一、分析的目標(biāo)

• 了解Titanium產(chǎn)品的基本框架結(jié)構(gòu)和特點
• 了解Titanium產(chǎn)品如何擴展本地API以及訪問方式
• 了解Titanium產(chǎn)品中的動態(tài)語言之間如何相互調(diào)用

二、Titanium概述

2.1 Titanium介紹

Titanium是一個Web應(yīng)用程序運行環(huán)境，它支持不同的系統(tǒng)平臺(Windows、Linux、Mac)，并且支持Web應(yīng)用程序?qū)Ρ镜谹PIs的訪問。在基于Titanium平臺上，用戶可以快速開發(fā)和方便的部署應(yīng)用程序，并且這些應(yīng)用程序可以使用本地APIs實現(xiàn)許多普通Web應(yīng)用程序無法完成的功能和特性。

2.2 Titanium特點

Titanium框架具有如下幾個方面的特點：

• 支持多平臺(Linux、Mac、Windows、移動設(shè)備)
• 使用Web技術(shù)加快軟件開發(fā)速度
• 支持Web中內(nèi)嵌多種編程語言
• 支持對本地APIs的訪問
• 通過Appcelerator網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)，基于Titanium的應(yīng)用可以更容易的打包、測試和部署
• 本地功能的模塊化，可動態(tài)加載指定的功能模塊
• 強大靈活的語言擴展，用戶在Titanium框架中可以很方便的擴展多種動態(tài)語言

2.3 Titanium 框架結(jié)構(gòu)

上圖來自于Appcelerator官網(wǎng)，該圖以iPhone和Android兩個移動平臺為例，描述了Titanium的總體框架結(jié)構(gòu)。在Titanium框架中，Web應(yīng)用程序可以很方便的訪問設(shè)備UI組件。比如，可以在頁面中使用Titanium提供的API控制導(dǎo)航條、工具欄、菜單，以及可以動態(tài)的向用戶彈出對話框、警告框等。除此，之外Titanium API還支持本地功能模塊的訪問，即用戶可以使用Titanium提供的APIs接口訪問數(shù)據(jù)庫、定位功能、文件系統(tǒng)功能、網(wǎng)絡(luò)功能、媒體功能等。

不過該框架圖，并沒有將Titanium中對多種腳本語言的相互訪問機制很好的表現(xiàn)出來。但是，這一機制卻又是Titanium框架的一個比較重要的功能特性。

三、Titanium構(gòu)建

Titanium的構(gòu)建過程使用scons管理(http://www.scons.org/)。scons是一個開源的軟件構(gòu)建工具，使用Python語言來描述軟件構(gòu)建規(guī)則。通過Titanium的源碼級構(gòu)建和Titanium的構(gòu)建規(guī)則兩個方面，可以了解Titanium運行環(huán)境由那些部分組成、這些模塊和模塊之間的關(guān)系是什么。

[注]以下所有的測試和分析內(nèi)容均是以Linux平臺上Desktop版本的Titanium代碼為基礎(chǔ)。

構(gòu)建Titanium所依賴的庫和環(huán)境

• Ruby 1.8.x 開發(fā)包
• Python 2.5.x開發(fā)包
• scons構(gòu)建工具
• git 版本管理工具

Ubuntu 9.04上構(gòu)建Titanium所需的支持包

sudo apt-get install build-essential ruby rubygems libzip-ruby \ 
scons libxml2-dev libgtk2.0-dev python-dev ruby-dev \ 
libdbus-glib-1-dev libnotify-dev libgstreamer0.10-dev \ 
libxss-dev libcurl4-openssl-dev 
sudo apt-get install git-core 

獲取Titanium源碼

git clone git://github.com/marshall/titanium 
cd titanium 

獲取Kroll源碼

git submodule init 
git submodule update 
cd kroll 
git checkout master 

構(gòu)建Titanium測試程序

cd .. 
scons debug=1 

運行

scons testapp debug=1 run=1 

有關(guān)Titanium構(gòu)建相關(guān)的信息，可以訪問以下頁面獲得：

http://wiki.github.com/marshall/titanium/build-instructions

3.2 Titanium構(gòu)建規(guī)則分析

3.2.1 版本需求

3.2.2 默認配置項

3.2.3 scons編譯參數(shù)

3.2.4 構(gòu)建規(guī)則文件

3.2.5 核心庫和程序構(gòu)建規(guī)則

四、Titanium靜態(tài)分析

該部分主要是說明整個Titanium的閱讀工作量、弄清楚Titanium中定義的核心對象的功能作用，以及各個模塊之間的關(guān)系是什么。

4.1 代碼統(tǒng)計

這里，將Titanium項目代碼分成kroll和功能模塊擴展兩部分代碼來統(tǒng)計，數(shù)據(jù)如下兩表所示：

63506

111461

1.00

111461

4.2 核心對象的介紹

4.3 模塊之間的關(guān)系

從整體框架結(jié)構(gòu)上來看，可以將Titanium分成三個部分，最上層是WebKit以及針對WebKit的擴展(修改很少)，中間層是kroll可以將其看成是一個中間件，最下層是個個模塊的擴展。模塊之間的關(guān)系如圖所示：

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以下從WebKit、Kroll和模塊擴展三個部分來說明

1、WebKit: 當(dāng)WebKit引擎解析頁面數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)

首先，WebCore引擎會解析HTML頁面數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有標(biāo)簽，或者當(dāng)用戶觸發(fā)了頁面中某個與腳本函數(shù)相關(guān)的控件時，WebCore會將相應(yīng)的腳本代碼片段傳遞給JavascriptCore解析執(zhí)行。如果對比Tinanium修改的WebKit代碼和原始的WebKit代碼(http://www.webkit.org)會發(fā)現(xiàn)，tinanium對WebKit的修改是及小的。主要是作了兩個方面的工作：首先，tinanium擴展了KURL的處理，增加了ti://, app://等私有協(xié)議的支持。再者，在WebKit/gtk/webkit/目錄中，添加了幾個接口函數(shù)(主要是用來處理擴展的協(xié)議和注冊解析器)，其中最重要的是webkit_titanium_add_script_evaluator，該接口在Kroll模塊的script類中會被調(diào)用，用來向WebKit引擎注冊一個Evaluator Proxy。

2、Kroll和Base Module：這部分主要的職責(zé)是負責(zé)Javascript的方法、對象和Python、Ruby、PHP等語言之間相互轉(zhuǎn)換、事件處理，以及模塊動態(tài)加載。Kroll模塊中，定義了一個host對象，這個對象是整個TestApp的主線程，UI初始化、WebKit初始化和事件處理都是在host中完成的。host對象中保存了一個全局對象表，該表會在WebKit引擎、Python引擎、Ruby引擎之間以KObject中間對象形式相互傳遞，最終達到不同語言之間的相互調(diào)用。

3、API Extension：這里擴展了大量的與系統(tǒng)平臺功能相關(guān)的API共Web應(yīng)用使用。其中最重要的一個對象是ti.UI，該模塊負責(zé)UI相關(guān)的資源、事件處理、GTK主界面的創(chuàng)建、Tininum JS對象的創(chuàng)建。

五、Titanium動態(tài)分析

下面從6個方面以TestApp為例，來分析Titanium的主要特性和功能。

5.1 TestApp初始化

TestApp的啟動過程有個自啟動過程。首先，TestApp啟動后會創(chuàng)建一個Application對象，該對象會從Mainifest文件中獲取App相關(guān)的資源，并且保存在一個全局變量中。然后，TestApp會設(shè)置幾個系統(tǒng)環(huán)境變量：

• KR_BOOTSTRAPPED： 描述是否已經(jīng)初始化環(huán)境變量以及構(gòu)建Application對象
• KR_HOME：描述運行程序的HOME路徑
• KR_RUNTIME：描述運行時資源路徑
• KR_MODULES：描述需加載模塊信息
• LD_LIBRARY_PATH：描述模塊所在的文件夾路徑

***，TestApp會使用exec系統(tǒng)調(diào)用將自己自啟，然后通過之前設(shè)置 KR_BOOTSTRAPPED環(huán)境變量判斷是否進入下一階段的初始化過程。如果 KR_BOOTSTRAPPED設(shè)置為YES，則會首先將其unset，然后啟動LinuxHost。

在titanium框架中，使用動態(tài)庫的方式將模塊之間的關(guān)系解耦合。在TestApp啟動的第二階段中，StartHost(kroll/boot/boot_linux.cpp)會根據(jù)之前設(shè)置的 KR_RUNTIME路徑信息，找到libkhost.so動態(tài)庫，然后從libkhost.so中獲取Execute函數(shù)指針，并且調(diào)用(這里有個問題，如果多個實列同時運行，有可能KR_RUNTIME尚未unset就啟動第二個應(yīng)用，則會出現(xiàn)TestApp異常)。

libkhost.so動態(tài)庫中的Execute方法，首先創(chuàng)建一個Host實例，在這里是LinuxHost對象，然后調(diào)用該對象的Run方法進入一個循環(huán)。這個循環(huán)是整個TestApp的主循環(huán)，主要負責(zé)模塊的動態(tài)發(fā)現(xiàn)和加載，事件處理。在LinuxHost的實現(xiàn)中，會維護一個job隊列，通過定時器的方式，每隔250ms的時間會去檢測該job隊列中是否有job存在(LinuxJob描述)。如果，事件存在則會一次性將所有的事件取出，并且清空事件隊列，然后一個個的執(zhí)行job對象的Execute方法。

TestApp的兩次初始化過程如下圖所示：

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5.2 模塊初始化

TestApp程序創(chuàng)建LinuxHost對象，并且執(zhí)行Run方法之后，會首先掃描KR_MODULES環(huán)境變量中指定的模塊，并且從 LD_LIBRARY_PATH定義的路徑信息中尋找到這些動態(tài)庫模塊，并且加載(調(diào)用相應(yīng)模塊的Initialize方法)。LinuxHost首先加載的是基本模塊(API，PythonModule、RubyModule、PHPModule和JavascriptModule)。

以pythonModule為例，描述一個完整的加載過程：

• Host::LoadModules從環(huán)境變量中獲取到python動態(tài)庫的路徑信息
• 調(diào)用Host::FindBasicModules方法，將libpythonmodule.so文件加載進來，然后調(diào)用PythonModule的Initialize方法
• PythonModule::Initialize首先會向全局屬性表中創(chuàng)建一個Python和PythonEaluator對象的關(guān)聯(lián)。前面也說到，Host對象會保存一個全局屬性表，這個表中使用KObject中間對象形式，將JAVASCRIPT、PYTHON、RUBY、PHP等語言定義的對象封裝，并且保存在該表中。運行時，可以使用Host對象的GetGlobalObject方法獲取。
• 調(diào)用Script::AddScriptEvaluator靜態(tài)方法將PythonEvaluator對象放入Script對象中維護的一個Ealuator列表中。當(dāng)JavascriptCore引擎發(fā)現(xiàn)<script>標(biāo)簽會遍歷這個evaluator鏈表，通過MIME類型找到相應(yīng)的解析器實例，然后將代碼片段傳遞給相應(yīng)的解析器處理(這樣就可以支持HTML代碼中內(nèi)嵌多種語言)。

這里還有一個模塊比較特殊需要仔細說明，即ti.UI模塊。該模塊負責(zé)WebKit引擎初始化，GTK窗口創(chuàng)建以及UI事件的處理。加載過程類似PythonModule，首先Host對象找到libtiuimodule.so動態(tài)庫，然后調(diào)用Initialize方法初始化，ti.UI模塊中的Initialize方法只做了兩件事情，創(chuàng)建了一個APIBinding對象，然后將“API”屬性和APIBinding關(guān)聯(lián)起來，保存在全局屬性表中。接下來，當(dāng)Host::LoadModules方法加載完畢所有的動態(tài)庫后，會調(diào)用Host::StartModules來啟動模塊(在整個TestApp運行中，只有ti.UI模塊的Start方法被重載了，而其他模塊在StartModules方法被執(zhí)行時，什么事情都沒有做)。UIModule::Start方法做了三個非常重要的操作：1、創(chuàng)建GtkUIBinding對象，并且將“UI”和該對象綁定，存放在全局屬性表中。2、調(diào)用ScriptEvaluator::Initialzie()使用WebKit擴展中導(dǎo)出的webkit_titanium_add_script_evaluator函數(shù)，將自己注冊到JavascriptCore中。3、創(chuàng)建初始化WebView。

至此，WebKit引擎已經(jīng)初始化完畢、UI界面已經(jīng)初始化完畢、相應(yīng)語言的解析器以及JAVACRIPT API擴展對象已經(jīng)添加到全局屬性表中。但是至此，頁面中是無法正常訪問Titanium對象的。

整個過程如下圖所示：

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5.3 Titanium對象的注冊

Javascript中的Titanium并沒有通過硬編碼的方式定義該名稱，而是在構(gòu)建的過程中通過變量的方式指定的。在構(gòu)建規(guī)則中有GLOBAL_NS_VARNAME變量，該變量名稱會作為編譯參數(shù)傳遞，代碼通過改變量的定義，來確定Javascript可見的Titanium主對象的名稱是什么。

當(dāng)webView構(gòu)建完畢后，Titanium Js主對象并不存在，只有當(dāng)***次WebKit遇到腳本代碼時，這個對象才被創(chuàng)建。當(dāng)WebKit引擎碰到腳本對象時，會調(diào)用JavascriptCore的initScipt方法，初始化Javascript引擎。在此JavascriptCore會將我們之前調(diào)用webkit_titanium_add_script_evaluator增加的Evaluator代理和JavascriptCore解析關(guān)聯(lián)起來。當(dāng)引擎和資源都初始化完畢，會向FrameClient發(fā)送object avaliable通知，會調(diào)用FrameLoader::dispatchWindowObjectAvaliable()方法。這個方法會導(dǎo)致UserWindow::RegisterJSContext()方法的調(diào)用。然后UserWindow對象會創(chuàng)建一個DelegateStaticBoundObject對象來描述Titanium對象，并且將之前初始化完畢的Titanium API對象(KObject)與Titanium對象關(guān)聯(lián)起來，然后將其放入到全局屬性表中。這樣，之后Web應(yīng)用程序就可以從全局屬性表中訪問到Titanium對象了。但是Titanium對象中有哪些子屬性是不知道的，這是運行時才去確定。

這個初始化過程如下圖所示：

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5.4 事件系統(tǒng)

Titanium的事件系統(tǒng)分成兩個部分來說明，一部分是如何獲取事件，另一部分是如何向事件系統(tǒng)中增加新事件。

當(dāng)linuxHost::RunLoop循環(huán)被調(diào)用后，立即會注冊一個定時器，每隔250ms調(diào)用一次main_thread_job_handler函數(shù)。該函數(shù)首先通過GetJobs方法獲取當(dāng)前系統(tǒng)中未處理的事件，并且依次的調(diào)用事件對象(LinuxJob)的Execute方法執(zhí)行。如果系統(tǒng)沒有未決的事件存在，則立即返回。

事件的添加和觸發(fā)均通過LinuxHost::InvokeMethodOnMainThread()方法完成。該函數(shù)會創(chuàng)建一個LinuxJob對象，并且插入到事件隊列尾中。事件的觸發(fā)有多種可能性，可以是由Javascript代碼觸發(fā)，也可以是內(nèi)部事件觸發(fā)，同樣也有可能是UI事件觸發(fā)。

由于Titanium擴展的JS API在C層上都會與相應(yīng)的C方法對應(yīng)，當(dāng)Web應(yīng)用程序調(diào)用相應(yīng)的JS方法，對應(yīng)的C方法會被調(diào)用，該方法則會使用LinuxHost::InvokeMethodOnMainThread()方法，向主線程發(fā)送事件處理請求。

對于UI來說，在Linux平臺上所有的UI相關(guān)的事件首先是被GTK的應(yīng)用框架截獲，當(dāng)有UI事件到來時，ti.UI模塊會創(chuàng)建對應(yīng)事件的KEvent對象(在event.h中定義)，然后調(diào)用KEvent對象的Fire方法，觸發(fā)事件。該方法會間接的使用LinuxHost::InvokeMethodOnMainThread方法向LinuxHost事件隊列注冊事件。

這個過程如下圖所示：

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5.5 訪問Titanium對象屬性和方法

比如，有一段Javascript腳本中調(diào)用Titanium.API獲取Titanium對象的API屬性，當(dāng)JavascriptCore解析到這部分代碼時，并不知道這個對象是什么類型的，完全當(dāng)作一個抽象的JSValue對象來對待，因為對于Javascript引擎來說，并不需要時刻知道對象是什么，有那些屬性和方法，只有到運行時才會去用查詢該對象中是否存在指定的屬性或者方法(JavascriptCore內(nèi)部維護了一張屬性表，通過查詢方式獲取相應(yīng)屬性或者函數(shù)的處理函數(shù)指針。這點V8做的就比較高明，用類的方式描述，動態(tài)將對應(yīng)JS的方法和屬性轉(zhuǎn)換成C++的成員函數(shù)和成員變量，大量的減少了訪問時間)。由于API這個對象是由Kroll創(chuàng)建的，是一個KObject對象，在掛載到Javascript 全局屬性表之前，Titanium會調(diào)用KObjectToJSValue方法，將KObject對象轉(zhuǎn)換成一個JS的Object對象，并且設(shè)置了幾個比較重要的回調(diào)函數(shù)：

• HasPropertyCallback: 當(dāng)查詢屬性時候被調(diào)用
• GetPropertyCallback: 當(dāng)獲取指定屬性時被調(diào)用
• SetPropertyCallback: 當(dāng)設(shè)置指定屬性時被調(diào)用

當(dāng)javascript訪問用Titanium對象的API屬性時，通過JSValue.Get方法會調(diào)用到GetPropertyCallback函數(shù)，該函數(shù)會查詢KObject對象中(這里是說的Titanium)是否有API這個屬性，如果有則轉(zhuǎn)換成JSValue對象，并且返回給Javascript引擎。

如果這里訪問的是一個屬性的方法，過程和訪問對象是一樣的，只不過***創(chuàng)建的是一個Function Js對象，而非Object對象。當(dāng)Javascript訪問這個返回的Function對象時，Javascript引擎會調(diào)用callAsFunction方法，而該方法會引發(fā)CallAsFunctionCallback回調(diào)函數(shù)被調(diào)用(該函數(shù)是靜態(tài)函數(shù)在KMethodToJSValue函數(shù)中注冊)。這樣通過CallAsFunctionCallback這個回調(diào)接口，調(diào)用實際的KObject的Call方法，執(zhí)行實際的處理函數(shù)。

屬性訪問過程如下圖所示：

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5.6 Javascript、Python、Ruby動態(tài)語言間的相互調(diào)用

Titanium框架中引入了一個比較有意思的特性，即支持多種語言之間的相互調(diào)用。從實現(xiàn)技術(shù)角度來說，Titanium的多語言支持的設(shè)計思想，是在學(xué)習(xí)了WebKit的Binding機制而發(fā)展過來的。主要用到了JavascriptCore引擎可以動態(tài)注冊Evaluator的機制。HTML語言中定義了<script>標(biāo)簽，用于內(nèi)嵌腳本語言，該標(biāo)簽有個子屬性type，通過該屬性可以讓瀏覽器引擎區(qū)分是什么類型的腳本。加入我們有如下的腳本代碼：

<script type=”text/python” src=”xxx.py”></script> 

首先，WebCore引擎會解析HTML頁面數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有<script>標(biāo)簽出現(xiàn)，則會創(chuàng)建HTMLScriptElement，對于script有兩種處理情況，一種是如上代碼通過src包含一個腳本路徑，還有一種情況是定義一段代碼，通過控件或者超連接的方式以事件方式觸發(fā)。如果是***種情況，則會在創(chuàng)建HTMLScriptElement的時引發(fā)ScriptElementData::requestScript方法的調(diào)用。如果是第二種情況，則會在觸發(fā)相應(yīng)事件時候調(diào)用FrameLoader::executeScript方法執(zhí)行腳本。最終都會調(diào)用JavascriptCore中的EvaluatorAdapter::evaluate()。由于在初始化ti.UI模塊時，我們已經(jīng)注冊了自己的evaluator(ScriptEvaluator)，因此會將獲取的腳本信息傳遞給ScriptEvaluator，在該對象中，會通過Script::Evaluate()方法，根據(jù)傳遞下來腳本的MIME類型(也就是script中text字段定義的類型)派發(fā)給注冊的不同解析器去執(zhí)行。

這里以Javascript調(diào)用Python代碼，并且Python代碼中又調(diào)用了ruby代碼為例子說明其調(diào)用過程。

Python代碼：

def abc(): 
ruby_fun() 

Ruby代碼：

def ruby_func() 
… 
end 

當(dāng)pythonEvaluator::Evaluate()被調(diào)用后，首先將保存的全局JS對象表轉(zhuǎn)換成Python可識別的對象字典(KMethodToPyObject完成，轉(zhuǎn)換成PyKMethodType的Python對象)。這樣在之后編譯的Python代碼中就可以訪問到這些對象。然后將Python代碼使用Python編譯器編譯，并且將編譯后的函數(shù)對象轉(zhuǎn)換成KObject對象，插入到全局的JS對象表中(abc)。這樣，Javscript，和其他語言都可以識別該對象。同樣，對Ruby函數(shù)的處理，也會首先將全局JS對象表中的KObject對象轉(zhuǎn)換成Ruby的對象，然后對Ruby函數(shù)進行編譯，將新生成的Ruby函數(shù)對象(ruby_fun)轉(zhuǎn)換成KObject對象，然后從新更新JS全局對象轉(zhuǎn)換表。至此，全局JS對象表中就新增了兩個KObject對象：ruby_fun, abc。

當(dāng)javascript訪問該abc函數(shù)對象時，按照通常方式首先調(diào)用CaAsFunctionCallback，該函數(shù)會調(diào)用KObject的Call方法，由于該KObject實際上就是一個KPythonMethod對象，因此KPythonMethod對象的Call方法會被調(diào)用。之前我們注冊的Python方法是一個PyKMethodType，該類型中定義了一個方法回調(diào)函數(shù)，當(dāng)Python方法被調(diào)用時，該回調(diào)函數(shù)(PyKMethod_call)會被調(diào)用。這個例子中，在Python代碼里調(diào)用了ruby_fun，因此當(dāng)PyKMethod_call被調(diào)用時，首先將調(diào)用的KObject對象(實際上是一個對Ruby函數(shù)對象的封裝)轉(zhuǎn)換成KMethod對象，然后調(diào)用Call方法。這樣就通過間接調(diào)用，調(diào)用到KRubyMethod的Call方法，使得Ruby函數(shù)得到執(zhí)行。

整個過程如下圖所示：

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六、參考資源

http://www.appcelerator.com/