Xamarin 技術全解析

Xamarin 是一套基于C#語言的跨平臺移動應用開發工具，今年2月份微軟宣布收購Xamarin，而后在4月份進行的Build大會上微軟宣布將會在各個版本的Visual Studio中免費提供Xamarin，并且宣布Xamarin SDK開源。

本文主要闡述Xamarin是什么，它能做什么以及它是如何跨平臺的。 

1. 什么是Xamarin

Xamarin 是一個跨平臺的移動開發工具，由 Mono 發展而來。開發人員可以使用 C# 為iOS，Android， Mac以及Windows Phone開發原生應用。 

Xamarin 的跨平臺開發思路是：使用 C# 來完成所有平臺共用的，和平臺無關的 app 邏輯部分；由于各個平臺的 UI 和交互不同，再使用由 Xamarin 封裝好的 C# API 來訪問和操控 native 的控件，分別進行不同平臺的 UI 開發。

如下圖：

另外Xamarin還提供了Xamarin.Forms UI工具包，Xamarin.Forms可以幫助開發人員快速的構建跨平臺的UI，通過一次編碼，生成多個平臺的原生UI界面，稍后本文會講述Xamarin.Forms的使用方法以及實現原理。

2. Xamarin能做什么

Xamarin主要由Xamarin.iOS，Xamarin.Android以及Xamarin.Forms組成，主要功能也有著三部分組成：

2.1 使用Xamarin.iOS來構建iOS原生應用

下面會使用Mac OS X上的Xamarin Studio來演示如何構建iOS應用：

- 打開Xamarin Studio

- 新建一個項目，選擇iOS - App - Single View App

- 點擊下一步，輸入App 名稱， 例如：FirstXamariniOS，一路點擊下一步，工程創建完成。

下面是生成的iOS工程結構截圖：

如果有Xcode使用經驗的話會發現，這個Xamarin iOS工程的項目結構與Xcode的結構很類似，都包含了AppDelegate類，默認的ViewController以及Main StoryBoard文件，基本的類名稱都是一致的。

打開Main.storyboard 文件，可以從Toolbox上拖拽一些原生控件到View Controller上，與Xcode中使用方式一致，但是有一些功能沒有Xcode 強大，比如設置View的Auto layout等等，如下圖：

運行上面的工程，就可以在模擬器中查看效果了。

從上面來看來說使用Xamarin進行iOS編程需要有一定的iOS App開發知識，需要熟悉iOS UI框架（Cocoa Touch）等等，即便使用Xamarin開發應用，也繞不過原生底層的這些東西。 

2.2 使用Xamarin.Android來構建Android原生應用

下面會使用Mac OS X上的Xamarin Studio來演示如何構建iOS應用：

- 打開Xamarin Studio

- 新建一個項目，選擇Android - App - Android App

- 點擊下一步，輸入App 名稱， 例如：FirstXamarinAndroid，一路點擊下一步，工程創建完成。

下面是生成的Android工程結構截圖：

如果有Eclipse進行Android編程經驗的話會發現，這個Xamarin Android工程的項目結構與Eclipse的結構很類似，都包含了默認的MainActivity以及布局文件，基本的類名稱都是一致的。 

打開Main.axml文件，可以從Toolbox上拖拽一些原生控件到View Controller上，與Eclipse的體驗類似，也可以通過編輯XML的方式更改界面。 

同樣從上面來看來說使用Xamarin進行Android編程需要有一定的Android App開發知識，需要熟悉Android UI框架等等，原生底層的東西還是需要熟悉的。 

2.3 使用Xamarin.Forms來構建跨平臺的應用

Xamarin.Forms 是一個創建跨平臺用戶界面的庫，通過Xamarin.Forms 可以一次編碼生成基于各個移動平臺（iOS, Android, Windows Phone）的應用界面。

Xamarin.Forms提供了更高層次的一層UI組件抽象，這些組件在進行最終呈現的時候，會以原生控件的方式表現出來，也就是說每一個Xmarin.Forms的控件最終會有多個平臺的原生呈現邏輯，如下圖中，Xamarin.Forms的Entry控件，對應的原生呈現為：

使用Xamarin.Forms構建跨平臺應用的一個缺陷就是只能使用Xamarin.Forms包中的控件，會有一些限制。

如果先了解更多關于如何使用Xamarin.Forms構建跨平臺應用，請參見文章：Xamarin.Forms入門-使用 Xamarin.Forms 來創建跨平臺的用戶界面。

3. Xamarin實現原理

3.1 Xamarin.Android 實現原理

在講述Xamarin.Android架構之前，需要先了解一些Android應用程序的背景知識：

- Android應用程序試運行在Dalvik虛擬機中的，每一個應用程序對應一個單獨的虛擬機實例，其代碼在虛擬機的解釋下得以執行。

- Dalvik主要是完成對象生命周期管理，堆棧管理，線程管理，安全和異常管理，以及垃圾回收等等重要功能。

- 不同于Java虛擬機運行java字節碼，Dalvik虛擬機運行的是其專有的文件格式

Xamarin.Android架構圖（ART 是Android 虛擬機Dalvik）：

Android Callable Wrappers（ACW）

使用C#開發的Android應用程序在運行的時候，C#代碼是在Mono虛擬機中執行的，而Mono虛擬機是寄宿在Dalvik虛擬機中運行的，所有的C#代碼都通過ACW的方式被調用。

由于需要打包Mono環境，使用C#開發的Android應用的APK文件會比原生開發的大，執行效率也會差一些。

Managed Callable Wrapper（MCW）

如果需要在C#中調用一些系統的功能或者Java實現的類庫，該如何調用那？ 答案就是MCW，MCW就是一個JNI橋梁，可以使用托管代碼調用Android的代碼。MCW將整個Android.* 以及相關的命名空間通過 jar綁定的方式暴露出來，是的C#可以調用。

3.2 Xamarin.iOS 實現原理

對于開發者來說，Xamarin.IOS相對于Xamarin.Android就要簡單很多了，我們用C#開發的iOS應用程序在被編譯成IL代碼之后，然后轉交給Apple complier直接編譯成iOS的本地機器碼，也就是說C#寫的iOS應用程序和Objective-C 寫的是一樣的。 

透過 Ahead-of-Time (AOT) 編譯程序，直接將Xamarin.iOS程序編譯為ARM的執行檔。編譯封裝完成的應用程序被直接編譯為原生的二進制執行文件。

3.3 Xamarin.Forms實現原理

在Xamarin Studio中構建Xamarin.Forms跨平臺的應用的時候，會生成Android以及iOS單獨的項目工程，兩者共享業務邏輯以及一些UI界面，在打包生成App的時候，是分開進行的，兩者互不影響。每個平臺的實現原理與上面講的是一樣的。