Xamarin 技术解析

Xamarin 是一套基于C#语言的跨平台移动应用开发工具，今年2月份微软宣布收购Xamarin，而后在4月份进行的Build大会上微软宣布将会在各个版本的Visual Studio中免费提供Xamarin，并且宣布Xamarin SDK开源。

本文主要阐述Xamarin是什么，它能做什么以及它是如何跨平台的。

1. 什么是Xamarin

Xamarin 是一个跨平台的移动开发工具，由 Mono 发展而来。开发人员可以使用 C# 为iOS，Android， Mac以及Windows Phone开发原生应用。

Xamarin 的跨平台开发思路是：使用 C# 来完成所有平台共用的，和平台无关的 app 逻辑部分；由于各个平台的 UI 和交互不同，再使用由 Xamarin 封装好的 C# API 来访问和操控 native 的控件，分别进行不同平台的 UI 开发。

如下图：

另外Xamarin还提供了Xamarin.Forms UI工具包，Xamarin.Forms可以帮助开发人员快速的构建跨平台的UI，通过一次编码，生成多个平台的原生UI界面，稍后本文会讲述Xamarin.Forms的使用方法以及实现原理。

2. Xamarin能做什么

Xamarin主要由Xamarin.iOS，Xamarin.Android以及Xamarin.Forms组成，主要功能也有着三部分组成：

2.1 使用Xamarin.iOS来构建iOS原生应用

下面会使用Mac OS X上的Xamarin Studio来演示如何构建iOS应用：

- 打开Xamarin Studio

- 新建一个项目，选择iOS - App - Single View App

- 点击下一步，输入App 名称，例如：FirstXamariniOS，一路点击下一步，工程创建完成。

下面是生成的iOS工程结构截图：

如果有Xcode使用经验的话会发现，这个Xamarin iOS工程的项目结构与Xcode的结构很类似，都包含了AppDelegate类，默认的ViewController以及Main StoryBoard文件，基本的类名称都是一致的。

打开Main.storyboard 文件，可以从Toolbox上拖拽一些原生控件到View Controller上，与Xcode中使用方式一致，但是有一些功能没有Xcode 强大，比如设置View的Auto layout等等，如下图：

运行上面的工程，就可以在模拟器中查看效果了。

从上面来看来说使用Xamarin进行iOS编程需要有一定的iOS App开发知识，需要熟悉iOS UI框架（Cocoa Touch）等等，即便使用Xamarin开发应用，也绕不过原生底层的这些东西。

2.2 使用Xamarin.Android来构建Android原生应用

下面会使用Mac OS X上的Xamarin Studio来演示如何构建iOS应用：

- 打开Xamarin Studio

- 新建一个项目，选择Android - App - Android App

- 点击下一步，输入App 名称，例如：FirstXamarinAndroid，一路点击下一步，工程创建完成。

下面是生成的Android工程结构截图：

如果有Eclipse进行Android编程经验的话会发现，这个Xamarin Android工程的项目结构与Eclipse的结构很类似，都包含了默认的MainActivity以及布局文件，基本的类名称都是一致的。

打开Main.axml文件，可以从Toolbox上拖拽一些原生控件到View Controller上，与Eclipse的体验类似，也可以通过编辑XML的方式更改界面。

同样从上面来看来说使用Xamarin进行Android编程需要有一定的Android App开发知识，需要熟悉Android UI框架等等，原生底层的东西还是需要熟悉的。

2.3 使用Xamarin.Forms来构建跨平台的应用

Xamarin.Forms 是一个创建跨平台用户界面的库，通过Xamarin.Forms 可以一次编码生成基于各个移动平台（iOS, Android, Windows Phone）的应用界面。

Xamarin.Forms提供了更高层次的一层UI组件抽象，这些组件在进行最终呈现的时候，会以原生控件的方式表现出来，也就是说每一个Xmarin.Forms的控件最终会有多个平台的原生呈现逻辑，如下图中，Xamarin.Forms的Entry控件，对应的原生呈现为：

使用Xamarin.Forms构建跨平台应用的一个缺陷就是只能使用Xamarin.Forms包中的控件，会有一些限制。

如果先了解更多关于如何使用Xamarin.Forms构建跨平台应用，请参见文章：Xamarin.Forms入门-使用 Xamarin.Forms 来创建跨平台的用户界面。

3. Xamarin实现原理

3.1 Xamarin.Android 实现原理

在讲述Xamarin.Android架构之前，需要先了解一些Android应用程序的背景知识：

- Android应用程序试运行在Dalvik虚拟机中的，每一个应用程序对应一个单独的虚拟机实例，其代码在虚拟机的解释下得以执行。

- Dalvik主要是完成对象生命周期管理，堆栈管理，线程管理，安全和异常管理，以及垃圾回收等等重要功能。

- 不同于Java虚拟机运行java字节码，Dalvik虚拟机运行的是其专有的文件格式

Xamarin.Android架构图（ART 是Android 虚拟机Dalvik）：

Android Callable Wrappers（ACW）

使用C#开发的Android应用程序在运行的时候，C#代码是在Mono虚拟机中执行的，而Mono虚拟机是寄宿在Dalvik虚拟机中运行的，所有的C#代码都通过ACW的方式被调用。

由于需要打包Mono环境，使用C#开发的Android应用的APK文件会比原生开发的大，执行效率也会差一些。

Managed Callable Wrapper（MCW）

如果需要在C#中调用一些系统的功能或者Java实现的类库，该如何调用那？答案就是MCW，MCW就是一个JNI桥梁，可以使用托管代码调用Android的代码。MCW将整个Android.* 以及相关的命名空间通过 jar绑定的方式暴露出来，是的C#可以调用。

3.2 Xamarin.iOS 实现原理

对于开发者来说，Xamarin.IOS相对于Xamarin.Android就要简单很多了，我们用C#开发的iOS应用程序在被编译成IL代码之后，然后转交给Apple complier直接编译成iOS的本地机器码，也就是说C#写的iOS应用程序和Objective-C 写的是一样的。

透过 Ahead-of-Time (AOT) 编译程序，直接将Xamarin.iOS程序编译为ARM的执行档。编译封装完成的应用程序被直接编译为原生的二进制执行文件。

3.3 Xamarin.Forms实现原理

在Xamarin Studio中构建Xamarin.Forms跨平台的应用的时候，会生成Android以及iOS单独的项目工程，两者共享业务逻辑以及一些UI界面，在打包生成App的时候，是分开进行的，两者互不影响。每个平台的实现原理与上面讲的是一样的。