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微信小程序技术原理相关的学习笔记

Author：zhoulujun Date：2022-12-31 Hits：

为了保障用户和商户小程序的安全。在此基础上，小程序提出了双线程设计。渲染层和逻辑层分别由两个线程管理，数据传输实际上通过两边提供的 evaluateJavascript 实现。由于这之间他们是彼此独立的，是基于消息驱动来渲染

之前写过，别人写的更好，新内容基于：

本文对此重点部分进行加粗与划线，同时进行了补充与增删

为什么小程序特立独行

究竟是出于怎样的考虑，小程序才被设计成这样？它到底又做了怎样的事情，来尝试解决以上问题呢？

小程序在思考什么

当年互联网还不成熟的时候，许多网页开发没有做好 XSS 和 CSRF 这样的漏洞保护，导致出现用户账户被盗用、财产被转移等问题。对于小程序来说，不仅需要对各种小程序进行内容的管控，同样需要给用户和开发者提供有安全保障的环境。

小程序如何保障用户安全

我们知道，在 Web 开发中，开发者可以使用 JavaScript 脚本来操作 DOM，这意味着恶意攻击者同样可以通过注入 JavaScript 脚本的方式来操控用户的页面。前面提到的 XSS 攻击便是利用了这样的漏洞，从而危害用户和网站的安全。

除此之外，有些恶意的开发者也可能想要从小程序中盗取用户信息。比如，小程序提供了<open-data>组件，用于无须授权的情况下可展示用户的敏感信息（昵称、头像、性别、地理位置等），如果开发者直接通过 DOM API 获取到这些信息，意味着只要用户打开了这个小程序，在未授权的情况下自己的相关信息就会被盗取。

对于微信来说，这些都是非常危险又不可控的问题，如果可以从平台的角度解决，就可以保障用户和商户小程序的安全。在此基础上，小程序提出了双线程设计。

在介绍小程序的双线程设计之前，我们先来思考一下上面提到的安全问题要怎么避免。
我们能看到，很多风险都来自 JavaScript 脚本对网页中 DOM 的访问和操作。想要解决这个风险就得将 JavaScript 代码放置在没有浏览器环境的沙箱环境中运行。
沙箱环境听起来很复杂，但其实前端开发者经常接触到：除了浏览器环境以外，JavaScript 还会被运行在 Node.js 环境中。Node.js 是基于 Chrome V8 引擎的 JavaScript 运行环境，该环境中不存在 DOM API、window、document等对象 API 和全局对象，因此也更无操作 DOM 节点一说。
小程序也是同样的思路，它使用 iOS 内置的 JavaScriptCore 框架和在 Android 的 JSCore 引擎（最初为腾讯 x5 内核，后来是chrome的 Blink v8引擎），提供了一个没有浏览器相关接口的环境，用于 JavaScript 脚本的执行。
在这样的环境里，开发者无法使用浏览器相关的 API 来改变页面内容、获取敏感信息、随意跳转页面，当然也无法对用户进行恶意的攻击了。也正因为如此，在小程序里，是不存在 XSS 风险的，开发者无须主动进行防范，用户更是可以安心使用。

以上就是小程序双线程设计的背景，下面我们来看一下小程序的双线程是怎样设计的。

小程序的双线程设计

小程序中使用了沙箱环境来运行 JavaScript 代码，在这个环境中无法进行一些 DOM 操作。那么，开发者如何更新页面内容、控制页面的展示呢？答案是使用setData()。

为什么使用setData()可以更新页面内容呢？这是因为在小程序中，界面渲染相关任务则是由单独的 WebView 线程来完成。也就是说，在小程序中，JavaScript 脚本的执行和界面渲染不在一个线程中。

当我们在 JavaScript 中使用setData()更新数据的时候，实际上这些数据会通过客户端进行跨线程通信，然后传递到 WebView 页面中，WebView 页面则根据约定的规则来更新到页面中，过程如下图所示。

小程序的双线程设计

由于 WebView 页面中获取到的只是类似 JSON 格式的数据，不存在执行 JavaScript 脚本的情况。因此有效地防范了 XSS 攻击，也防止了开发者恶意爬取用户敏感信息。

双线程模型

小程序的渲染层和逻辑层分别由两个线程管理（视图层是 WebView，逻辑层是 JS 引擎）：

渲染层的界面主要使用 WebView 进行渲染（PageView 可以是 WebView、React-Native-Like、Flutter 来渲染）；
运行环境逻辑层渲染层
iOS JavaScriptCore WKWebView
Android V8 XWeb(腾讯自研，基于Mobile Chrome内核)
PC Chrome内核 Chrome内核
小程序开发工具 NW.js Chrome WebView
与React Native（RN）的跨平台不同，小程序的大部分UI组件并不是原生渲染，而是类似于网页应用，使用浏览器渲染。只有少量组件是原生实现的，这些原生组件层位于WebView层之上，包括<canvas/>、<video/>、<map/>和<textarea/>等。但是，相比在小程序里面使用小程序组里面里面的web-view 来加载H5，小程序在开发过程中可以进行性能优化，如使用分包加载、懒加载等策略，从而提高应用的启动速度和运行性能。
逻辑层采用 JSCore 运行 JavaScript 代码。

运行环境	逻辑层	渲染层
iOS	JavaScriptCore	WKWebView
Android	V8	XWeb(腾讯自研，基于Mobile Chrome内核)
PC	Chrome内核	Chrome内核
小程序开发工具	NW.js	Chrome WebView

一个小程序存在多个界面，所以渲染层存在多个 WebView。这两个线程间的通信经由小程序 Native 侧中转，逻辑层发送网络请求也经由 Native 侧转发，小程序的通信模型下图所示。

小程序的渲染层和逻辑层分别由两个线程管理

视图层主要负责页面的渲染
逻辑层负责js的执行

微信小程序的双线程有如下主要优点：

javascript脚本执行不会抢占ui渲染资源，使整体页面渲染更快；
由于渲染层使用的是webview，体验上更接近原生，比公众号h5网页体验要好；
安全管控，独立的沙箱环境运行javascript逻辑代码，避免了浏览器的开放api操作dom、跳转页面等，更加安全。

视图层与逻辑层之间通过event和data来通信。
通信是有微信客户端（Native）做的一层中转；
并且,宿主工程-微信还给小程序提供了JSAPI(JavaScriptInterface),透过jsBridge来调用原生的功能模块，比如:相机、扫码、HUD、网络通讯、数据存储、蓝牙等功能。
工作流程简述:小程序H5模块的JS→JSCore→JSBridge(Native中注册JSCore回调,JSBridge负责将JS的调用信号解释出来,进而转发到具体的Native实现类中去)→Native的提供的JSAPI(访问具体的Native功能块)
这个视图层，就是最后我们打包出来的代码，包含了html页面和css样式，在这里面运行，视图层目前使用 WebView 作为渲染载体
而逻辑层是由独立的 JsCore 作为js的运行环境,所以它和浏览器不一样，只有一些js对应的方法，不能直接操作dom和获取dom，中间都需要通信这一层中转，在架构上，WebView 和 JavascriptCore 都是独立的模块，并不具备数据直接共享的通道。
当前，视图层和逻辑层的数据传输，实际上通过两边提供的 evaluateJavascript 所实现。即用户传输的数据，需要将其转换为字符串形式传递，同时把转换后的数据内容拼接成一份 JS 脚本，再通过执行 JS 脚本的形式传递到两边独立环境。
由于这之间他们是彼此独立的，是基于消息驱动来渲染的，所以不会阻塞页面；，我的渲染不会影响你的js逻辑，js的执行也不会柱塞渲染的过程；
比如我们在发送一些请求的时候，这种一般是经由Native转发:

小程序的双层架构思想可以追溯到 PWA，但又有所扬弃。

	PWA	小程序框架
逻辑层	以 Service Worker 为载体。开发者需编写业务逻辑、管理资源缓存。	以 JSCore 或 V8 引擎为载体。开发者只需编写业务逻辑。
渲染层	基于 Web 网页的单页或多标签页方案。	基于多个 WebView 组成的页面栈。

小程序框架与 PWA 相比，小程序的开发者可以更聚焦于业务逻辑，而无需关注静态资源的缓存。

小程序包的缓存和更新机制交由小程序框架自动完成，开发者可以在适当时机通过 API 影响这一过程。

小程序的渲染层由多个 WebView 组成的页面栈构成，这与 PWA 相比有着更接近移动端原生应用的用户体验。同时，小程序的开发者也能更从容地处理多页面间跳转时页面状态的变化。

类似于微信 JSSDK 这样的 Hybrid 技术，微信小程序的界面主要由成熟的 Web 技术渲染，辅之以大量的接口提供丰富的客户端原生能力。同时，每个小程序页面都是用不同的 WebView 去渲染，这样可以提供更好的交互体验，更贴近原生体验，也避免了单个 WebView 的任务过于繁重。

此外，界面渲染这一块我们定义了一套内置组件以统一体验，并且提供一些基础和通用的能力，进一步降低开发者的学习门槛。值得一提的是，内置组件有一部分较复杂组件是用客户端原生实现的同层渲染，以提供更好的性能。

为什么要这么设计呢？

为了管控和安全，微信小程序阻止开发者使用一些浏览器提供的，诸如跳转页面、操作 DOM、动态执行脚本的开放性接口。
将逻辑层与视图层进行分离，视图层和逻辑层之间只有数据的通信，可以防止开发者随意操作界面，更好的保证了用户数据安全。

微信小程序视图层是 WebView，逻辑层是 JS 引擎。三端的脚本执行环境以及用于渲染非原生组件的环境是各不相同的：

运行环境	逻辑层	渲染层
Android	V8	Chromium 定制内核
iOS	JavaScriptCore	WKWebView
小程序开发者工具	NWJS	Chrome WebView

我们看一下单 WebView 实例与小程序双线程多实例下代码执行的差异点。

微信小程序技术架构原理

单 WebView 模式下，Page 视图与 App 逻辑共享同一个 JSContext，这样所有的页面可以共享全局的数据和方法，能够实现全局的状态管理。
多 WebView 模式下，每一个 WebView 都有一个独立的 JSContext，虽然可以通过窗口通信实现数据传递，但是无法共享数据和方法，对于全局的状态管理也相对比较复杂。

抽离一个通用的 WebView 或者 JS Engine 作为应用的 JSContext 就可以解决这些问题，但是同时引入了其他问题：视图和逻辑如何通信，在小程序里面数据更新后视图是异步更新的。

双线程交互的生命周期图示：

开发工具

微信开发者工具是基于 NW.js 构建，主要由工具栏、模拟器、编辑器、调试器四大部分组成。

通过微信开发者工具 => 调试 => 调试微信微信开发者工具可以打开小程序 IDE DevTools 面板。
通过 DevTools 审查我们可以发现模拟器是通过 WebView 展示页面。

微信小程序是双线程的设计，所以存在视图层和逻辑层两个 WebView。

调试逻辑层

在微信开发者工具中，Workbench 的 DevTools 调试器默认与模拟器逻辑层连接，所以 DevTools 中的 Console 面板进行输入 JS 脚本，JS 脚本实际的执行环境是逻辑层的 JS Context，对于逻辑层的调试，可以直接在调试器中进行。编译运行你的小程序项目，然后打开控制台，输入 document 并回车，就可以看到小程序逻辑层 WebView，如下图：

调试视图层

模拟器视图层 WebView 的就相对逻辑层麻烦一些，需要在 IDE 的 DevTools 下中注入 JS 打开视图层 WebView 的 DevTools。

IDE DevTools 面板的 Console Panel 输入：

// 查找 WebView 元素
$$('webview')
// 打开 视图层 WebView DevTools
$$('webview')[0].showDevTools(true)
然后就可以在视图层 WebView 的 DevTools 中进行调试了。

然后就可以在视图层 WebView 的 DevTools 中进行调试了。

小程序调试界面

逆向技巧

获取基础库

我们如何能够拿到视图层和逻辑层 WebView 加载的文件呢？

基于 Sources 面板的 Save AS 功能获取代码

基于开发者工具内置命令 openVendor() 找到 .wxvpkg 包获取代码

在开发者工具中使用 help() 方法，可以查看一些指令和方法。

openVendor 命令可以打开微信开发者工具在小程序框架所在目录。我们可以在微信小程序 IDE 控制台输入 openVendor 命令，可以打开微信小程序开发工具的资源目录：

我们可以看到有 wcc、wcsc，小程序各版本的基础库包 .wxvpkg。.wxvpkg 文件可以使用 wechat-app-unpack 解开，解开后里面就是 WAService.js 和 WAWebView.js 等代码。

利用 apktool 反编译微信客户端

我们可以找到 wxa_library 文件夹，这个和上面微信开发工具中 .wxvpkg 包解开的结构很类似，这就是小程序的基础库。

反编译代码

利用 wechat-app-unpack 模块解包

python2 unwxapkg.py [filename]

解开后的目录结构：

客户端中的 .wxvpkg 包比 IDE WeappVendor 文件夹下的包多一些文件。

利用 js-beautify 美化代码

find . -type f -name '*.js' -exec js-beautify -r -s 2 -p -f '{}' \;

利用 jsnice 美化代码

关于代码的逆向还原细节本文暂不做详细介绍，后面专门写文章展开讲解。

基础库

整体架构

小程序的基础库是 JavaScript 编写的，基础库提供组件和 API，处理数据绑定、组件系统、事件系统、通信系统等一系列框架逻辑，可以被注入到渲染层和逻辑层运行。在渲染层可以用各类组件组建界面的元素，在逻辑层可以用各类 API 来处理各种逻辑。

PageView 可以是 WebView、React-Native-Like、Flutter 来渲染，详细架构设计可以参考：基于小程序技术栈的微信客户端跨平台实践。

小程序的基础库主要分为：

WAWebview：小程序视图层基础库，提供视图层基础能力
WAService：小程序逻辑层基础库，提供逻辑层基础能力

微信小程序基础库更新过程可能会对基础库有些变更，下面就 v2.10.4 版本对基础库进行分析：

WAWebview 源码结构

借助于 VS Code 折叠功能，将基础库中 WAWebview 文件美化后，并且进行必要的模块结构拆分，可以看到代码主要结构如下：

var __wxLibrary = {
  fileName: 'WAWebview.js',
  envType: 'WebView',
  contextType: 'others',
  execStart: Date.now()
};
var __WAWebviewStartTime__ = Date.now();
var __libVersionInfo__ = {
  "updateTime": "2020.4.4 10:25:02",
  "version": "2.10.4"
};

/**
 * core-js 模块
 */
!function(n, o, Ye) {
  ...
  }, function(e, t, i) {
    var n = i(3),
      o = "__core-js_shared__",
      r = n[o] || (n[o] = {});
    e.exports = function(e) {
      return r[e] || (r[e] = {})
    }
  ...
}(1, 1);

var __wxConfig;
var __wxTest__ = false;

var wxRunOnDebug = function(e) {
  e()
};

/**
 * 基础模块
 */
var Foundation = function(i) {
  ...
}]).default;

var nativeTrans = function(e) {
  ...
}(this);

/**
 * 消息通信模块
 */
var WeixinJSBridge = function(e) {
  ...
}(this);

/**
 * 监听 nativeTrans 相关事件
 */
!function() {
  ...
}();

/**
 * 解析配置
 */
!function(r) {
  ...
  __wxConfig = _(__wxConfig), __wxConfig = v(__wxConfig), Foundation.onConfigReady(function() {
    m()
  }), n ? __wxConfig.__readyHandler = A : d ? Foundation.onBridgeReady(function() {
    WeixinJSBridge.on("onWxConfigReady", A)
  }) : Foundation.onLibraryReady(A)
}(this);

/**
 * 异常捕获（error、onunhandledrejection）
 */
!function(e) {
  function t(e) {
    Foundation.emit("unhandledRejection", e) || console.error("Uncaught (in promise)", e.reason)
  }
  "object" == typeof e && "function" == typeof e.addEventListener ? (e.addEventListener("unhandledrejection", function(e) {
    t({
      reason: e.reason,
      promise: e.promise
    }), e.preventDefault()
  }), e.addEventListener("error", function(e) {
    var t;
    t = e.error, Foundation.emit("error", t) || console.error("Uncaught", t), e.preventDefault()
  })) : void 0 === e.onunhandledrejection && Object.defineProperty(e, "onunhandledrejection", {
    value: function(e) {
      t({
        reason: (e = e || {}).reason,
        promise: e.promise
      })
    }
  })
}(this);

/**
 * 原生缓冲区
 */
var NativeBuffer = function(e) {
  ...
}(this);
var WeixinNativeBuffer = NativeBuffer;
var NativeBuffer = null;

/**
 * 日志模块：wxConsole、wxPerfConsole、wxNativeConsole、__webviewConsole__
 */
var wxConsole = ["log", "info", "warn", "error", "debug", "time", "timeEnd", "group", "groupEnd"].reduce(function(e, t) {
  return e[t] = function() {}, e
}, {});

var wxPerfConsole = ["log", "info", "warn", "error", "time", "timeEnd", "trace", "profile", "profileSync"].reduce(function(e, t) {
  return e[t] = function() {}, e
}, {});

var wxNativeConsole = function(i) {
  ...
}([function(e, t, i) {
  ...
}]).default;

var __webviewConsole__ = function(i) {
  ...
}([function(e, t, i) {
  ...
}]);

/**
 * 上报模块
 */
var Reporter = function(i) {
  ...
}([function(e, L, O) {
  ...
}]).default;

var Perf = function(i) {
  ...
}([function(e, t, i) {
  ...
}]).default;

/**
 * 视图层 API
 */
var __webViewSDK__ = function(i) {
  ...
}([function(e, L, O) {
  ...
}]).default;
var wx = __webViewSDK__.wx;

/**
 * 组件系统
 */
var exparser = function(i) {
  ...
}([function(e, t, i) {
  ...
}]);

/**
 * 框架粘合层
 * 
 * 使用 exparser.registerBehavior 和 exparser.registerElement 方法注册内置组件
 * 转发 window、wx 对象上到事件转发到 exparser
 */
!function(i) {
  ...
}([function(e, t) {
  ...
}, function(e, t) {}, , function(e, t) {}]);

/**
 * Virtual DOM 
 */
var __virtualDOMDataThread__ = false;
var __virtualDOM__ = function(i) {
  ...
}([function(e, t, i) {
  ...
}]);

/**
 * __webviewEngine__
 */
var __webviewEngine__ = function(i) {
  ...
}([function(e, t, i) {
  ...
}]);

/**
 * 注入默认样式到页面
 */
!function() {
  ...
  function e() {
     var e = i('...');
    __wxConfig.isReady ? void 0 !== __wxConfig.theme && i(t, e.nextElementSibling) : __wxConfig.onReady(function() {
      void 0 !== __wxConfig.theme && i(t, e.nextElementSibling)
    })
  }
  window.document && "complete" === window.document.readyState ? e() : window.onload = e
}();

var __WAWebviewEndTime__ = Date.now();
typeof __wxLibrary.onEnd === 'function' && __wxLibrary.onEnd();
__wxLibrary = undefined;

WAWebview 主要由以下几个部分组件：

Foundation: 基础模块
WeixinJSBridge: 消息通信模块
exparser: 组件系统模块
__virtualDOM__: Virtual DOM 模块
__webViewSDK__: WebView SDK 模块
Reporter: 日志上报模块(异常和性能统计数据)

WAService 源码结构

WAService 的整体结构如下：

var __wxLibrary = {
  fileName: 'WAService.js',
  envType: 'Service',
  contextType: 'App:Uncertain',
  execStart: Date.now()
};
var __WAServiceStartTime__ = Date.now();

(function(global) {
  var __exportGlobal__ = {};
  var __libVersionInfo__ = {
    "updateTime": "2020.4.4 10:25:02",
    "version": "2.10.4"
  };
  var __Function__ = global.Function;
  var Function = __Function__;

  /**
   * core-js 模块
   */
  !function(r, o, Ke) {
  }(1, 1);

  var __wxTest__ = false;
  var wxRunOnDebug = function(e) {
    e()
  };

  var __wxConfig;
  /**
   * 基础模块
   */
  var Foundation = function(n) {
    ...
  }([function(e, t, n) {
    ...
  }]).default;

  var nativeTrans = function(e) {
    ...
  }(this);

  /**
   * 消息通信模块
   */
  var WeixinJSBridge = function(e) {
    ...
  }(this);

  /**
   * 监听 nativeTrans 相关事件
   */
  !function() {
    ...
  }();

  /**
   * 解析配置
   */
  !function(i) {
    ...
  }(this);

  /**
   * 异常捕获（error、onunhandledrejection）
   */
  !function(e) {
    ...
  }(this);

  /**
   * 原生缓冲区
   */
  var NativeBuffer = function(e) {
    ...
  }(this);
  WeixinNativeBuffer = NativeBuffer;
  NativeBuffer = null;

  var wxConsole = ["log", "info", "warn", "error", "debug", "time", "timeEnd", "group", "groupEnd"].reduce(function(e, t) {
      return e[t] = function() {}, e
    }, {});

  var wxPerfConsole = ["log", "info", "warn", "error", "time", "timeEnd", "trace", "profile", "profileSync"].reduce(function(e, t) {
    return e[t] = function() {}, e
  }, {});

  var wxNativeConsole = function(n) {
    ...
  }([function(e, t, n) {
    ...
  }]).default;

  /**
   * Worker 模块
   */
  var WeixinWorker = function(e) {
    ...
  }(this);

  /**
   * JSContext
   */
  var JSContext = function(n) {
    ...
  }([
    ...
  }]).default;

  var __appServiceConsole__ = function(n) {
    ...
  }([function(e, N, R) {
    ...
  }]).default;

  var Protect = function(n) {
    ...
  }([function(e, t, n) {
    ...
  }]);

  var Reporter = function(n) {
    ...
  }([function(e, N, R) {
    ...
  }]).default;

  var __subContextEngine__ = function(n) {
    ...
  }([function(e, t, n) {
    ...
  }]);

  var __waServiceInit__ = function() {
    ...
  }

  function __doWAServiceInit__() {
    var e;
    "undefined" != typeof wx && wx.version && (e = wx.version), __waServiceInit__(), e && "undefined" != typeof __exportGlobal__ && __exportGlobal__.wx && (__exportGlobal__.wx.version = e)
  }
  __subContextEngine__.isIsolateContext();
  __subContextEngine__.isIsolateContext() || __doWAServiceInit__();
  __subContextEngine__.initAppRelatedContexts(__exportGlobal__);
})(this);

var __WAServiceEndTime__ = Date.now();
typeof __wxLibrary.onEnd === 'function' && __wxLibrary.onEnd();
__wxLibrary = undefined;

WAService 基本组成：

Foundation: 基础模块
WeixinJSBridge: 消息通信模块
WeixinNativeBuffer: 原生 Buffer
WeixinWorker: Worker 线程
JSContext: JS Engine Context
Protect: JS 保护的对象
__subContextEngine__: 提供 App、Page、Component、Behavior、getApp、getCurrentPages 等方法

Foundation 模块

基础模块提供环境变量 env、发布订阅 EventEmitter、配置/基础库/通信桥 Ready 事件。

Exparser 模块

小程序的视图是在 WebView 里渲染的，为解决管控与安全，小程序里面不能使用 Web 组件和动态执行 JavaScript。‘

Exparser 是微信小程序的组件组织框架，内置在小程序基础库中，为小程序的各种组件提供基础的支持。

小程序内的所有组件，包括内置组件和自定义组件，都由 Exparser 组织管理。

Exparser 的组件模型与 WebComponents 标准中的 ShadowDOM 高度相似。Exparser 会维护整个页面的节点树相关信息，包括节点的属性、事件绑定等，相当于一个简化版的 Shadow DOM 实现。

Exparser 的主要特点包括以下几点：

基于 Shadow DOM 模型：模型上与 WebComponents 的 ShadowDOM 高度相似，但不依赖浏览器的原生支持，也没有其他依赖库；实现时，还针对性地增加了其他 API 以支持小程序组件编程。
可在纯 JS 环境中运行：这意味着逻辑层也具有一定的组件树组织能力。
高效轻量：性能表现好，在组件实例极多的环境下表现尤其优异，同时代码尺寸也较小。

小程序中，所有节点树相关的操作都依赖于 Exparser，包括 WXML 到页面最终节点树的构建、createSelectorQuery 调用和自定义组件特性等。

Virtual DOM 模块

Virtual DOM 模块提供了如下几个方法：

接口与 virtual-dom 类似，这里特别的地方在于它所 diff 和生成的并不是原生 DOM，而是各种模拟了 DOM 接口的 wx- element 对象。

WeixinJSBridge 模块

WeixinJSBridge 提供了视图层 JS 与 Native、视图层与逻辑层之间消息通信的机制，提供了如下几个方法:

方法名	作用
invoke	JS 调用 Native API
invokeCallbackHandler	Native 传递 invoke 方法回调结果
on	JS 监听 Native 消息
publish	视图层发布消息
subscribe	订阅逻辑层的消息
subscribeHandler	视图层和逻辑层消息订阅转发
setCustomPublishHandler	自定义消息转发

编译原理

微信开发者工具和微信客户端都无法直接运行小程序的源码，因此我们需要对小程序的源码进行编译。代码编译过程包括本地预处理、本地编译和服务器编译。为了快速预览，微信开发者工具模拟器运行的代码只经过本地预处理、本地编译，没有服务器编译过程，而微信客户端运行的代码是额外经过服务器编译的。

微信官方提供了 wcc 和 wcsc 两个编译工具

wcc 编译器可以将 wxml 文件编译成 JS 文件
wcsc 编译器可以将 wxss 文件编译成 JS 文件。

编译 WXML

我们这里一步步去研究微信官方编译器，先研究看看 wcc 做了什么事情。

例如编译 wxml 为 JS：

index.wxml:

<view>
  <text class="window">{{ text }}</text>
</view>

借助 miniprogram-compiler 转化：

const fs = require("fs");
const miniprogramCompiler = require("miniprogram-compiler");

const path = require("path");
let compileResult = miniprogramCompiler.wxmlToJs(path.join(__dirname));
fs.writeFileSync("index.wxml.js", compileResult);

编译之后的代码为：

window.__wcc_version__ = 'v0.5vv_20181221_syb_scopedata';
window.__wcc_version_info__ = {
  customComponents: true,
  fixZeroRpx: true,
  propValueDeepCopy: false
};
var $gwxc;
var $gaic = {};
$gwx = function(path, global) {
  ...
}
return $gwx;

我们深入 miniprogramCompiler.wxmlToJs 源码最终会发现调用的是 wcc，这个正是微信开发工具下的编译工具。

通过上述编译生存的代码我们发现，调用 $gwx 函数会再生成一个有返回值的函数，于是我们执行如下代码：

$gwx("index.wxml")();

得出如下内容：

{
  "tag": "wx-page",
  "children": [
    {
      "tag": "wx-view",
      "attr": {},
      "children": [
        {
          "tag": "wx-text",
          "attr": { "class": "window" },
          "children": [""],
          "raw": {},
          "generics": {}
        }
      ],
      "raw": {},
      "generics": {}
    }
  ]
}

这是一个类似 Virtual DOM 的对象，交给了 WAWebivew 来渲染，标签名为 wx-view、wx-text。

上面的 wx-text 是没有绑定数据的，那么上面的 Virtual DOM 是怎么变成真实的 DOM 呢？

$gwx 是一个闭包函数，$gwx 函数第一个参数是 path，页面 wxml 文件的路径；global 参数应该是顶层对象。

$gwx = function (path, global) {
  ...
  if (path && e_[path]) {
    window.__wxml_comp_version__ = 0.02;
    return function (env, dd, global) {
      $gwxc = 0;
      var root = { tag: "wx-page" };
      root.children = [];
      var main = e_[path].f;
      cs = [];
      if (typeof global === "undefined") global = {};
      global.f = $gdc(f_[path], "", 1);
      if (
        typeof window.__webview_engine_version__ != "undefined" &&
        window.__webview_engine_version__ + 1e-6 >= 0.02 + 1e-6 &&
        window.__mergeData__
      ) {
        // 合并 Data 数据
        env = window.__mergeData__(env, dd);
      }
      try {
        main(env, {}, root, global);
        _tsd(root);
        if (
          typeof window.__webview_engine_version__ == "undefined" ||
          window.__webview_engine_version__ + 1e-6 < 0.01 + 1e-6
        ) {
          return _ev(root);
        }
      } catch (err) {
        console.log(cs, env);
        console.log(err);
        throw err;
      }
      return root;
    }
  }
}

window.__webview_engine_version__ 大于等于 0.02 版本的使用 window.__mergeData__ 进行数据 merge，这里可以推测 dd 参数是新数据，env 是当前数据。这里的 window.__mergeData__ 是在 WAWebview 中定义的：

var E = window.__virtualDOM__;...window.__mergeData__ = E.getMergeDataFunc();

这里的 window.__virtualDOM__ 是基础库中 Virtual DOM 的实现。

如果我们直接执行下面的代码：

{
  "tag": "wx-page",
  "children": [
    {
      "tag": "wx-view",
      "attr": {},
      "children": [{
        "tag": "wx-text",
        "attr": {
          "class": "name"
        },
        "children": ["Hello World"],
        "raw": {},
        "generics": {}
      }],
      "raw": {},
      "generics": {}
    }
  ]
}

可以得到如下的 Virtual DOM 结构：

{
  "tag": "wx-page",
  "children": [
    {
      "tag": "wx-view",
      "attr": {},
      "children": [{
        "tag": "wx-text",
        "attr": {
          "class": "name"
        },
        "children": ["Hello World"],
        "raw": {},
        "generics": {}
      }],
      "raw": {},
      "generics": {}
    }
  ]
}

setData 的机制如下：

通信原理

小程序逻辑层和渲染层的通信会由 Native （微信客户端）做中转，逻辑层发送网络请求也经由 Native 转发。

视图层组件:

内置组件中有部分组件是利用到客户端原生提供的能力，既然需要客户端原生提供的能力，那就会涉及到视图层与客户端的交互通信。这层通信机制在 iOS 和安卓系统的实现方式并不一样：

iOS 是利用了 WKWebView 的提供 messageHandlers 特性
安卓则是往 WebView 的 window 对象注入一个原生方法，最终会封装成 WeiXinJSBridge 这样一个兼容层，主要提供了调用（invoke）和监听（on）这两种方法。

我们知道微信小程序逻辑层没有浏览器的 DOM/BOM，视图层的更新借助于 Virtual DOM。用 JS 对象模拟 DOM 树 -> 比较两棵虚拟 DOM 树的差异 -> 把差异应用到真正的 DOM 树上，状态更新的时候，通过对比前后 JS 对象变化，进而改变视图层的 Dom 树。

实际上，在视图层与客户端的交互通信中，开发者只是间接调用的，真正调用是在组件的内部实现中。开发者插入一个原生组件，一般而言，组件运行的时候被插入到 DOM 树中，会调用客户端接口，通知客户端在哪个位置渲染一块原生界面。在后续开发者更新组件属性时，同样地，也会调用客户端提供的更新接口来更新原生界面的某些部分。

逻辑层接口:

逻辑层与客户端原生通信机制与渲染层类似，不同在于，iOS 平台可以往 JavaScripCore 框架注入一个全局的原生方法，而安卓方面则是跟渲染层一致的。

同样地，开发者也是间接地调用到与客户端原生通信的底层接口。一般我们会对逻辑层接口做层封装后才暴露给开发者，封装的细节可能是统一入参、做些参数校验、兼容各平台或版本问题等等。

启动流程

通过分析 WAPageFrame.html 文件，我们可以得到小程序的启动执行流程大致如下：

第一步：初始化全局变量

var __wxRoute,
  __wxRouteBegin,
  __wxAppCurrentFile__,
  __wxAppData = {},
  __wxAppCode__ = {},
  __vd_version_info__ = {},  Component = function() {},  Behavior = function() {},  definePlugin = function() {},  requirePlugin = function() {};global = {};var $gwx,
  __workerVendorCode__ = {},
  __workersCode__ = {},
  __WeixinWorker = (WeixinWorker = {});var __wxConfig = {  // ...};var __devtoolsConfig = {  // ...};

__wxRoute: 用于指向当前正在加载的页面路径
__wxRouteBegin: 用于标志 Page 的正确注册
__wxAppCurrentFile__: 用于指向当前正在加载的 JS 文件
__wxAppData: 小程序每个页面的 data 域对象，如下：
__wxAppCode__: 在开发者工具中分为两类值，json 类型和 wxml 类型。以 .json 结尾的，其 key 值为开发者代码中对应的 json 文件的内容，.wxml 结尾的，其 key 值为通过调用 $gwx('./pages/index/index.wxml') 将得到一个可执行函数，通过调用这个函数可得到一个标识节点关系的 JSON 树。
Component: 自定义组件构造器
Behavior: 自定义组件 behavior 构造器
definePlugin: 自定义插件的构造器
global: 全局对象
__WeixinWorker: 多线程构造器
__wxConfig: 对象是根据全局配置和页面配置生成的配置对象，如下：

{  "pages": ["pages/index/index", "pages/logs/logs"],  "resizable": false,  "debug": false,  "widgets": [],  "customClose": false,  "workers": "",  "navigateToMiniProgramAppIdList": [],  "cloud": false,  "global": {    "window": {      "backgroundTextStyle": "light",      "navigationBarBackgroundColor": "#fff",      "navigationBarTitleText": "WeChat",      "navigationBarTextStyle": "black"    }  },  "page": {    "pages/index/index.html": { "window": { "usingComponents": {} } },    "pages/logs/logs.html": {      "window": {        "navigationBarTitleText": "查看启动日志",        "usingComponents": {}      }    }  },  "networkTimeout": {    "request": 60000,    "uploadFile": 60000,    "connectSocket": 60000,    "downloadFile": 60000  },  "ext": {},  "extAppid": "",  "mainPlugins": {},  "__warning__": "",  "entryPagePath": "pages/index/index.html",  "tabBar": { "list": [] },  "appType": 0,  "urlCheck": true,  "wxAppInfo": {    "maxRequestConcurrent": 10,    "maxUploadConcurrent": 10,    "maxDownloadConcurrent": 10,    "maxWorkerConcurrent": 1  },  "accountInfo": {    "appId": "",    "nickname": "赞同技术",    "icon": ""  },  "platform": "devtools",  "appLaunchInfo": { "scene": 1001, "path": "pages/index/index", "query": {} },  "env": {    "USER_DATA_PATH": "http://usr"  },  "envVersion": "develop"}

第二步：加载框架（WAService.js）

我们调用的 API 等核心主要是 __waServiceInit__ 部分，主要结构如下：

__waServiceInit__ = function() {  var bta = function(n) {      // ...    }({      // ...    }),    cta = function(n) {    }([      // ...    ]).default,
    dta = cta.wx;  "undefined" != typeof __exportGlobal__ && (__exportGlobal__.wx = dta);  var eta = function(n) {      // ...    }([      // ...    }]),    gta = function(n) {      // ...    }([      // ...    ]),    hta = function(n) {    }([function(e, t, n) {}]);

  hta.Page, hta.Component, hta.Behavior, hta.App, hta.getApp, hta.getCurrentPages;  "undefined" != typeof __exportGlobal__ && (
    __exportGlobal__.Page = hta.Page,
    __exportGlobal__.Component = hta.Component,
    __exportGlobal__.Behavior = hta.Behavior,
    __exportGlobal__.__webview_engine_version__ = .02,
    __exportGlobal__.App = hta.App,
    __exportGlobal__.getApp = hta.getApp,
    __exportGlobal__.getCurrentPages = hta.getCurrentPages,
    __exportGlobal__.__pageComponent = null);  var qta = function(n) {      // ...    }([      // ...    ]),
    qta.definePlugin, qta.requirePlugin;  // 定义 define require 方法  !function(e) {  }();  var tta = require;  if (__exportGlobal__.definePlugin = qta.definePlugin,
    __exportGlobal__.requirePlugin = qta.requirePlugin,    "function" == typeof __passWAServiceGlobal__) {    var uta = {};
    uta.__appServiceEngine__ = hta,
    uta.__appServiceSDK__ = cta,
    uta.__virtualDOM__ = gta,
    uta.__subContextEngine__ = __subContextEngine__,
    uta.Reporter = Reporter,
    uta.exparser = eta,
    uta.WeixinJSBridge = WeixinJSBridge,
    uta.Protect = Protect,    __passWAServiceGlobal__(uta)}};

__waServiceInit__ 中定义了框架核心对象，如：__appServiceEngine__、__virtualDOM__、exparser。其中__appServiceEngine__ 提供了框架最基本的对外接口，如 App、Page、Component、Behavior、getApp、getCurrentPages 等方法；exparser 提供了框架底层的能力，如实例化组件，数据变化监听，View 层与逻辑层的交互等；__virtualDOM__ 则起着连接 __appServiceEngine__ 和 exparser 的作用，如对开发者传入 Page 方法的对象进行格式化再传入 exparser 的对应方法处理。

第三步：业务代码的加载

在小程序中，开发者的 JavaScript 代码会被打包为 AMD 规范的 JS 模块：

define("pages/index/index.js", function(  require,
  module,
  exports,
  window,
  document,
  frames,
  self,
  location,
  navigator,
  localStorage,
  history,
  Caches,
  screen,
  alert,
  confirm,
  prompt,
  fetch,
  XMLHttpRequest,
  WebSocket,
  webkit,
  WeixinJSCore,
  Reporter,
  print,  URL,
  DOMParser,
  upload,
  preview,
  build,
  showDecryptedInfo,
  cleanAppCache,
  syncMessage,
  checkProxy,
  showSystemInfo,
  openVendor,
  openToolsLog,
  showRequestInfo,
  help,
  showDebugInfoTable,
  closeDebug,
  showDebugInfo,
  __global,
  loadBabelMod,
  WeixinJSBridge) {  "use strict";  // index.js 代码});

AMD 规范接口，通过 define 定义一个模块，使用 require 来应用一个模块。上面说了 WAService 里定义了两个方法：require 和 define 用来定义和使用业务代码。首先 define 限制了模块可使用的其他模块，如 window，document；其次 require 在使用模块时只会传入 require 和 module，也就是说参数中的其他模块在定义的模块中都是 undefined，这也是不能在小程序中获取一些浏览器环境对象的原因。

在小程序中，JavaScript 代码的加载方式和在浏览器中也有些不同，其加载顺序是首先加载项目中其他 js 文件（非注册程序和注册页面的 js 文件），其次是注册程序的 app.js，然后是自定义组件 js 文件，最后才是注册页面的 js 代码。而且小程序对于在 app.js 以及注册页面的 js 代码都会加载完成后立即使用 require 方法执行模块中的程序。其他的代码则需要在程序中使用 require 方法才会被执行。

第四步：加载 app.js 与注册程序

在 app.js 加载完成后，小程序会使用 require('app.js') 注册程序，即对 App 方法进行调用。App 方法是对 __appServiceEngine__.App 方法的引用。

// 注册 app.js，初始化 Apprequire("app.js");var decodePathName = decodeURI("pages/index/index");__wxAppCode__[decodePathName + ".json"] = { usingComponents: {} };__wxAppCode__[decodePathName + ".wxml"] = $gwx("./" + decodePathName + ".wxml");var decodePathName = decodeURI("pages/logs/logs");__wxAppCode__[decodePathName + ".json"] = {  navigationBarTitleText: "查看启动日志",  usingComponents: {}};__wxAppCode__[decodePathName + ".wxml"] = $gwx("./" + decodePathName + ".wxml");var decodePathName = decodeURI("pages/index/index");__wxRoute = decodePathName;__wxRouteBegin = true;__wxAppCurrentFile__ = decodePathName + ".js";require(decodePathName + ".js");var decodePathName = decodeURI("pages/logs/logs");__wxRoute = decodePathName;__wxRouteBegin = true;__wxAppCurrentFile__ = decodePathName + ".js";require(decodePathName + ".js");

下图是框架对于 App 方法调用时的处理流程：

App() 函数用来注册一个小程序，接收一个 object 对象参数，其指定小程序的生命周期函数等，getApp() 函数可以用来获取到小程序实例。App() 和 getApp() 的函数声明如下：

declare const App: App.AppConstructor;declare const getApp: App.GetApp;

完整的参考：lib.wx.app.d.ts

微信小程序 App 和 getApp 的源码混淆了，内部实现不方便我们去追踪，这里我们先不深究，后面参考 wepet、hera 等框架我们再看一下微信小程序早期版本实现。

第五步：加载自定义组件代码以及注册自定义组件

自定义组件在 app.js 之后被加载，小程序会在这个过程中加载完所有的自定义组件，并且是加载完成后自动注册，只有注册完成后才会加载下一个自定义组件的代码。

下图是框架对于 Component 方法处理流程：

Component() 的函数声明如下：

declare function Component(options: BaseComponent): void;

完整的参考：lib.wx.component.d.ts

第六步：加载页面代码和注册页面

加载页面代码的处理流程和加载自定义组件一样，都是加载完成后先注册页面，然后才会加载下一个页面。

下图是注册一个页面时框架对于 Page 方法的处理流程：

Page() 和 getCurrentPages() 的函数声明如下：

declare const Page: Page.PageConstructor;declare const getCurrentPages: Page.GetCurrentPages;

完整的参考：lib.wx.page.d.ts

第七步：等待页面 Ready 和 Page 实例化

严格来讲是等待浏览器 Ready，小程序虽然有部分原生的组件，不过本质上还是一个 web 程序。在小程序中切换页面或打开页面时会触发 onAppRoute 事件，小程序框架通过 wx.onAppRoute 注册页面切换的处理程序，在所有程序就绪后，以 entryPagePath 作为入口使用 appLaunch 的方式进入页面。

总结

古人说 “纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，真正自己看完源码动手写一些例子对这句话理解更深。很多网文分析得也很好很深，但是作者看到的内容和我们自己看到的还是差距很大，另外源码一直在不断演化，有时候会存在过时的情况，正如本文 2019 年初写了一个初版，2020 年再看的时候差距很大，所以加了一些新的认知，记录一下自己在做这块的收获。本文是一个学习过程记录，还是要自己亲自动手实践才能理解更深。

参考

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