酷应用

Yorkie：JavaScript如何开发IOT应用？

百家作者：InfoQ 2019-05-19 01:26:16

嘉宾 | Yorkie

随着 5G 的到来，各大公司都纷纷加大了在物联网和边缘计算方面的投入，一些先驱者试图将 JavaScript 引入 IOT 开发，打通物联网与庞大的前端开发者生态，ShadowNode 就是其中的一位。在 6 月 20 日举办的 GMTC 全球大前端技术大会中，ShadowNode 作者 Yorkie 将分享《JavaScript in IoT》的话题，借此机会我们对他进行了采访，了解 JavaScript 在 IOT 领域开发的一些问题。

InfoQ：能否和我们讲讲，现在 IOT 开发领域有哪些具体的场景和产品？

Yorkie：场景可以分为使用场景和开发场景，首先是针对用户使用场景，IoT 可以划分为 2 个主要分类：一种是对单个家庭设备的控制，诸如控制空调、打开开关、打开电灯等。还有一种一般叫智能场景，就是通过一些简单的操作来配置某个事件发生时的一系列控制指令。举个简单例子，每天用户起床，自动打开窗帘、打开卫生间的灯光、自动播放当日早间新闻等。

除了以上两种外，其实还有一些非常定制化的场景，比如当播放家庭影院时，家里的智能电灯可以根据电影的情节，调节不同的灯光颜色来烘托电影气氛。

对于开发场景来说，IoT 设备在我看来，主要分为：

以 1GB 内存为主的 Android 设备，主要是一些带屏的智能设备，如我们常用的手机，电子相册等，开发环境以 Android 为主。
以 128MB 内存为主的 Linux 设备，主要是作为家庭网关、智能音箱等，开发环境以 C/C++ 为主。
以 512KB 内存为主的 RTOS 设备，主要代表为智能电灯、智能手环、智能空调等，开发环境以 C 为主。

目前的现状是这样。

InfoQ：请您介绍一下 ShadowNode，以及为什么要做这个项目？

Yorkie：简单的说，ShadowNode 被我定义为设备端的 Node.js 运行时，并支持 N-API。物联网按照资源富有程度，分为 3 个等级，对于 1GB 以上的设备，社区版的 Node.js 是完全可以胜任的，而 ShadowNode 则是为了解决开发者在 128MB 设备下，运行 Node.js 的使用问题，它可以做到裸运行时只有 1MB 占用。

提到 ShadowNode，就不得不提到 IoT.js，其实 ShadowNode 是 fork 自 IoT.js，而且当我发现它的时候，就已经具备了大部分 Node.js 的功能了，包括 net, stream, dns, udp, fs, http 等重要模块，ShadowNode 在其基础上增加了 child_process, tls, mqtt, websocket 等，并且增加了 N-API 的支持和兼容了部分 NPM 包生态。

做 ShadowNode 的原因也很简单，就是想补齐 Node.js 在物联网的部分，让 JS 开发者从云端开发再次回到用户端，并希望 JS 生态和 IoT 生态能融合得更加紧密。我非常希望能把社区和 IoT 行业联系在一起，而不是让它停留在给开发者玩玩的状态，因此才会在树莓派这类开发板配置越来越好的大环境下，仍然选择去做更低成本配置的适配，也正因如此，才会有 ShadowNode 的诞生。

InfoQ：对不了解 IoT 的人来说，Node.js 和 JavaScript 的性能似乎不够好，为什么能用在嵌入式平台上面呢？

Yorkie：严格来说，现在我们仍然没有完成在真正的嵌入式平台上运行 Node.js，不过我可以分享下在设备成本一降再降时，如何优化性能与内存的。

首先是内存上的优化，主要包括常用 ByteCode 的 Compact 模式，Compressed Pointer（压缩指针），选择性地支持了 ECMA 标准等。

接下来是性能优化，由于 ShadowNode 是集成在我们自己的操作系统（YodaOS）上的，所以一些基础 Node.js 包是放在全局路径（/usr/lib/node_modules），按照 Node.js Modules 的搜索算法，它是一个就近原则的算法，这样导致了在加载系统模块时，会消耗大量时间在搜索路径，于是我们就引入了一个新的环境变量 NODE_PRIORITIZED_PATH，顾名思义，设置后会优先搜索该路径下的模块。

还有一个我们在 ShadowNode 中比较常用的优化手段是，当我们遇到一个第三方库要用时，但同时这个库体积很大，依赖多，这时我们通常会用 C 语言把底层重写，然后做一层很薄的 JS API，让它与社区库保持一致，内置的 MQTT / WebSocket 都是按这个套路来完成的，效果都很显著。

总结一下，在资源受限的情况下，我们往往做优化时，都是在内存与性能之间做权衡，实在无法权衡的情况，就选择减少 JavaScript 的对象，往往都能凑效。所以我们在开发 ShadowNode 时，选择了一种与 Node.js 完全不同的方式，我们只让 JavaScript 承担系统浇水的角色，大量的逻辑使用 C 来完成，越少的 JS 代码就代表越好的性能以及越低的内存占用，最后只要保证 API 一致就行了。

InfoQ：用 JS 编写一个驱动智能音箱的 IoT 应用，大概流程是什么样的？

Yorkie：其实跟我们在桌面写程序并没有什么不同，只是智能音箱多了一个事件，去告诉开发者“用户说了什么话，以及什么意图”，然后就是处理算法传过来的 JSON，再按照你想做的去控制 IoT 设备就行。控制的话，也都是通过 http 或 websocket 等就能完成。

如果你想移植一些 C/C++ 库的话，也很方便，只需要按照 N-API 在 PC 上调通，然后再放到对应的交叉编译框架下完成编译即可。

InfoQ：目前 JS in IoT 有哪些痛点？

Yorkie：目前的痛点主要还有 3 点，也可以说是 ShadowNode 需要持续做好的：

语法的支持，虽然现在 ShadowNode 支持了箭头函数、Class、Symbol 等，但仍然不支持 const/let、generator 和 async/await 等，这可能对于习惯了 Node.js 新特性的开发者来说，会是一段相对痛苦的经历。调试方式相对简陋，ShadowNode 并不支持 Inspector 和大部分 Chrome DevTools 的功能，仅支持了 Heap Profiler。生态的缺乏，虽然我们支持运行 NPM 格式的包，不过不幸的是，很少有包能在 ShadowNode 上运行起来，最主要的原因就是大部分的包都有大量的依赖。除此之外，还有就是对于 RTOS 上，完整地使用 ShadowNode（Node.js）还是非常困难，仍然需要做大量的优化以及移植的工作。

InfoQ：您认为 IoT 开发的前景如何，有哪些发展趋势？

Yorkie：其实这里我们一直缺少提到一个我们再熟悉不过的词，就是——Web，印象中的 Web 好像不是基于浏览器，就是在 WebView 上开发，不过在我现在看来，Web 对我们来说，早就脱离了浏览器（甚至是 GUI）的范畴了，它代表了一系列的标准。

因此我坚持认为 Web 仍然会在 IoT 时代大放异彩，Web 中的一些冷门的 API 也会慢慢进入开发者的视野，如 VoiceXML、SpeechSynthesis、Bluetooth 等。而且现在 Node.js 与 Deno 都在积极拥抱 Web API，所以对于前端开发者，或者 Node.js 开发者来说，保持关注标准，或者通过参与 Node.js, Deno 或者 ShadowNode 来加入实现标准的行列中来。

嘉宾简介

Yorkie，Rokid 研发工程师，开源爱好者，Node.js Collaborator、ShadowNode 作者，目前主攻：Node.js 在 AIoT 领域的应用, 并负责 YodaOS 的社区推广工作。五年 JavaScript 开发经验，曾就职于：SeedMail、Pixbi、阿里巴巴，目前就职于 Rokid 基础平台研发中心，主要工作方向为基于 JavaScript 的物联网操作系统。近年来参与并负责 YodaOS 项目，将 IoT 和 AI 能力开放给 Node.js 社区，并实现了 Node.js 在 IoT 场景的产品级落地。同时也是 Node.js Collaborator、ShadowNode 和 TensorFlow-Node.js 作者，开源发烧友，目前给 60 个开源项目贡献过代码。

福利

Yorkie 老师将在 6 月 20-21 GMTC 大会上分享《JavaScript in IoT》的更多详细内容，想要跟老师进一步交流的，不要错过现场面基的机会。另外，大会还有来自 Google、Twitter、微软、BAT、字节跳动、美团等 70+ 一线前端技术专家带来的最佳技术实践，涵盖小程序、Flutter、性能优化、工程化、前端框架等热点技术，干货满满。

目前大会 9 折报名火热进行中，大会日程也新鲜出炉，购票咨询：18514549229（同微信），点击“阅读原文”了解更多详情。