什么是 Kotlin Multiplatform (KMP)？ – wiki基地

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深入探索 Kotlin Multiplatform (KMP)：跨平台开发的范式革新

在当今软件开发领域，覆盖多个平台（如 Android、iOS、Web、桌面端）已成为常态。然而，传统的跨平台开发往往伴随着诸多挑战：代码重复、平台间功能与 UI 不一致、维护成本高昂、需要掌握多种编程语言和框架等。为了应对这些痛点，各种跨平台解决方案应运而生。其中，由 JetBrains 推出的 Kotlin Multiplatform (KMP) 以其独特而务实的方法，正逐渐成为开发者工具箱中一个引人注目的选择。本文将深入探讨 KMP 的概念、工作原理、核心优势、面临的挑战以及其在现代软件开发中的地位和未来潜力。

一、 什么是 Kotlin Multiplatform (KMP)？

Kotlin Multiplatform (KMP)，字面意思即“Kotlin 多平台”，它并非一个全新的编程语言，而是 Kotlin 语言的一项特性或一个软件开发工具包 (SDK)。KMP 允许开发者使用 Kotlin 编写能够在多个目标平台上运行的代码，其核心理念是 “一次编写，随处运行（逻辑层）”，同时保留使用 原生 UI 和平台特定 API 的能力。

与许多旨在“一套代码绘制所有 UI”的跨平台框架（如 Flutter 或 React Native 的部分理念）不同，KMP 的主要目标是 共享非 UI 的通用代码，例如：

  1. 业务逻辑 (Business Logic): 应用程序的核心规则、计算、数据处理流程。
  2. 数据层 (Data Layer): 数据获取（网络请求）、数据存储（数据库操作）、数据模型（DTOs/Entities）、数据验证。
  3. 表示逻辑 (Presentation Logic / ViewModels): 处理用户交互、准备要在 UI 上显示的数据状态（尤其是在采用 MVVM、MVI 等架构时）。
  4. 领域模型 (Domain Layer): 定义核心业务概念和规则。
  5. 工具类和算法 (Utilities & Algorithms): 日期处理、字符串操作、加密、通用计算等。
  6. 网络通信 (Networking): 使用 Ktor 等 KMP 库进行 API 调用。
  7. 序列化 (Serialization): 使用 kotlinx.serialization 处理 JSON、ProtoBuf 等格式。
  8. 并发处理 (Concurrency): 使用 kotlinx.coroutines 进行异步编程。

KMP 并不强制共享 UI 代码。开发者可以（并且通常推荐）继续使用每个平台的原生 UI 技术栈（例如 Android 的 Jetpack Compose 或 XML，iOS 的 SwiftUI 或 UIKit，Web 的 React/Vue/Angular 或 HTML/CSS/JS，桌面的 Compose for Desktop 或 Swing/JavaFX）。这种方式确保了应用程序能够提供最佳的原生用户体验和性能，同时又能从共享通用逻辑中获益。

二、 KMP 的工作原理与技术基石

KMP 的魔力在于 Kotlin 语言本身的设计以及其强大的编译工具链。

  1. Kotlin 语言的跨平台能力:

    • 多目标编译器: Kotlin 拥有针对不同平台的编译器：
      • Kotlin/JVM: 编译成 Java 字节码，运行在 Java 虚拟机 (JVM) 上，用于 Android 和服务器端/桌面端 JVM 应用。
      • Kotlin/Native: 使用 LLVM 后端，将 Kotlin 代码编译成特定平台的原生二进制码（例如 iOS Framework、macOS 可执行文件、Windows DLL/EXE、Linux 可执行文件），无需虚拟机。
      • Kotlin/JS: 将 Kotlin 代码编译（转译）成 JavaScript，可在浏览器或 Node.js 环境中运行。未来 WebAssembly (Wasm) 支持也在积极发展中。
    • 通用性与现代性: Kotlin 是一种现代、静态类型、安全且富有表现力的语言，其特性（如空安全、协程、扩展函数、数据类）非常适合构建健壮、可维护的通用逻辑。

  2. 项目结构与源码集 (Source Sets):

    • KMP 项目通常采用多模块结构，Gradle 是其主要的构建工具。
    • 核心概念是 源码集 (Source Set)。一个 KMP 项目至少包含一个 commonMain 源码集，这里存放所有平台共享的 Kotlin 代码。
    • 针对每个目标平台，会有对应的平台特定源码集，例如 androidMain、iosMain、jsMain、jvmMain、nativeMain（或更具体的 iosX64Main, linuxX64Main 等）。
    • 代码组织遵循层级结构：平台特定源码集可以访问 commonMain 中的代码，但反之不行。commonMain 中的代码必须是平台无关的，或者通过特定机制处理平台差异。

  3. 处理平台差异：expect / actual 机制:

    • 这是 KMP 的关键机制之一，用于弥合通用代码与平台特定实现之间的鸿沟。

    • expect 声明 (Declaration): 在 commonMain 源码集中，当需要一个依赖于具体平台的功能时（例如获取设备 UUID、访问文件系统、调用原生 API），可以声明一个 expect 类、函数、属性或类型别名。这相当于定义了一个“契约”或“接口”，表明这个功能必须存在，但其具体实现由各平台提供。
      “`kotlin
      // In commonMain
      expect class Platform() {
      val name: String
      }

      expect fun generateUUID(): String
      * **`actual` 实现 (Implementation):** 在每个平台特定的源码集（如 `androidMain`, `iosMain`）中，必须为 `commonMain` 中声明的 `expect` 提供对应的 `actual` 实现。`actual` 实现会使用该平台的原生 API 或库来完成具体功能。kotlin
      // In androidMain
      import android.os.Build
      import java.util.UUID

      actual class Platform actual constructor() {
      actual val name: String = “Android ${Build.VERSION.SDK_INT}”
      }

      actual fun generateUUID(): String = UUID.randomUUID().toString()

      // In iosMain
      import platform.UIKit.UIDevice
      import platform.Foundation.NSUUID

      actual class Platform actual constructor() {
      actual val name: String = “${UIDevice.currentDevice.systemName()} ${UIDevice.currentDevice.systemVersion}”
      }

      actual fun generateUUID(): String = NSUUID().UUIDString()
      ``
      * **编译时链接:** 在编译过程中，编译器会将      commonMain中对expect的调用链接到相应目标平台的actual` 实现上。这使得通用代码可以透明地使用平台特定功能，而无需直接了解底层细节。

  4. 共享库与生态系统:

    • KMP 拥有一个不断发展的生态系统，许多流行的 Kotlin 库已经支持多平台，例如：
      • kotlinx.coroutines: 用于结构化并发。
      • kotlinx.serialization: 用于数据序列化/反序列化。
      • Ktor: 用于构建客户端和服务器的网络应用程序。
      • SQLDelight: 用于生成类型安全的 SQL 数据库接口。
      • Multiplatform Settings: 用于存储简单的键值对。
      • Koin / Kodein-DI: 用于依赖注入。
    • 开发者可以创建自己的 KMP 库，供内部项目或社区使用。

  5. 构建与打包:

    • Gradle 构建脚本负责配置目标平台、源码集依赖关系、编译器选项以及打包。
    • 对于 Android，KMP 模块通常编译成 AAR 库。
    • 对于 iOS，KMP 模块编译成原生 Framework，可以方便地集成到 Xcode 项目中（通过 CocoaPods 或直接链接）。
    • 对于 JS，编译成 JavaScript 模块（如 UMD, CommonJS）。
    • 对于 JVM 和 Native 桌面/服务器，编译成 JAR 或原生可执行文件/库。

三、 KMP 的核心优势

采用 Kotlin Multiplatform 能为开发团队和项目带来显著的好处：

  1. 大幅提升代码复用率: 这是最直接的优势。共享业务逻辑、数据处理、网络请求等通用代码，可以显著减少跨平台开发中的重复劳动。据估计，根据项目性质，50% 到 70% 甚至更多的非 UI 代码可以被共享。

  2. 保持原生性能与用户体验 (UI/UX): 由于 KMP 默认不干涉 UI 层，开发者可以继续使用平台推荐的原生 UI 工具包（SwiftUI, Jetpack Compose, UIKit, Android Views, HTML/CSS/JS 等）。这意味着应用程序可以无缝融入各个平台生态，提供最佳的性能、流畅的动画、熟悉的交互模式和符合平台设计规范的外观。这与一些试图用单一技术栈模拟原生 UI 的框架形成了对比。

  3. 提高开发效率与降低维护成本:

    • 更快的开发周期: 共享代码意味着新功能的实现只需要在 commonMain 中编写一次核心逻辑，然后只需在各平台进行 UI 集成和少量平台特定适配。
    • 更少的 Bug: 在共享代码中修复一个 Bug，相当于同时修复了所有平台上的这个问题。代码库更小，逻辑更集中，有助于减少潜在错误。
    • 一致性: 确保所有平台的业务逻辑和数据处理方式保持一致，避免因平台实现差异导致的行为不一致。
    • 简化维护: 更新通用逻辑只需修改一处代码，降低了长期维护的复杂度和成本。

  4. 灵活性与渐进式采用:

    • KMP 非常灵活，它不是一个“全有或全无”的解决方案。团队可以根据需要选择共享哪些部分。
    • 可以从一个小模块开始尝试 KMP，例如共享一个网络层或数据模型库。
    • KMP 可以轻松集成到现有的原生 Android 和 iOS 项目中，无需完全重写。这使得迁移和逐步采用 KMP 成为可能。

  5. 利用 Kotlin 语言的优势:

    • 开发者可以利用 Kotlin 现代、安全、简洁的特性来编写高质量的共享代码。
    • 对于已经使用 Kotlin 进行 Android 开发或后端开发的团队，学习曲线相对较低。
    • Kotlin 强大的互操作性（与 Java、Objective-C/Swift、JavaScript）使得在 actual 实现中调用原生 API 非常自然。

  6. 强大的生态系统支持:

    • JetBrains 作为 Kotlin 和 KMP 的主要推动者，提供了强大的 IDE 支持（IntelliJ IDEA, Android Studio）和持续的更新。
    • 社区活跃，越来越多的库开始支持 KMP，解决了许多常见的跨平台开发需求。

四、 KMP 面临的挑战与考量

尽管 KMP 优势明显，但在采用时也需要考虑一些潜在的挑战：

  1. 学习曲线:

    • 虽然 Kotlin 本身易于学习，但理解 KMP 的项目结构、expect/actual 机制、Gradle 配置以及多平台调试可能需要一定的学习时间。
    • 团队成员可能需要具备跨平台思维，或者需要 Android 和 iOS（或其他平台）开发者之间的良好协作。

  2. 工具链和生态系统的成熟度:

    • 虽然 KMP 发展迅速，但相较于一些历史更悠久的跨平台框架，其某些方面（特别是针对非移动端平台，如 WebAssembly）的工具链和库支持可能仍在发展和完善中。
    • 有时可能会遇到特定平台或库的兼容性问题，需要寻找变通方案或等待更新。
    • iOS 开发集成（例如 Xcode 与 KMP 模块的交互、调试体验）虽然已有很大改进，但有时可能不如纯原生开发流程那样无缝。

  3. 平台特定代码的必要性:

    • expect/actual 机制虽然强大，但过度使用可能导致 commonMain 的抽象泄露平台细节，或者使得平台特定代码的维护变得复杂。需要仔细设计共享模块的边界。
    • 对于需要深度依赖平台特性（如后台任务、推送通知、特定硬件访问）的功能，仍需要在各自平台进行大量实现。

  4. 构建时间和复杂性:

    • 配置 KMP 项目的 Gradle 构建脚本可能比单平台项目更复杂。
    • 构建包含多个目标平台的 KMP 项目可能需要更长的编译时间。

  5. 寻找 KMP 库:

    • 虽然 KMP 库生态在增长，但并非所有原生库都有现成的 KMP 替代品。有时可能需要自己封装原生库（通过 expect/actual）或寻找其他解决方案。

  6. 团队技能组合:

    • 理想情况下，团队中最好有熟悉 Kotlin 和目标平台的开发者。如果团队成员只熟悉单一平台，可能需要加强培训和协作。

五、 KMP 的适用场景

KMP 特别适合以下场景：

  • 开发新的 Android 和 iOS 应用: 希望最大化共享业务逻辑，同时提供一流的原生 UI/UX。
  • 现有原生应用迁移: 希望逐步将现有 Android/iOS 应用中的通用逻辑提取到共享 KMP 模块中，以减少重复代码和维护成本。
  • 全栈开发: 需要在后端（JVM/Node.js）、Web 前端（JS/Wasm）和移动端之间共享数据模型、验证逻辑或业务规则。
  • 开发跨平台 SDK 或库: 创建一个库，使其能够被不同平台的应用方便地使用。
  • 需要高性能和原生体验的应用: 如游戏（共享核心引擎逻辑）、媒体播放器、需要复杂设备交互的应用等，KMP 允许保留原生层面的优化。

六、 KMP 与其他跨平台方案的比较

  • KMP vs. Flutter: Flutter 使用 Dart 语言，提供自己的渲染引擎 (Skia) 和一套丰富的 Widget 来构建 UI，目标是 UI 和逻辑都跨平台。KMP 专注于共享逻辑，UI 默认使用原生。选择取决于是否接受非原生 UI 渲染以及对 Dart vs. Kotlin 的偏好。
  • KMP vs. React Native: React Native 使用 JavaScript/TypeScript，通过桥接机制调用原生 UI 组件，也试图共享 UI 和逻辑。KMP 提供编译到原生的性能（对 iOS 和其他 Native 目标），且语言层面更现代（如类型安全、协程）。选择涉及对 JS 生态 vs. Kotlin 生态、桥接性能 vs. 原生编译、UI 实现方式的权衡。
  • KMP vs. Xamarin / .NET MAUI: Xamarin 使用 C# 和 .NET 平台，提供 Xamarin.Forms (现在的 .NET MAUI) 用于共享 UI，或 Xamarin Native (iOS/Android) 仅共享逻辑（类似 KMP）。KMP 基于 Kotlin，更受 Android 和 JVM 生态开发者欢迎。选择常取决于团队对 C#/.NET vs. Kotlin/JVM 生态的熟悉度。

KMP 的独特之处在于其 务实和灵活 的策略：不强求统一 UI，专注于共享最容易也最值得共享的部分——逻辑，从而在代码复用和原生体验之间取得了良好的平衡。

七、 KMP 的未来：Compose Multiplatform

值得一提的是，在 KMP 的基础上，JetBrains 正在开发 Compose Multiplatform。这是一个 可选的声明式 UI 框架，它将 Google 的现代 Android UI 工具包 Jetpack Compose 扩展到了其他平台，如桌面 (Windows, macOS, Linux – 已稳定) 和 Web (Wasm – 实验性)，iOS 支持也处于 Alpha/Beta 阶段。

使用 Compose Multiplatform，开发者 可以 选择在 KMP 项目中共享 UI 代码。但这 并非 KMP 的强制要求。核心的 KMP 仍然是关于共享逻辑，而 Compose Multiplatform 是一个建立在其上的、用于构建跨平台 UI 的 附加选项。即使使用 Compose Multiplatform，开发者仍然可以利用 KMP 的 expect/actual 机制访问原生 API。

八、 结论

Kotlin Multiplatform (KMP) 是一种强大而灵活的跨平台开发解决方案，它允许开发者利用 Kotlin 语言编写可在 Android、iOS、Web、桌面等多个平台上运行的共享逻辑代码，同时保留使用原生 UI 和 API 的能力，以确保最佳的用户体验和性能。通过其独特的 expect/actual 机制和针对不同平台的编译器，KMP 在代码复用、开发效率、维护成本和保持原生体验之间找到了一个引人注目的平衡点。

虽然 KMP 存在一定的学习曲线和生态成熟度方面的挑战，但其快速发展、强大的社区支持以及 JetBrains 的持续投入，使其成为越来越多寻求高效、高质量跨平台开发方案的团队的有力选择。它并非万能药，但对于许多项目而言，KMP 提供了一种务实、可扩展且面向未来的方式来应对多平台开发的复杂性，代表了跨平台开发领域的一种重要范式革新。随着 KMP 及其生态（包括 Compose Multiplatform）的不断成熟，它有望在未来的软件开发格局中扮演更加重要的角色。

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