们来意淫一下小程序加载运行的过程：

用户点击打开一个小程序 微信 App 从微信服务器下载这个小程序 分析 app.json 得到应用程序的配置信息（导航栏，窗口样式，包含的页面列表等） 加载并运行 app.js 加载并显示在 app.json 里配置的第一个页面

这个只是从开发者眼中看到的一个简化版的过程，实际过程应该比这要复杂得多，涉及到浏览器线程（就是运行我们的逻辑层代码 app.js 等的线程）和 AppService 线程之间的交互。从官方网站上的一个图片可以看出端倪：

image

生命周期

至于微信 App 是如何与小程序的逻辑层 javascript 交互的呢？可以简单地归纳如下：

JavaScript 是脚本语言，可以在运行时解释并执行。微信 App 里包含了一个 JavaScript 引擎，由它来负责执行逻辑层的 JavaScript 代码。那么 JavaScript 调用的小程序相关 API 怎么实现的呢？答案是最终会被翻译成实现在微信 App 里的原生接口。比如开发者调用 wx.getLocation(OBJECT) 获取当前地理位置，微信 App 里的 JavaScript 引擎在执行这个代码时，会去调用微信 App 里实现的原生接口来获取地理位置坐标。

感兴趣的朋友可以阅读我之前推荐过的一篇文章《React Native 从入门到原理》。文章分析的虽然是 ReactNative，但实际上原理是相通的。

总结

微信小程序最大的好处是不需要做设备适配，只要微信能运行，小程序就能运行。小程序虽然是一个封闭形态下的前端开发技术，但借助微信的巨大影响力，几乎所有人都在往里面冲。微信小程序太火了，内测火，公测更火。内测刚出来，就有人用微信小程序实现了商城，并开源。感叹一下：你的热情，就像一把火，燃烧了整个沙漠。

作为开发者，提几个不足：

不支持从 node_modules 中加载模块。这样无形中就把 npm 排除在外了。从开发生态角度，这个应该是微信小程序下一步要重点解决的问题吧。 开发工具自带的代码编辑器还是太简陋了。不知道为什么微信要重复发明轮子。理论上，给流行的代码编辑器 (sublime/atom/vscode etc.) 开发个插件。然后用户直接到小程序后台上传提交审核就好了。程序员是挑剔到近乎偏执的物种，代码编辑器又是程序员时刻打交道的工具，要做好实属不易。