使用 Kotlin Multiplatform (KMP) 开发 iOS 和 Android 应用 – wiki基地

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Kotlin Multiplatform (KMP)：跨越边界，重塑移动应用开发

在移动应用开发的浪潮中，开发者们始终面临着一个核心挑战：如何在保证用户体验和性能的同时，高效地为两大主流平台——iOS 和 Android——构建和维护应用程序？传统的原生开发路径意味着需要维护两套独立的代码库（Swift/Objective-C for iOS, Kotlin/Java for Android），这不仅耗时耗力，也容易导致功能不同步和重复劳动。为了解决这个问题，各种跨平台框架应运而生，如 React Native、Flutter 等，它们各有千秋，但也常常伴随着性能损耗、平台特性访问受限或需要学习全新 UI 范式等妥协。

近年来，一种由 JetBrains（Kotlin 语言的创造者）推出的创新方案——Kotlin Multiplatform (KMP)——正逐渐崭露头角，并以其独特的哲学和强大的能力吸引着越来越多的开发者。KMP 并非要取代原生开发，也不是一个像 Flutter 那样的完整 UI 框架，它的核心理念是“共享你所需，保留原生优势”，旨在让开发者能够使用 Kotlin 语言编写可在多个平台（包括 iOS、Android、Web、桌面甚至服务器端）之间共享的业务逻辑、数据处理、网络请求等核心代码，同时保留使用原生 UI 工具包（如 iOS 的 SwiftUI/UIKit 和 Android 的 Jetpack Compose/XML）构建最佳用户界面的能力。

本文将深入探讨 Kotlin Multiplatform 的概念、架构、优势、挑战以及如何在实践中利用它来开发 iOS 和 Android 应用。

一、 KMP 的核心理念与架构

理解 KMP 的关键在于其独特的架构和代码共享方式。与一些试图用一套代码绘制所有平台 UI 的框架不同，KMP 采取了更为灵活和务实的分层策略。

  1. 分层结构： 一个典型的 KMP 项目通常包含以下模块：

    • commonMain 模块： 这是 KMP 的核心，包含纯 Kotlin 代码，不依赖任何特定平台 API。所有期望在各平台间共享的逻辑都应放在这里，例如：
      • 业务逻辑（计算、验证规则、状态管理）
      • 数据模型（Data Classes）
      • 数据存储库（Repositories）和数据源（Data Sources）抽象
      • 网络请求逻辑（使用 Ktor 等多平台库）
      • 序列化/反序列化（使用 kotlinx.serialization）
      • 并发处理（使用 kotlinx.coroutines）
    • 平台特定模块（androidMain, iosMain等）： 这些模块包含了需要针对特定平台实现的代码。它们可以访问 commonMain 中的共享代码，并且可以调用各自平台的原生 API。例如：
      • androidMain：可以访问 Android SDK（如 Context, SharedPreferences, Room 等）。
      • iosMain：可以访问 iOS 框架（如 Foundation, UIKit, CoreData 等）。
    • 原生应用模块（Android App, iOS App）： 这些是最终交付的原生应用程序项目。它们依赖于 KMP 的平台特定模块（或共享模块编译后的产物），并负责构建用户界面（UI）和处理平台特有的交互。

  2. expect / actual 机制： 这是 KMP 实现平台特定功能抽象的关键。当 commonMain 中的代码需要访问某个平台独有的功能时（例如获取设备 ID、访问文件系统、使用特定加密算法），可以在 commonMain 中声明一个 expect 声明（可以是类、函数、属性、接口等）。这个声明定义了一个契约，但不提供实现。然后，在对应的平台特定模块（如 androidMain, iosMain）中，必须提供相应的 actual 实现。

    示例：获取平台名称

    “`kotlin
    // commonMain
    expect fun getPlatformName(): String

    // androidMain
    actual fun getPlatformName(): String = “Android ${android.os.Build.VERSION.SDK_INT}”

    // iosMain
    import platform.UIKit.UIDevice
    actual fun getPlatformName(): String = “${UIDevice.currentDevice.systemName()} ${UIDevice.currentDevice.systemVersion}”
    ``
    通过这种方式，共享代码可以调用    getPlatformName()，而 KMP 的编译器会确保在编译到特定平台时，链接到正确的actual` 实现。这使得共享逻辑能够以类型安全的方式与平台功能交互，而无需了解底层的具体实现。

  3. 编译目标： Kotlin 编译器能够将 Kotlin 代码编译成不同平台的格式：

    • Kotlin/JVM: 编译成 Java 字节码，用于 Android 和服务器端。
    • Kotlin/Native: 使用 LLVM 将 Kotlin 代码编译成特定平台的原生二进制文件（例如，编译成 iOS Framework 或可执行文件）。这使得 Kotlin 代码可以直接与 Objective-C/Swift 代码互操作。
    • Kotlin/JS: 编译成 JavaScript，用于 Web 开发。

    对于 iOS 和 Android 开发，我们主要关注 Kotlin/JVM (Android) 和 Kotlin/Native (iOS)。

二、 KMP 的核心优势

采用 KMP 开发 iOS 和 Android 应用带来了诸多显著的好处：

  1. 显著的代码共享： 这是最直接的优势。业务逻辑、数据处理、网络层等非 UI 代码只需编写一次，即可在 iOS 和 Android 上复用。这大大减少了开发时间和成本，降低了维护负担，并能确保跨平台逻辑的一致性。根据项目复杂度，代码共享率可以达到 50% 甚至更高。
  2. 原生性能与体验： 由于 KMP 最终编译为平台原生代码（JVM 字节码或 Native 二进制），其运行性能接近原生应用，避免了许多跨平台方案中因 JavaScript 桥接或虚拟机带来的性能瓶颈。更重要的是，UI 层仍然使用各自平台的原生工具链（Jetpack Compose/XML for Android, SwiftUI/UIKit for iOS），这意味着开发者可以充分利用平台最新的 UI 特性，打造符合平台设计规范、用户体验最佳的界面。
  3. 灵活的采用策略： KMP 并非“全有或全无”的方案。你可以逐步将其引入现有项目，先从共享一小部分逻辑（如网络层或数据模型）开始，然后根据需要逐渐扩大共享范围。这种灵活性使得迁移风险更低，团队可以根据自身情况调整 KMP 的使用程度。
  4. 利用 Kotlin 语言的优势： Kotlin 是一种现代、简洁、安全且富有表现力的编程语言。其特性如空安全（Null Safety）、协程（Coroutines for asynchronous programming）、扩展函数（Extension Functions）、数据类（Data Classes）、密封类（Sealed Classes）等，极大地提高了开发效率和代码质量。这些优势在共享代码和平台特定代码中都能体现。
  5. 统一的技术栈（部分）： 对于主要使用 Kotlin 进行 Android 开发的团队，引入 KMP 意味着可以在更大范围内使用他们熟悉的语言和工具，降低了学习曲线。虽然 iOS 开发仍需掌握 Swift/Objective-C 和 Xcode，但核心逻辑层可以用 Kotlin 统一管理。
  6. 强大的生态系统支持： JetBrains 作为强大的后盾，持续投入 KMP 的研发和改进。同时，围绕 KMP 的社区和第三方库生态也在不断壮大，提供了诸如 Ktor（网络）、SQLDelight（数据库）、kotlinx.serialization（序列化）、Koin/Kodein（依赖注入）等多平台库，覆盖了移动应用开发的常见需求。

三、 KMP 开发流程与实践

使用 KMP 开发 iOS 和 Android 应用通常涉及以下步骤：

  1. 环境搭建：

    • IDE: 推荐使用 IntelliJ IDEA (Ultimate Edition 提供更全面的支持) 或 Android Studio (最新版本已内置 KMP 插件)。
    • KMP 插件: 确保安装了 Kotlin Multiplatform Mobile 插件。
    • Xcode: iOS 开发必不可少，用于编写 Swift/Objective-C UI 代码、配置项目和模拟器/真机调试。
    • Android SDK/NDK: Android 开发所需。
    • Kotlin 版本: 保持 Kotlin 插件和 Gradle 中使用的 Kotlin 版本一致且较新。

  2. 项目创建：

    • 可以使用 IntelliJ IDEA 或 Android Studio 提供的 KMP Mobile Application 模板快速创建一个包含 commonMain, androidMain, iosMain 以及 Android App 和 iOS App 模块的基本项目结构。
    • 项目构建系统采用 Gradle，需要理解 Gradle 多模块项目的配置，特别是 build.gradle.kts 文件中的 kotlin-multiplatform 插件配置，用于定义源集（source sets）、目标平台（targets）和依赖关系。

  3. 共享代码开发 (commonMain)：

    • 在此模块中编写平台无关的 Kotlin 代码。
    • 利用多平台库（Ktor, SQLDelight, kotlinx.coroutines, kotlinx.serialization 等）处理通用任务。
    • 当需要平台特定功能时，使用 expect 声明接口或功能契约。

  4. 平台特定实现 (androidMain, iosMain)：

    • 在 androidMain 中，使用 Kotlin 访问 Android SDK，提供 commonMain 中 expect 声明的 actual 实现。可以使用标准的 Android 开发模式和库。
    • 在 iosMain 中，使用 Kotlin/Native 访问 iOS 框架（Foundation, UIKit 等），提供 expect 声明的 actual 实现。Kotlin/Native 提供了与 Objective-C/Swift 的互操作能力。通常，共享模块会被编译成一个 iOS Framework。
    • iOS 集成: Gradle 配置（通常通过 CocoaPods 插件）会自动将共享模块编译成 Framework，并在 Xcode 项目中进行集成。开发者可以在 Swift 或 Objective-C 代码中导入并使用这个 Framework。

  5. 原生 UI 开发：

    • Android: 在 Android App 模块中，使用 Jetpack Compose 或 XML 布局来构建 UI。通过 ViewModel（可以在 commonMain 中共享其逻辑部分，或完全放在 androidMain）将共享逻辑层的数据和状态暴露给 UI。例如，可以使用 Kotlin Flow 或 StateFlow 在共享 ViewModel 中管理状态，然后在 Compose UI 中收集这些状态。
    • iOS: 在 Xcode 项目中，使用 SwiftUI 或 UIKit 构建 UI。从 Swift 代码中调用 KMP 共享模块（Framework）提供的类和方法。通常需要编写一些桥接代码或适配器（Adapter）来将 KMP 中的数据流（如 Flow）转换为 iOS 友好的响应式类型（如 Combine Publishers 或使用回调）。ViewModel 模式同样适用，可以在 Swift 中创建 ViewModel，它持有并调用 KMP 共享模块的逻辑。

  6. 依赖管理：

    • Gradle 是 KMP 项目的依赖管理核心。需要在 commonMain、androidMain、iosMain 的 dependencies 块中分别声明多平台库、Android 特定库和通过 CocoaPods 管理的 iOS 库（如果 KMP 模块需要依赖某些 Pods）。

  7. 测试：

    • KMP 支持在 commonTest 源集中编写针对共享代码的单元测试，使用 Kotlin 的测试框架（kotlin.test）。
    • 平台特定代码可以在 androidTest 和 iosTest（或 Xcode 项目中的测试 Target）中进行测试，使用相应的平台测试工具（JUnit, Espresso for Android; XCTest for iOS）。

四、 Compose Multiplatform: UI 共享的未来？

值得注意的是，JetBrains 还在积极开发 Compose Multiplatform。这是 Jetpack Compose（Android 的现代声明式 UI 工具包）的多平台版本。Compose Multiplatform for iOS 目前处于 Alpha 或 Beta 阶段，它允许开发者使用 Kotlin 和与 Jetpack Compose 非常相似的 API 来编写 共享的 UI 代码，这些代码可以直接渲染在 iOS 上（通过 Skia 图形库绘制到 Canvas）。

如果 Compose Multiplatform 成熟并被广泛采用，它将把 KMP 的代码共享能力从逻辑层扩展到 UI 层，提供一种更接近 Flutter 或 React Native 的“一套代码，多端运行”体验，但底层仍然基于 Kotlin 和原生编译。不过，目前（截至文章撰写时）对于追求完全原生 UI/UX 的项目，或者对 iOS UI 的成熟度和稳定性要求极高的场景，标准的 KMP（共享逻辑，原生 UI）仍然是更主流和稳妥的选择。开发者可以根据项目需求和对新技术的接受度来决定是否尝试 Compose Multiplatform for iOS。

五、 KMP 的挑战与考量

尽管 KMP 优势明显，但在实践中也存在一些挑战：

  1. 学习曲线： 团队需要掌握 Kotlin 语言，理解 KMP 的 expect/actual 机制、Gradle 多平台配置以及 Kotlin/Native 与 iOS 的互操作细节。对于 iOS 开发者来说，还需要适应在 Xcode 项目中集成和使用 Kotlin 编译的 Framework。
  2. 工具链和构建时间： KMP 的 Gradle 配置可能比纯原生项目更复杂。Kotlin/Native 的编译时间（尤其是首次编译或清理后）可能较长，这会影响开发迭代速度。不过，JetBrains 持续在优化编译器性能和构建工具体验。
  3. 库的成熟度和可用性： 虽然核心库（网络、数据库、序列化、协程）支持良好，但某些特定领域的第三方库可能还没有成熟的多平台版本。有时需要自己编写 expect/actual 封装，或者寻找替代方案。
  4. iOS 互操作性细节： 虽然 Kotlin/Native 提供了与 Objective-C/Swift 的互操作，但在处理某些 Swift 特有特性（如枚举关联值、结构体、泛型、某些高级并发特性如 Actors）时可能需要额外的注意或桥接代码。内存管理模型（Kotlin/Native 使用自动引用计数，需要注意循环引用）也需要理解。
  5. 团队协作与技能要求： 理想的 KMP 团队需要同时具备 Kotlin、Android 原生和 iOS 原生开发的知识。或者，需要建立良好的沟通机制，让负责共享代码的开发者与负责各平台 UI 和特定实现的开发者紧密协作。
  6. 调试： 跨语言边界（例如从 Swift 调试到 Kotlin 共享代码）的调试体验虽然在不断改进，但有时可能不如纯原生开发那样流畅。

六、 真实案例与社区

KMP 已经不再仅仅是一个实验性项目，许多知名公司和应用已经开始在生产环境中使用 KMP，并分享了他们的成功经验，例如：

  • VMware 使用 KMP 共享其 Workspace ONE 应用的核心逻辑。
  • Netflix 在其 Android 应用的某些功能模块中探索性地使用了 KMP。
  • Cash App (Square) 分享了他们如何使用 KMP 共享大量代码。
  • Philips Hue 应用也采用了 KMP。
  • Baidu (百度) 的一些团队也在使用 KMP。

活跃的社区是 KMP 发展的重要支撑。可以通过 Kotlin Slack (#multiplatform 频道)、官方文档、GitHub、各类技术博客和会议（如 KotlinConf）获取帮助、交流经验和了解最新进展。

七、 结论：KMP——移动开发的务实进化

Kotlin Multiplatform (KMP) 为 iOS 和 Android 应用开发提供了一种强大而灵活的新范式。它巧妙地平衡了代码共享效率与原生性能体验，允许团队根据项目需求自由选择共享范围，从核心业务逻辑到数据层，甚至未来可能扩展到 UI 层（通过 Compose Multiplatform）。

KMP 不是要取代原生开发，而是对其进行增强和优化。它承认并尊重每个平台的独特性和优势，尤其是在 UI/UX 层面，同时利用 Kotlin 语言的现代化特性和跨平台编译能力，最大限度地减少重复劳动，提高开发效率和代码一致性。

虽然 KMP 仍面临一些挑战，如学习曲线、工具链成熟度和某些生态位的完善，但其核心价值主张——“共享逻辑，原生呈现”——对于许多追求高质量、高性能且希望控制开发成本的移动应用团队来说，具有极大的吸引力。随着 JetBrains 的持续投入和社区的蓬勃发展，Kotlin Multiplatform 正稳步成为现代移动应用开发武器库中一件值得认真考虑的利器，它正在跨越平台的边界，重塑我们构建移动应用的方式。对于那些寻求在效率和质量之间找到最佳平衡点的团队，KMP 无疑提供了一个充满希望的未来方向。

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