mobl：專注于開發(fā)移動web應(yīng)用程序的DSL
mobl簡介
現(xiàn)在，針對移動設(shè)備——像智能手機和平板電腦——的應(yīng)用開發(fā)很流行。蘋果公司的App Store(針對iPhone、iPod和iPad)擁有超過350,000種應(yīng)用，而Android的marketplace也快速追趕上來，現(xiàn)在已經(jīng)擁有超過200,000種應(yīng)用。然而，Android和iOS并非是僅有的兩種移動平臺。BlackBerry也是有力的競爭者，此外還有Nokia。最近Microsoft發(fā)布了Windows Phone 7，HP也發(fā)布了新的WebOS設(shè)備。這樣，對于用戶來說有了多種選擇，但對我們這些開發(fā)者來說卻是個噩夢。我們應(yīng)該針對哪種平臺來開發(fā)應(yīng)用程序呢?
在移動平臺之間共享代碼極度困難。每種平臺都選擇了自己的開發(fā)框架，還有自己的語言和API。對于iOS開發(fā)，你需要使用Objective-C和CocoaTouch API;對于Android開發(fā)，你要使用Java和Android API;對于Windows Phone 7，你需要使用.NET和Silverlight API。
然而，我們還是擁有一種解決方案：web開發(fā)，特別是：Webkit。我們會看到，所有主要的移動平臺供應(yīng)商(除了Microsoft之外)都在Webkit之上構(gòu)建了他們的移動瀏覽器，而Webkit是當(dāng)前***的、速度最快的開源瀏覽器引擎。Webkit支持多種移動應(yīng)用所需要的HTML5 特性，包括偵測觸摸手勢(輕擊、強擊和縮放)、定位API(確定用戶的位置)，并且支持本地數(shù)據(jù)庫(瀏覽器中的SQLite數(shù)據(jù)庫，用于在本地緩存數(shù)據(jù))。當(dāng)前，在Android、iOS、WebOS以及BlackBerry OS的六款瀏覽器中，都對這些特性提供了本地支持。對于不包含基于Webkit的瀏覽器的設(shè)備，我們還可以使用PhoneGap。PhoneGap讓我們可以使用web技術(shù)(包括HTML5)開發(fā)本地應(yīng)用程序，并把應(yīng)用程序包裝成為本地應(yīng)用程序，那樣就可以分發(fā)給用戶了(例如，通過平臺的應(yīng)用程序市場)。如果平臺還沒有內(nèi)建的WebKit瀏覽器，那么PhoneGap就會為其提供。PhoneGap應(yīng)用程序可以在六種不同的移動平臺上運行。
JavaScript框架廠商注意到了這是個機會，于是就構(gòu)建了多種能夠在移動web上運行的框架。jQuery Mobile和Sencha Touch都是比較典型的例子。這些框架很容易給人留下深刻的印象，因為對于當(dāng)前的開發(fā)者來說，使用它們來為移動網(wǎng)絡(luò)開發(fā)應(yīng)用程序是一種不錯的方式。然而，它們還都是基于JavaScript、HTML和CSS的，它們的目的都不是要開發(fā)應(yīng)用程序，而是要開發(fā)包含超鏈接文檔的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。各種框架試圖對這些語言進行調(diào)整，從而適合他們的新角色，但是這會引起你的思考，專門為開發(fā)移動應(yīng)用程序 而設(shè)計的語言應(yīng)該是什么樣子的呢?
如果我們想要設(shè)計這樣的一種語言，需要解決什么樣的問題呢?
首先要解決的就是工具的支持。從事企業(yè)級開發(fā)的開發(fā)者(比方說Java和.NET的開發(fā)者)習(xí)慣使用像Eclipse之類的IDE特性，像在鍵入的時候就能夠突出顯示錯誤、代碼自動完成、引用解析、代碼大綱以及重構(gòu)等等。JavaScript和HTML在本質(zhì)上就是動態(tài)的，這讓它們很強大，但是也讓工具廠商很難為其創(chuàng)建出Eclipse和InteliJ那種級別的IDE。對于當(dāng)前所有語言來說，良好的IDE支持都是前提條件。
第二個要解決的問題是簡潔。例如，用戶界面框架經(jīng)常會包含大量類似的代碼，它們的作用就是把數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫中復(fù)制到用戶界面，或者把界面上的數(shù)據(jù)復(fù)制回數(shù)據(jù)庫。我們的新語言應(yīng)該減少開發(fā)者所需要編寫的樣板化代碼。
第三個問題是JavaScript的異步編程模型。在瀏覽器中，JavaScript是單線程的，開發(fā)者需要使用回調(diào)機制來執(zhí)行數(shù)據(jù)庫查詢之類耗費資源的操作，比方說，我們不會編寫像下面這樣的同步代碼：
- var results = tx.executeQuery("SELECT * FROM User");
- for(var i = 0; i < results.length; i++) {
- ...
- }
我們需要使用回調(diào)函數(shù)來編寫代碼：
- tx.executeQuery("SELECT * FROM User", function(results) {
- for(var i = 0; i < results.length; i++) {
- ...
- });
當(dāng)在大型應(yīng)用程序中使用回調(diào)函數(shù)，就會導(dǎo)致編寫出很難閱讀的意大利面式代碼。我們的新語言應(yīng)該支持對于開發(fā)者更友好的異步編程模型。
我們的研究小組(軟件工程研究小組，位于荷蘭代爾夫特理工大學(xué))專注于編程的轉(zhuǎn)換與實現(xiàn)。當(dāng)前，我們主要專注于領(lǐng)域特定語言。對于當(dāng)前移動領(lǐng)域的開發(fā)，我們覺得有一個很好的機會，可以為移動web開發(fā)出一種領(lǐng)域特定語言。我們自問：如果從頭開始的話，一門專注于開發(fā)移動web應(yīng)用程序的語言，應(yīng)該是什么樣子的呢? 結(jié)論就是mobl。
mobl：從10,000英尺高處俯瞰
mobl是一種文本式的、靜態(tài)類型、編譯的語言，主要是通過它的Eclipse插件應(yīng)用。這個插件提供了語法高亮顯示、內(nèi)嵌的錯誤突出顯示、引用解析以及代碼自動完成。mobl編譯器(集成在IDE中)會在每次保存的時候把mobl模塊編譯成HTML、JavaScript和CSS的組合。mobl應(yīng)用程序不依賴于任何特定的服務(wù)端技術(shù)，而只會處理應(yīng)用程序的客戶端部分。我們可以使用AJAX的方式調(diào)用(JSON)web服務(wù)。
mobl語言有大量特性，目的都是為了提高移動開發(fā)者的生產(chǎn)率：
聲明式的用戶界面：使用mobl定義的用戶界面是以一種聲明式的方式指定的，并且會對應(yīng)用程序狀態(tài)的改變做出響應(yīng)，這與其它方法不同，在那些方法中狀態(tài)和視圖是嚴(yán)格分離的。
透明的數(shù)據(jù)持久性：mobl擁有使用實體定義來定義數(shù)據(jù)模型的語言結(jié)構(gòu)。對實體對象做出的變更會自動實體化到數(shù)據(jù)庫中。對數(shù)據(jù)的查詢也是在實體級別完成的，而并不需要字符串嵌入式的SQL查詢，這和很多其它框架都是類似的。
原則上是靜態(tài)的，在需要的時候可以是動態(tài)的：mobl語言是靜態(tài)類型的語言，支持像錯誤突出顯示、引用解析和代碼自動完成等IDE特性。盡管如此，正如類型推論所說，在很多情況下我們不需要顯式指定類型。有些情況下，動態(tài)類型更方便，我們可以使用Dynamic類型，從而可以對Dynamic變量的屬性和方法進行任意地訪問。
同步編寫腳本：我們可以在腳本語言中編寫應(yīng)用程序的邏輯，那看起來和帶有類型的JavaScript非常相似。代碼是以同步的風(fēng)格編寫的，并且會由編譯器使用持續(xù)傳遞的樣式轉(zhuǎn)換(continuation-passing style transform)將其自動轉(zhuǎn)換為異步的JavaScript代碼。#p#
簡單的To-do列表
為了真正了解mobl是什么樣子的，我會在這個部分演示如何實現(xiàn)一個簡單的to-do列表管理器。
首先我們要在Eclipse中創(chuàng)建一個新的mobl項目，這樣會得到mobl項目的基本框架，其中有唯一的應(yīng)用程序文件，我們把它命名為todo.mobl：
- application todo
- import mobl::ui::generic
- screen root() {
- header("todo")
- }
這個mobl模塊的***行定義這是一個application模塊。mobl有三種不同類型的模塊：
application模塊：通常每個項目有一個，這是應(yīng)用程序的主要入口點。
regular模塊：這是一個定義的庫，通常會由一個或者多個其他(應(yīng)用程序)模塊導(dǎo)入。
configuration模塊(config.mobl)：定義應(yīng)用程序的配置選項。
application和regular模塊包含任意數(shù)量的定義：用戶界面、數(shù)據(jù)模型、樣式、web服務(wù)接口和函數(shù)等等。
首先，讓我們來使用entity定義來定義一個數(shù)據(jù)模型。實體的實例會持久化到移動設(shè)備本身的本地數(shù)據(jù)庫中。我們的to-do應(yīng)用程序只需要唯一一個實體，名稱為Task。對于每個task對象，我們都希望能夠記錄它的名稱，以及任務(wù)是否已經(jīng)完成。
- entity Task {
- name : String (searchable)
- done : Bool
- }
對于每個屬性我們都會指定名稱和類型，并有選擇地加上一個或者多個注解。mobl支持兩種類型的注解：inverse注解(定義反向的關(guān)系)和searchable(在全文搜索中包含字段)。盡管這個應(yīng)用程序不需要，但我們還是可以指定多個實體以及它們之間的關(guān)系，包括一對一、一對多和多對多的關(guān)系。
接下來，我們對root屏幕進行改寫，從而顯示我們能夠勾選和取消勾選的任務(wù)列表。在mobl中，用戶界面是用screen和control定義的。通常screen會通過組合大量control來定義實體屏幕布局。這樣，control會定義更小的用戶界面元素，像按鈕、標(biāo)簽和表格等等。此外，屏幕或者控件也能夠定義本地狀態(tài)(使用變量)，并使用控件結(jié)構(gòu)來對集合進行迭代，從而根據(jù)條件顯示用戶界面的各個部分。
下面是我們的root屏幕的最初定義(當(dāng)程序運行時所顯示的***個屏幕)。它使用了大量mobl::ui::generic庫中的控件，包括header(渲染出屏幕的標(biāo)題)、group(對一個或者多個item進行分組)和checkBox。
- screen root() {
- header("Tasks")
- group {
- list(t in Task.all()) {
- item { checkBox(t.done, label=t.name) }
- }
- }
- }
list控件的結(jié)構(gòu)與for-each循環(huán)類似：它會遍歷一個集合，對于集合中的每個項目，它都會進行渲染。checkBox與兩個Task對象屬性綁定：done和name。數(shù)據(jù)綁定會在應(yīng)用程序狀態(tài)(例如本地變量或者實體屬性)和用戶界面之間創(chuàng)造出同步的關(guān)系。例如，當(dāng)用戶選擇復(fù)選框或者取消對它的選擇時，t.done的值就會據(jù)此更新。類似地，當(dāng)應(yīng)用程序的某些其他部分更新任務(wù)t的name屬性時，復(fù)選框也會自動更新它的標(biāo)簽。這被叫做反應(yīng)性編程(reactive programming)，這也是根本的mobl特性之一——用戶界面會對應(yīng)用程序狀態(tài)的改變做出反應(yīng)。
最初時，數(shù)據(jù)庫是空的，從而在我們的列表中不會顯示任何任務(wù)。我們怎樣才能添加任務(wù)呢? 為了這個目的，我們定義了addTask屏幕：
- screen addTask() {
- var newTask = Task()
- header("Add") {
- button("Done", onclick={
- add(newTask);
- screen return;
- })
- }
- group {
- item { textField(newTask.name, placeholder="Task name") }
- }
- }
使用 var結(jié)構(gòu)我們可以創(chuàng)建嵌入在特定屏幕中的狀態(tài)。在這種情況下，我們定義了變量newTask，并使用新建的Task實體實例對其進行初始化。我們把textField控件與newTasks的name屬性綁定。當(dāng)用戶輸入完任務(wù)的名稱時，他就會點擊顯示在應(yīng)用程序標(biāo)題處的“Done”按鈕。按鈕擁有名為onclick的參數(shù)，它的值是Callback，當(dāng)事件發(fā)生的時候，就會執(zhí)行一段命令式的應(yīng)用程序邏輯。在這個特定的情況下，發(fā)生了兩件事情：
向數(shù)據(jù)庫添加了newTask對象。這會在后臺對Task.all()集合做出改變，使得新建的任務(wù)被自動添加到root屏幕的list中。
然后用戶會返回當(dāng)初的屏幕(screen return和函數(shù)中的return類似)。
然而，盡管我們定義了root和addTask屏幕，但沒有辦法從一個屏幕跳轉(zhuǎn)到另一個。我們需要做的就是向root屏幕添加一個“Add”按鈕，它會帶我們跳轉(zhuǎn)到addTask屏幕。因此，我們需要在root中把對header控件的調(diào)用調(diào)整為下面這樣：
- header("Tasks") {
- button("Add", onclick={ addTask(); })
- }
正如你所看到的，對屏幕的調(diào)用和對一般函數(shù)的調(diào)用類似，事實上，和函數(shù)一樣，屏幕也能夠返回值。
現(xiàn)在我們的應(yīng)用程序的功能已經(jīng)基本完備。我們還要添加***一個特性：搜索。在我們的數(shù)據(jù)模型中，我們對Task的name屬性使用了(searchable)注解。利用，我們就可以使用搜索來過濾任務(wù)列表(從而更快地找到我們想要查找的任務(wù))。
我們需要把root屏幕調(diào)整為下面這樣：
- screen root(){
- var phrase = ""
- header("Tasks") {
- button("Add", onclick={ addTask(); })
- }
- searchBox(phrase)
- group {
- list(t in Task.searchPrefix(phrase)) {
- item { checkBox(t.done, label=t.name) }
- }
- }
- }
我們向屏幕中添加了新的本地變量phrase，可以在其中存放查詢的短語。我們使用searchBox，并將其與phrase綁定。然后，我們并沒有遍歷list中的Task.all()，而是遍歷了搜索集合Task.searchPrefix(phrase)。在運行的時候，當(dāng)我們在搜索查詢中輸入內(nèi)容時，搜索結(jié)果的列表就會更新。此時用戶界面會再一次根據(jù)應(yīng)用程序的狀態(tài)(這種情況下是phrase變量)自動調(diào)整。
現(xiàn)在我們已經(jīng)完成了包含搜索功能的基本to-do列表應(yīng)用程序的構(gòu)建工作，接下來可以部署了。當(dāng)我們保存mobl模塊的時候，同時也會把它們編譯成JavaScript、HTML和CSS，這些文件位于Eclipse項目的www/目錄下。我們可以把這些生成的文件部署到任意一個能夠為靜態(tài)文件提供服務(wù)的web服務(wù)器上(例如：Apache、IIS或者Tomcat)，mobl完全不需要后端程序。
To-do列表之外
當(dāng)然，to-do列表只是個玩具一樣的例子，它只使用了一些簡單的控件，像group、item、button和textField。mobl的標(biāo)準(zhǔn)庫還提供了一些高級的控件，像標(biāo)簽組、主從視圖、上下文菜單以及可擴展的列表等等。
除了定義用戶界面、數(shù)據(jù)模型以及應(yīng)用程序邏輯的語言結(jié)構(gòu)之外，mobl還擁有以下結(jié)構(gòu)：
定義樣式，在此它使用一種與CSS非常類似的語言。
對Web服務(wù)的訪問。從服務(wù)器拉入數(shù)據(jù)并緩存在本地。在將來，mobl還會支持透明的數(shù)據(jù)同步。
想要了解這些特性，你可以查看mobl站點上的教程。#p#
使用DSL還是不使用DSL
我們可以把mobl描述為一種領(lǐng)域特定語言(DSL)，也就是一種針對特定應(yīng)用程序領(lǐng)域的語言。在傳統(tǒng)上，DSL的領(lǐng)域很有限。例如，HTML是一種定義結(jié)構(gòu)化web頁面的DSL。SQL是用來解釋數(shù)據(jù)庫查詢的DSL。移動應(yīng)用程序的領(lǐng)域比上述要大得多。事實上，它非常大，以至于需要大量你通常只能在一般目的的語言或者GPL——像Java、Python和Ruby——中才能夠找到的特性。這些典型的GPL特性包括面向?qū)ο缶幊?、if指令和for循環(huán)等等。既然mobl擁有GPL特性，那么它還是一種DSL嗎?
我們覺得是，因為它擁有語言結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)都特別地適合數(shù)據(jù)驅(qū)動的移動web應(yīng)用程序領(lǐng)域。例如，如果我們使用一種帶有樣式支持的一般目的語言，編寫的是用于處理科學(xué)計算的程序，那么就不太合理了。而把screen結(jié)構(gòu)應(yīng)用于服務(wù)端計算也不是很合理。像實體、屏幕、控件、樣式以及web服務(wù)等語言特性并不針對一般目的——它們都是針對特定領(lǐng)域的。
mobl不僅僅是針對移動開發(fā)的DSL。類似的還包括Applause和由此衍生的Applitude。然而，這些DSL的靈活性都有限。它們都擁有一系列的內(nèi)建控件、內(nèi)建函數(shù)，一旦這些都無法滿足你的需求，你就需要重新使用Objective-C或者Java來編碼了。mobl的目標(biāo)就是，既要靈活，又要具備較強的表達(dá)能力。
為了達(dá)到這個目的，我們讓這門語言盡可能小，并且通過使用mobl本身編寫庫來增加功能。例如，我們用來構(gòu)建to-do列表應(yīng)用程序的控件都沒有內(nèi)建在語言之中。相反，它們都是從mobl庫導(dǎo)入的，而這個庫本身又是使用mobl定義的。在***層級上，對控件的實現(xiàn)使用了低級的HTML標(biāo)簽和CSS樣式。一般用戶只會使用高級別的概念控件，像標(biāo)題或者按鈕等等，而專家級的開發(fā)者能夠通過調(diào)整庫中的底層HTML代碼來精確地設(shè)計按鈕的顯示樣式。
mobl除了能夠在庫中定義控件之外，它還擁有暴露了大量HTML***PI的庫，包括集合定位、使用Canvas進行2D繪圖以及WebSockets等等。這些庫只是封裝了已存在的JavaScript API，而mobl API使用mobl的本地接口，這使得它能夠調(diào)用“本地”JavaScript代碼。這樣，mobl就可以通過庫機制進行擴展，這讓用戶可以擴展平臺，而不需要擴展語言和編譯器本身。
在特定的情況下，mobl會為特定的庫添加句法的特性。例如，對于查詢，mobl暴露了Collection類型，它擁有對實體對象的集合進行過濾、排序和分頁的方法。我們可以像下面這樣來調(diào)用這些方法：
- var doneTasks = Task.all().filter("done", "=", true)
- .order("date", false).limit(10);
很明顯，這些語法有些麻煩。因此，mobl為查詢添加了句法特性，讓我們可以把上面的查詢寫成這樣：
- var doneTasks = Task.all() where done == true
- order by date desc limit 10;
這不僅更加簡潔，而且現(xiàn)在IDE可以檢查事實上Task是否擁有done和date屬性，并且提供了恰當(dāng)?shù)拇a自動完成功能。
結(jié)論
mobl沒有在已存在的語言基礎(chǔ)之上構(gòu)建框架，而是從頭開始，構(gòu)建了一種外部DSL。這種方法有優(yōu)點也有缺點。缺點在于用戶需要學(xué)習(xí)新語言、新庫以及新的工具。優(yōu)點在于，選擇這種語言來進行設(shè)計，可以顯著減少開發(fā)者所要編寫的代碼。在mobl中，我們保持它的語法與語義與JavaScript類似，從而讓開發(fā)者覺得這種語言很熟悉。此外，mobl能夠集成到現(xiàn)有的Eclipse IDE和外圍工具中，提供在輸入時檢測錯誤、引用解析、代碼自動完成和保存時編譯等功能。
mobl還是一種很年輕的語言。***次公開發(fā)布是在2011年1月。它的編譯器、工具和文檔還在逐步完善中。盡管如此，我們覺得它已經(jīng)顯示出在移動領(lǐng)域使用DSL的潛力。
關(guān)于作者
Zef Hemel現(xiàn)在是荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的博士生，他在那里研究對領(lǐng)域特定語言的設(shè)計和實現(xiàn)。他對web技術(shù)格外感興趣。之前他曾經(jīng)開發(fā)過WebDSL和PIL 。他經(jīng)常在博客上發(fā)表博文，并在twitter賬號上發(fā)推。
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