《WebKit 技术内幕》学习之十（4）： 插件与JavaScript扩展

4　Chromium扩展机制

4.1　原理

        Chromium的扩展（Extension）机制 (1) 原先是Chromium推出的一项技术，该机制能够扩展浏览器的能力，例如笔者使用的一个扩展实例名为“switchy proxy”，它可以帮助用户方便的切换Chromium浏览器代理，但是也仅此而已。本质上，它其实就是浏览器能力的简单扩展，而对于一些本地的功能，如书签、USB、蓝牙、电源管理等，该机制并没有这方面的能力。

         一个Chromium Extension的实例其实就是一个网页加上JavaScript代码和CSS样式代码。当然，在Extension中，开发者也可以使用NPAPI插件和PPAPI及NaCl机制技术来扩展网页能力，所以它同这些技术没有冲突，相反，Chromium Extension机制可能需要这些技术以实现特定功能。

        当然，Chromium Extension机制的目标远不止这么简单，扩展浏览器功能的Extension只是其中一个很小的功能。随着该机制的不断发展，Extension机制已经被用来支持Web应用程序，也就是使用HTML5、JavaScript、CSS等技术来开发应用程序，该应用程序可以使用Chromium浏览器来运行，而用户获得的体验同本地应用程序非常接近，听起来非常吸引人吧。Chromium打造了一个依赖于Web的运行平台，使用扩展机制的网页已经可以简单称之为Web应用。如果读者认为功能还不够，也可以将其理解为初级阶段，但是它实实在在将网页扩展到Web应用的范畴。在Google的Web Store (2) 中，读者可以发现两个类别，包括传统的Extension和Web应用。从用户的角度看，普通扩展和Web应用的区别在于普通插件只是Extension在当前窗口运行（当然也不是绝对的，但是工作机制与Web应用的确不一样），而Web应用是一个独立的窗口。

        图10-15是Chrome浏览器中已经安装的Extensions（Google Docs）和Web应用（Cut the Rope），读者可以通过在地址栏输入“chrome://extensions/”来查看它们。

                   图10-15　Chromium浏览器中已安装的Extensions和Web应用

        在目前的Chromium项目中，对于Web应用，Chromium根据特性将其分成两类，第一种叫做Host App，另外一种叫做Packaged App。前面一种表示将网络上的资源直接变成一个Web应用，所以它需要使用外部的资源才能够工作，而对于后一种，该Web应用所需要的文件和资源都包含在该应用中，而不需要外部的资源，所以对于那些离线应用特别有用，这让使用者感觉更像本地应用。关于W3C和Chromium的Web应用详细情况，我们将在第15章重点讲解，这里只是一个简单的介绍。

        因为目前的网页只是由HTML5、JavaScript和CSS等文件组成，所以还需要其他辅助功能才能形成一个Chromium的扩展实例。Chromium的Extension机制使用一个清单文件（manifest.json）来描述Extensions所需要的文件和资源等，这样使得它看起来更像一个应用程序，因为现在很多应用程序都是使用该种方式，例如Android平台上的AndroidManifest.xml，或者W3C为Web应用定义的Widget方式，示例代码10-9是一个简单的清单文件实例。

        熟悉JavaScript语言的开发者可以发现，它其实是一个JSON格式的文件，里面的属性名也非常的直观，例如Extension的名字、版本号、应用图标等。值得注意的是，它包含了一个属性“permissions”，该属性设置了该Web应用能够访问哪些功能，例如“plugins”表明该Extension能够使用NPAPI插件，“notification”表示可以从该Extension发出通知，这也同移动平台上的本地应用有类似的地方。

示例代码10-9　Chromium Extension的清单文件（manifest.json）

    {
      "name": "An Extension",
      "description": "Just an example",
      "version": "1",
      "app": {
        "launch": {
          "web_url": "http://blog.csdn.net/milado_nju/"
        }
      },
      "icons": {
        "128": "icon_128.png"
      },
      "permissions": [
        "notifications"，
        "plugins",
        "management"
      ]

        其实，上面提供的这些权限所使用的功能，有些在HTML5中并没有被定义，例如“management”，但是Chromium的这些Extension实例能够使用它们，原因在于Chromium提供了一些JavaScript接口，这就是著名的“chrome.*”应用程序编程接口。本质上，它们是一系列的JavaScript接口，包括标签、管理、历史记录、USB等，功能还是非常的丰富。当Chromium的Extension实例需要使用这些接口的时候，必须在该清单文件中申明它们，否则Chromiunm会拒绝它们的请求。

        对于Chromium的Extension实例和Web应用，它们会共享一些接口，但是两者还会提供不同的接口，这是由于各自的目的不同。对于传统的Extension实例而言，这里面包含“alarms”、“bookmarks”、“cookies”和“runtime”等。而对于Web应用而言，它们可以使用“app.runtime”、“app.window”、“bluetooth”和“runtime”等。这些接口也是对JavaScript能力的一种扩展，不同于NPAPI和PPAPI使用的扩展机制，“chrome.*”接口使用一种新的机制来处理多进程之间的通信，这依然是消息传递机制。

4.2　基本设施

        针对Chromium的Extension机制，主要是解决两个大方面的问题，第一是Extension实例的管理工作，包括安装、更新、删除等；第二是Extension实例是如何运行的。对于第一个问题，相关的过程比较复杂，这里不便介绍。笔者主要介绍第二个问题，包括Extension运行时需要涉及到的基础设施，它同本章的重点JavaScript扩展密切相关，由于Extension运行时需要调用“chrome.*”接口，我们必须了解这些接口是如何被扩展和实现的。

        从基本过程上来看，简单地讲应该是Chromium的Extension机制在V8引擎中注入一些代码，然后当JavaScript代码调用这些接口的时候，V8引擎调用注入的本地代码，这些代码会将调用接口的请求从Renderer进程发送给Browser进程。在Browser进程中，接收这些请求并派发给相应的实现类，请求完成后按需要返回调用结果。

        首先来看Renderer进程，图10-16是运行Extension实例时所使用的一些主要类，简单介绍如下。

                                图10-16　Renderer进程中Extension运行时所需的类

• ChromeV8Context ：对V8引擎上下文对象的一个简单封装，帮助注入代码和拥有Extension实例的本地实现函数列表。
• ModuleSystem ：管理所有注册的“chrome.*”接口，当然接口的具体实现在Browser进程中（读者考虑一下为什么呢），这里主要是注册回调的函数，这些回调函数会将对接口的调用发送请求给Browser进程的具体实现类。
• NativeHandler，ObjectBackedNativeHandler，ChromeV8Extension ：接口类（继承关系），用于表示每个“chrome.*”的接口，至于为什么有几层继承是因为需求，同时需要注入管理的回调函数。
• Dispatcher ：该类负责同Renderer进程创建过程交互，也就是说它知道什么时候该注入这些回调函数。
• EventBindings ：实现chrome.events接口的辅助类，它会定义一个ChromeV8Extension的子类。

下面是Browser进程的相关类，如图10-17所示，相对比较简单一些。

图10-17　Browser进程中Extension运行时所需的类

• ExtensionHost ：负责处理请求的消息，并回复请求结果。
• ExtensionFunctionDispatcher ：将请求转换成对ExtensionFunction的调用，因为如chrome.boomarks这样的接口，包含多个函数，这里每个函数对应于一个ExtensionFunction对象。
• ExtensionFunction、AsyncExtensionFunction、BookmarksFunction和Bookmarks-GetFunction ：用于表示接口中的函数，而BookmarksGetFunction对应的函数是“chrome.bookmarks.get()”。

下面来看看Chromium是如何进行“chrome.*”的接口初始化工作，主要是Renderer进程的工作的。

        首先当然是网页的解释工作，在创建Document对象的时候，WebKit使用ScriptController类来注入Chromium的Extension机制所需要的代码，这里会调用类Dispatcher，该类此时创建一个ModuleSystem对象，并将各种各样的NativeHandler对象注册，这里的NativeHandler就是各种各样的“chrome.*”的接口。

        然后在注册这个NativeHandler的时候，每个该类的对象表示一个接口，每个类别的接口创建一个ObjectTemplate，该对象包含一个FunctionTemplate对象，当调用该接口的任何函数的时候，就会调用ObjectBackedNativeHandler类的Router函数。

        最后，在注册完之后，完成网页渲染的工作，当执行到JavaScript代码调用“chrome.*”接口的时候，就会调用Router函数，之后就使用消息传递机制将请求传递给Browser进程。

4.3　消息传递机制

        Chromium的扩展机制的一个重要的特性是使用消息传递机制来提供大量JavaScript新的接口，前面已经提到V8引擎会调用Router方法，这里详细解释一个接口中的函数是如何使用消息传递机制来工作的。

        可以结合图10-18和图10-19来理解Extension机制中对“chrome.*”接口的函数调用过程，图中的数字（1、2、3）表示调用顺序，首先是Renderer进程中的“1”过程，其次是Browser进程中的“2”过程，最后是Renderer进程中的“3”过程，其中两个进程都是通过消息传递机制实现，这里消息是将JavaScript函数中的所有调用转成字符串来处理，也就是当调用某个接口的时候，首先在Renderer进程中，V8的引擎将使用接口名来查找NativeHandler，使用字符串来表示调用函数名，并将参数序列化成JSON格式的字符串传递给Browser进程，这些对函数的调用都是借助函数名和JSON字符串，称为Extension机制的消息传递机制，如图10-18所示。

图10-18　V8引擎调用“Chrome.*”接口在Renderer进程中的处理

图10-19　Chromium在Browser进程中的处理Extension的函数调用

        然后是图10-19中的“2”过程，经过一系列的处理之后，最终会调用具体的函数实现类，这里就是BookmarkGetTreeFunction，读取JSON字符串并计算得出结果返回给Renderer进程。

        最后就是图10-18中的“3”过程，得到回复结果之后，最后需要将它们传入V8引擎，这里就是使用ChromeV8Context，它包含一个V8引擎运行上下文，使用该上下文将结果传入V8引擎。

        上面这些过程在实际的实现过程更为复杂，这里省略了中间过程中的一些函数调用，但是并不妨碍读者理解。经过上面这三个过程，就完成了一次对“chrome.*”接口中定义的函数实现的调用过程。

        本章介绍的这些扩展机制在现代浏览器中仍然发挥着重要的作用，因为扩展能力和支持Web应用程序的需要依然存在。相信通过这些介绍，读者可以了解它们内在的机制和展现出来的能力，不妨进行一些实现上的尝试。