京东APP收银台Kotlin化实践

我们把移动端App分为四大类

• React/Flutter App

• Web App（纯网页）

• Native App（纯原生App）

• Hybrid app （混合App）

o 多View混合型：Native View与WebView交替出现的场景

o 单View混合型：在同一个View内，同时包括Native View和Web View

o Web主体型：移动应用的主体是WebView

过去收银台模块采用单View混合型，我们称之为H5收银台。H5收银台开发快，一次开发，iOS和Android两端通用。在享受开发便利的同时长期使用过程中发现：

• H5收银台首屏加载时间长，大多数时候超过1秒以上；

• 弹窗动画生硬，用户体验不够友好；

• 技术栈链路过长：JDWebView容器，H5前端页面，原生页面和JDWebView统一控件交互，原生和H5页面交互，定位问题、排查问题相对耗时长；

• 从占用手机大量内存的页面比如游戏网页跳转到收银台时，配置低的手机存在大概率性的黑屏或者白屏问题。

瓶颈是WebView，基于上述认识我们需要对业务较稳定的收银台首页去掉WebView，改成纯原生页面。改造后的架构图：

在原生化改造过程中我们面临一个选择：是继续使用Java还是选用Kotlin，收银台团队认为Kotlin是Andrioid开发的未来，谷歌的全力支持和未来丰富的语言生态让我们有理由相信Kotlin在移动端的远大且光明的前景。

接着来聊聊Kotlin和我们对Kotlin的实践，本文将从下面两部分展开：

• 对Kotlin的理解

• Kotlin在收银台里的具体实践

编程语言的时空观

想对Kotlin有全面、深刻的理解，还得从语言的源头入手，溯洄从之，一路探究。纵观过去100年，编程语言经历了三大阶段，分别是机器语言，汇编语言和高级语言。Kotlin隶属于高级语言，从高级语言这一阶段出发来看看编程语言的发展历程：

摘自：Most Popular Programming Languages 1965 - 2019 by youtube

上图为最受欢迎的高级语言的变化过程。高级语言从20世纪50年代到1983年为早期孕育阶段，按时间先后顺序发展出面向过程的结构化设计，面向对象的分析与设计，函数式编程范式等。随着语言的发展，原本常用的“面向对象”和“函数式”的边界变得越来越模糊。Kotlin于2011年问世，并在2017年得到谷歌官方支持，开始作为Android开发语言。

找到了Kotlin在时间轴线上的位置，Kotlin和其他语言的横向比较的位置在哪儿呢？

根据运行时是否允许隐式变量类型转换，把语言分为强类型和弱类型。Kotlin是强类型语言（隐式类型转换：不需要用户干预，编译器私下进行的类型转换行为）

根据对类型的检测时机是在编译期还是运行期，把语言分为静态语言和动态语言；Kotlin是静态语言。

根据程序的源文件被运行前是否需要提前转化为机器码，把语言分为编译型和解释型；Kotlin和Java类似，需要编译成字节码的解释型语言。

依据动态性和类型强度可以建立一个直角坐标系，如下图所示：沿着X轴正方向，静态性越来越强；沿着Y轴正方向，类型强度越来越强。

摘自网络

随着时间流逝，动态语言加入了静态能力，静态语言加入了动态能力，静态和动态正在相互靠拢，未来的编程语言属于这两者的杂交产物。Kotlin作为JVM语言，它落在第一象限，动态性比Java强，类型强度比Java弱。

小结:

于是对Kotlin的基本的认识便有了：Kotlin是现代化的编译型、强类型、静态语言。Kotlin相比于Java，更动态性，符合编程语言发展的趋势。上述所展示的Kotlin特点最终是通过语言特性得以落实。

kotlin的语言特性

语言特性分为通用特性，面向过程的特性，面向对象的特性，函数式的特性。

通用的特性，比如：

•  变量

• 作用域

•  ...

面向过程的特性，比如:

• 流程控制：条件语句，分支语句，循环语句

• 基本数据类型

• 数据容器（数组&集合）

• 方法定义与调用

• 访问权限

• ...

面向对象的特性，比如:

• 类和类层次结构

• 对象和类型

• 封装、继承、多态、抽象

• 接口&抽象方法

• 混合mixin

• 并发

• 异常处理

• 垃圾回收

• 递归

• ...

函数式的特性，比如:

• 引用透明

• 高阶函数

• lambda表达式

• 模式匹配

• Monad结构

• 柯里化

• 不变性&可变性

• 闭包

• ...

Koltin和Java在语言特性上的差异

Kotlin独有的特性有：data类，sealed类，解构，中缀表达，访问范围，操作符重载，主从构造器，内部类/嵌套类，属性访问器（内置setter和getter方法），属性延迟初始化，类型继承体系。如下：

• 增加类型继承体系

• 增加默认参数、可变参数

• 强化了不可变性

• 强化了空安全

• 强化了泛型

• 强化了函数/lambda表达

• 去掉了可受检异常

• 增加了运算符重载

• 修改了权限访问范围

• 把最佳实践融入到语法

可以看到Kotlin和Java特性差异还是挺多的，这里举两个方面说一说：函数式和类型。

函数式

Kotlin较Java一个很大的特性差异便是对函数式的支持大大提高了。我们知道函数式基本元素有：

• 不可变性

• 引用透明

• 无副作用

• 高阶函数与lambda表达式

• Monad结构

• 柯里化

• 模式匹配

• 智能类型推断

• 递归

• 并发安全

函数式编程有如下等式：

程序 = 可变性程序 + 不可变性程序

可变性程序 = 对象 + 依赖关系

不可变程序 = 纯函数 + 组合 （Monad结构） 

Kotlin的语言特性对此都做了支持，相比于Java在组件化和响应式上Kotlin更加简洁、直观。

类型差异

Kotlin和Java类型上的差异，有类型声明差异和类型体系差异。

类型声明差异

val a: String = "I am Kotlin"
val a2 = "I am Kotlin"

这与函数定义时返回类型，类继承，接口实现提供了一致的书写体验

fun sum(x: Int, y: Int): Int {
    return x + y
}

Java是类型前置的写法，定义方法时返回类型写在了前面，但是继承和实现是后置的。类型后置的好处：通过类型推导实现类型省略时一致的书写体验；Kotlin做到了三种场景符号一致，书写一致（类型推导）

类型体系差异

下图是Kotlin类型体系，Kotlin把基本数据类型统一成对象类型，形成了面向对象的继承体系。 

Kotlin的瑕疵

kotlin的语言特性丰富而有力，带来了与Java的特性差异。任何事物都有正、反两面，kotlin也不例外。 

1）多维数组需要通过嵌套的方式创建

val bytes = Array(3) { ByteArray(4) }
val bytes1 = Array(3) { Array(4) { ByteArray(5) } }

对比一下Java

byte[][] bytes = new byte[3][4];
byte[][][] bytes1 = new byte[3][4][5];

相比Kotlin的，Java清晰简便多了

2）Kotlin没法实现的接口样子

这样的Java接口

interface Itest{
    Object get(int index);
    Object get(Integer index);
}

在Kotlin里实现该接口，class A会因为实现了两个相同签名方法而报错

class A : Itest{
    override fun get(index: Int): Any {
    }
    override fun get(index: Int?): Any {
    }
}

3）抛弃了受检异常（checked exception）

这是颇有争议的瑕疵，有坏处也有好处。

坏处：对异常不强制要求处理。有时候调用一些方法，特别涉及到硬件或者网络相关的方法，往往不一定知道它可能会抛出什么异常，或者根本不知道它会抛出异常。便会在这块地方遗漏了某些异常的处理或者没做异常处理，埋下一些潜在的问题。

好处：Kotlin不区分checked exception，这样能简化代码书写，符合Kotlin一贯的简洁设计理念。因此Kotlin是没有受检异常的。

Kotlin在收银台具体实践

Kotlin语言所拥有的特性为面向过程特性、面向对象特性和函数式特性的部分总和。从V9.2.2版本开始，安卓收银台模块开始全面使用Kotlin语言。为了稳定，我们采用了Java和Kotlin混合开发的模式。

01

与Java的互操作

先来看看Kotlin和Java的互操作。

1）Kotlin调用Java的代码

几乎和Java调用Java代码相同，有几个不相同的点如下：

1.属性前缀

示意代码：

public final class User {
  public String getName() { /* … */ }
  public boolean isActive() { /* … */ }
  public void setName(String name) { /* … */ }
}
val name = user.name // Invokes user.getName()
val active = user.active // Invokes user.isActive()
user.name = "Bob" // Invokes user.setName(String)

2.平台类型

kotlin调用Java代码后返回的类型在Kotlin侧叫做平台类型。平台类型既可当作可空类型也可作为非空类型。换句话说，kotlin编译时，平台类型被认为是非空类型，不需要非空判断顺利编译通过，在运行时被认为是可空类型。平台类型可能触发空指针异常。收银台空安全实践避免了这种空指针，详见后文内容。

2）Java调用Kotlin的代码

在kotlin代码上增加Kotlin注解，Java调用Kotlin便能像Java调用Java代码般

1）@JvmOverloads 默认参数重载

@JvmOverloads
    fun setText(textPair: TriggerTextView, moneyFlag: String = ""){
        setText(textPair, moneyFlag, true)
    }
   public final void setText(@NotNull TriggerTextView textPair) {
      setText$default(this, textPair, (String)null, 2, (Object)null);
   }
   
   public final void setText(@NotNull TriggerTextView textPair, @NotNull String moneyFlag) {
      Intrinsics.checkParameterIsNotNull(textPair, "textPair");
      Intrinsics.checkParameterIsNotNull(moneyFlag, "moneyFlag");
      this.setText(textPair, moneyFlag, true);
   }

引入默认参数重载的注解后，只需要一次方法定义就够满足收银台对底部支付文案的内容更新，减少了方法定义的模版代码。

2）@JvmStatic 静态

object Updater {
    private var tempSourceList: ArrayList<Entity>? = null


    @JvmStatic
    fun of(block: () -> ArrayList<Entity>): Updater {
        onDestroy()
        tempSourceList = block()
        return this
    }
}    

收银台是Java和Kotlin语言混合开发，通过这个注解，原来的Java代码调用Kotlin写的of方法就能成为我们熟知的Updater.of的样子。

3）在接口层面，Java使用Kotlin接口也做到了打通；

Java的接口 <---> Kotlin的接口 <---> Kotlin的lambda表达式

block: () -> ArrayList<Entity>

public interface Function0<out R> : Function<R> {
    public operator fun invoke(): R
}

block: (String) -> ArrayList<Entity>

public interface Function1<in P1, out R> : Function<R> {
    public operator fun invoke(p1: P1): R
}

收银台kotlin侧定义的lambda表达式，被Java调用时会被识别成Java的Function系列的接口。

02

收银台的空安全实践

原生收银台项目本身的代码，截止目前未出现过空指针崩溃。空指针是客观存在的，收银台是如何避免了空指针呢？借助Kotlin主要做了两个方面的工作：

1.通过Kotlin可空类型和空安全调用特性，我们把非空的判断归整到上游的接口数据层，做统一集中式的处理

示意代码如下：

public class Response extends BaseEntity implements ICheckNull {

    public List<Plan> list;
    public List<Entity> couponList;
    public List<Entity> cantUseCouponList;
    public Entity selectedCoupon;

    @Override
    public void checkNullObjAndInit() {
        BeanValidator.checkNullList(list);
        BeanValidator.checkNullList(couponList);
        BeanValidator.checkNullList(cantCouponList);
        checkSelectedCoupon();
    }

    private void checkSelectedCoupon() {
        if (selectedCoupon == null) {
            selectedCoupon = new CouponEntity();
        }
        selectedCoupon.checkNullObjAndInit();
    }
}

对每个接口返回的实体类，都实现ICheckNull接口，并检查实体类里每个对象是否为null，如果为null我们额外初始化这个对象。这套逻辑借助泛型封装成了收银台的工具类，方便其他实体类复用。

2. Kotlin的平台类型可能造成的空指针异常，因此对Kotlin调用Java的代码返回的类型处理为可空类型，即做一次非空判断。除非Java代码返回能保证非空

Java侧示意代码

   public PayEntity createPayEntity(Payment payment) {
        return Utils.getSelectedDefault(payment);
    }

Kotlin调用Java

val payEntity: PayEntity? = Manager.getInstance().createPayEntity(payment)

除此之外利用Kotlin语言特性，我们更一步地提高了空安全。具体地说通过不可变性，属性读写分离，Elvis操作符等来实现。

1）可变与不可变性

variable = var ; value = val（final）
class PayViewModel : AbsViewModel<State>() {
    val payLiveData: PayLiveData by lazy {
        PayLiveData()
    }  
 }

2）分离属性的读和写操作

Java的setter方法和getter方法内置到属性，方便分离读&写操作，有弹性。

示意代码

var age: Int = 0
    private set

val currentAge: Int 
    get() = age

3）空安全调用 & Elvis操作

Kotlin语言层面提供了便捷的空判断表达，避免了类似写Java代码通过大量if语句判空嵌套的情况。

val currentPlan: String? = defaultCard?.recommendId ?: DEFAULT_PLAN
// Elvis操作
val activity = (this.activity as? PayActivity) ?: return

03

遇到的问题

• 反序列化：fastjson框架反序列化Kotlin定义的的Int、Float、Double类型时，变成null而不是Java的基本数据类型值，用String类型替换原来的字段类型。

• 平台编译失败：通过增加中间变量，变换写法而得到解决。

• 遗漏的异常处理：NumberFormatException崩溃

NumberFormatException崩溃日志如下：

---java.lang.NumberFormatException: empty String sun.misc.FloatingDecimal.readJavaFormatString(FloatingDecimal.java:1842) sun.misc.FloatingDecimal.parseFloat(FloatingDecimal.java:122) java.lang.Float.parseFloat(Float.java:451)

... 

问题出在parseFloat(Float.java:451)方法上，看下toFloat的Kotlin实现：

@kotlin.internal.InlineOnly
public actual inline fun String.toFloat(): Float = java.lang.Float.parseFloat(this)

Kotlin的toFloat方法内部调用了Java的parseFloat方法，Java的parseFloat源码如下：

    /**
     * @param  s the string to be parsed.
     * @return the {@code float} value represented by the string
     *         argument.
     * @throws NullPointerException  if the string is null
     * @throws NumberFormatException if the string does not contain a
     *               parsable {@code float}.
     * @see    java.lang.Float#valueOf(String)
     * @since 1.2
     */
    public static float parseFloat(String s) throws NumberFormatException {
        return FloatingDecimal.parseFloat(s);
    }

从源码上发现parseFloat方法会抛出NullPointerException和NumberFormatException两种异常，漏做了NumberFormatException异常处理，传入了空字符串。因此调用不是自己写的方法的时候要关注可能会抛出的异常。

小结

从编程语言的历史进程看Kotlin，它是现代化的编译型、强类型、静态语言，符合语言多编程范式的发展潮流。语言特性相比Java更加函数式，并把一些Java编程的最佳实践沉淀到语言特性中。

收银台原生化对编程语言的选型，是基于对运行效率和开发效率之间的权衡；Kotlin是工具，正确的使用工具有助于我们更好地表达收银台的业务逻辑。使用Kotlin的过程是对过去Java编程思维进化的过程，这是Kotlin带来的额外收益。

收银台落地Kotlin过程中，我们消除了空指针异常，截止目前收银台自身业务代码没有空指针的异常。Kotlin原生化改造后，进入首页加载完成耗时由原来H5收银台1180ms左右到现在的360ms左右，渲染时间缩短了820ms，首屏加载时间缩短了69.5%。

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参考文献

* 编程语言的发展趋势及未来方向

* 最受欢迎的编程语言 (1965-2019)

* 《代码的未来》一书

* 《黑客与画家》 一书

* Kotlin核心编程

* 百度百科：hybrid app

* 百度百科：结构化程序设计

* 阮一峰的网络日志：Pointfree 编程风格指南

* 王垠：如何掌握所有的程序语言