CC BY
122
Обзорная статья
УДК 004.42
ББК 32.973
А 64
DOI: 10.53598/2410-3225-2022-1-296-85-91
Анализ технологий разработки мобильных приложений и информационных систем на базе операционной системы Android
(Рецензирована)
1 2 Елена Васильевна Фешина , Светлана Аскеровна Куштанок ,
Татьяна Анатольевна Крамаренко3, Ростислав Ярославович Скорбатюк4
1 3' 4 Кубанский государственный аграрный университет им. И. Т. Трубилина,
Краснодар, Россия
2 Филиал Майкопского государственного технологического университета в п. Яблоновском, Россия, fmgtuyabl@yandex.ru
1 fev59@mail.ru
2 fmgtuyabl@yandex.ru
3 t_kramarenko@mail.ru
4 rostislavskorbatyuk@gmail.com
Аннотация. Проводится анализ наиболее популярных в современном мире технологий создания мобильных приложений на базе операционной системы Android. В настоящее время существует множество способов и технологий, позволяющих создавать приложения, информационные системы для данной операционной системы, которые призваны решать множество стоящих проблем. Операционная система Android - самая популярная технология для обеспечения связи и взаимодействия между физической частью мобильного телефона и программным обеспечением. Платформы Android Studio и Flutter от компании Google, фреймворк React Native от компании Facebook, Xamarin от Microsoft и среда разработки Unity3D от Unity Technologies на сегодняшний день являются самыми популярными, используемыми для традиционной разработки. От правильного выбора технологии разработки, от компетенции команды разработки проекта зависит качество разработанного программного продукта.
Ключевые слова: мобильные приложения, информационные системы, Android, операционные системы, информационные технологии, способы разработки, кроссплатформенная разработка
Review Paper
Analysis of technologies for the development of mobile applications and
information systems based on the android operating system
12 Elena V. Feshina , Svetlana A. Kushtanok ,
Tatyana A. Kramarenko3, Rostislav Ya. Skorbatyuk4
1 3' 4 Kuban State Agricultural University named after I.T. Trubilin, Krasnodar, Russia
2 Branch of Maikop State University of Technology in the settlement of Yablonovsky, Russia, fmgtuyabl@yandex.ru
1 fev59@mail.ru
2 fmgtuyabl@yandex.ru
3 t_kramarenko@mail.ru
4 rostislavskorbatyuk@gmail.com
Abstract. In the modern world, many technologies allow you to create applications, information systems for a given operating system, which are designed to solve many problems. The Android operating system is the most popular technology for communication and interaction between the physical part of a mobile phone and software. Google's Android Studio and Flutter, Facebook's React Native framework, Microsoft's Xamarin, and Unity Technologies' Unity3D development environment are by far the most popular platforms used for traditional development. The quality of the developed software product depends on the correct choice of development technology, on the competence of the project development team.
Keywords: mobile applications, information systems, Android, operating systems, information technology, development methods, cross-platform development
В реалиях современного мира стало совершенно невозможно обойтись без использования мобильного телефона. Просмотр погоды, планирование рабочего времени, совещания с коллегами, просмотр актуальных новостей, курсов валют, управление базами данных, работа с информационными системами и многое другое стало намного проще и быстрее проводить без использования стационарного компьютера. Технологии разработки программных средств шагнули далеко вперед и продолжают развиваться огромными темпами, в этом есть множество плюсов, но и существует обратная сторона.
Разработкой операционной системы (ОС) Android занимается компания Google. Ядро операционной системы основано на ядре ОС Linux, и с 2021 года Android использует версии ядра 4.14, 4.19 или 5.4. Фактическая версия зависит от конкретного устройства. Ядро Linux для Android имеет архитектурные изменения, которые позволяют включать некоторые полезные компоненты, такие как обработка недостатка памяти и фреймовый оконный менеджер, созданный для управления элементами ОС без компьютерной мыши. Пользователю устройства на ОС Android не предоставляется root-доступ к операционной системе. Флэш-память на устройствах Android разделена на несколько разделов, например, разделы "/system/", хранящий файлы операционной системы, доступен только для чтения, и "/data/", хранящий пользовательские данные. Помимо ядра Linux система Android включает в себя библиотеки и API, написанные на языках C и Java [1].
Разработка для всех операционных систем делится на нативную и кроссплат-форменную. Главное преимущество нативной разработки - оптимизация для ОС, в связи с этим они могут работать быстро. В отличие от нативных приложений кроссплат-форменные создаются сразу для нескольких платформ. В современном мире в большей степени все технологии для такой разработки ориентированы на операционные системы Android и iOS, главное их преимущество - скорость разработки и релиза продукта под все платформы одновременно, однако есть и минусы, такие как относительно нестабильная работа приложения, ограничения в архитектуре и функциональности. Так же, в отличие от способов разработки, существует несколько подходов к ней. Традиционный - предполагает написание кода и все составляющие этапы, такие как разработка, тестирование, покрытие тестами. Зерокодинг - подход, схожий со сборкой конструктора. Не требует написания кода, приложения можно собирать из готовых блоков [2].
На данный момент существует множество платформ для нативной, кроссплат-форменной разработки, зерокодинга и схожим с ним low-code.
Стоит отметить, что на текущем уровне развития технология зерокодинга неспособна заменить традиционную разработку сложных и высокоэффективных приложений. Ключевые платформы в текущий момент на рынке - это Adalo, Bubble, Webflow и другие. На платформе Adalo разработка основывается на четырех понятиях: screen, action, component и collection. В начале разработки создается пустой экран и на него добавляются элементы, такие как кнопки, поля, списки и изображения. Каждый экран отвечает за отдельную функцию, регистрацию пользователя, загрузку информации о то-
варах и так далее. Затем за ними закрепляются действия, которые связываются с коллекциями данных. Выбор цветовых решений ограничен четырьмя областями: первичная - для верхней части приложения, вторичная - для кнопок, фона и текста, цвет основного фона и цвет основного текста. В бесплатной версии разработчик может выбрать только четыре различных шрифта, платный тариф предполагает использование тысяч шрифтов из библиотеки Google. Приложение-конструктор можно настроить на сообщение с сервером посредством GET-запросов, которые посылаются на URL адрес. Приложение можно создать как .арк-файл для размещения в Play Store, так и как Progressive Web Application (PWA), которые открываются в браузере, но которые нельзя загрузить в магазин приложений. Adalo является одним из немногих инструментов для зерокодинга, который позволяет размещать продукт в Play Market, однако по набору инструментов выигрывают Bubble и Webflow. Таким образом, можно сделать вывод, что данная технология с использованием бесплатных тарифов лучше всего подходит для быстрого создания прототипа мобильного приложения.
Среди поставщиков технологий для традиционной разработки можно выделить самые популярные из них - платформы Android Studio и Flutter от компании Google, фреймворк React Native от компании Facebook, Xamarin от Microsoft и среда разработки Unity3D от Unity Technologies.
Приложения с использованием React Native разрабатываются на языке JavaScript [3]. Каждое приложение имеет два потока: основной поток и поток JavaScript. Основной поток отвечает за отображение элементов пользовательского интерфейса и жесты, поток JavaScript отвечает за бизнес-логику и определяет работу приложения. Принципы работы React Native схожи с его родительской технологией React, за исключением того, что Native не управляет DOM через виртуальный DOM, он работает в фоновом режиме непосредственно на конечном устройстве и взаимодействует с собственной платформой через сериализованные данные, а также асинхронный и пакетные мосты, которые позволяют потокам общаться. Компоненты React обертывают существующий нативный код и взаимодействуют с нативными API через парадигму декларативного пользовательского интерфейса React и JavaScript. Хотя стили React Native имеют синтаксис, аналогичный CSS, он не использует HTML или CSS. Вместо этого сообщения из потока JavaScript используются для управления собственными представлениями. React Native также позволяет разработчикам писать собственный код на таких языках, как Java или Kotlin для Android. React Native отлично подходит для разработки мобильных приложений для команд, которые занимаются Web-разработкой с использованием фреймворка React.
Flutter использует собственный язык Dart, компилирующийся в бинарный код. Flutter самостоятельно внутри своего движка отрисовывает интерфейс пользователя взамен использования нативных компонент. Flutter имеет функцию hot reload, которая позволяет быстро и легко менять пользовательский интерфейс в процессе разработки, добавлять функции и исправлять ошибки и тестировать полученные изменения без переустановки приложения на мобильное устройство. Hot reload работает путем внедрения обновленных файлов исходного кода в работающую виртуальную машину Dart. После того, как виртуальная машина обновляет классы с новыми версиями полей и функций, фреймворк Flutter автоматически перестраивает дерево виджетов, позволяя быстро просматривать результаты проведенных изменений. Виджеты Flutter вдохновлены компонентами React [5]. Основная идея состоит в том, что виджеты описывают то, как должно выглядеть их представление с учетом текущего состояния и конфигурации приложения. Когда состояние виджета меняется, он самостоятельно перестраивает свое описание. Flutter разработана как расширяемая многоуровневая система. Он существует как серия независимых библиотек, каждая из которых зависит от нижележащего уровня. Всего существует три уровня: фреймворк, который состоит из всех виджетов, анимации и дру-
гих вещей, связанных с разработкой самого приложения; движок, который включает в себя работу с сетью, обработку событий системы, в том числе виртуальная машина Dart; уровень платформы, механизмы, относящиеся к конкретной платформе запуска. Ни один уровень не имеет привилегированного доступа к нижележащему уровню, и каждая часть уровня фреймворка является необязательной и заменяемой [6]. Таким образом, Flutter является одной из самых гибких платформ, которая позволяет быстро разрабатывать качественные кроссплатформенные приложения с нативным интерфейсом, при этом используя только одну команду разработки, что существенно сокращает расходы, а функция hot reload дополнительно сокращает время команды на разработку.
Еще одна технология кроссплатформенной разработки - Xamarin. Она разработана компанией Microsoft и предназначена для создания приложений для ОС Android и iOS. Разработка происходит на языке C#, и Xamarin является XAML-подобной технологией. Это значит, что элементы интерфейса объявляются декларативно с использованием языка XML, что позволяет сразу видеть их формы, цвета и так далее. Платформа включает два основных продукта: Xamarin.iOS и Xamarin.Android. В случае iOS исходный код компилируется непосредственно в собственный код сборки ARM (предварительная компиляция), в то время как приложения Android Xamarin сначала компилируются до промежуточного языка, а затем в собственный код сборки во время выполнения (Just-in-Time компиляции). Xamarin предлагает разработчикам создавать мобильные приложения двумя способами. Первый способ - использовать Xamarin.iOS и Xamarin.Android, которые появились раньше и изначально считались более функциональными. Второй способ соответствует использованию Xamarin.Forms. Это более продвинутая версия, которая позволяет быстро создавать прототипы или создавать приложения с менее специфичной для платформы функциональностью. Поэтому Xamarin.Forms лучше всего подходит для приложений, в которых совместное использование кода важнее настраиваемого пользовательского интерфейса. Это позволяет повторно использовать до 99% кода, что значит создание интерфейса приложения один раз без необходимости проектировать для каждой платформы индивидуально. Так же есть возможность создавать приложения, в которых некоторые части их пользовательских интерфейсов созданы с помощью Xamarin.Forms, а другие разработаны с использованием собственного набора инструментов пользовательского интерфейса.
Из вышеизложенного можно сделать вывод, что Xamarin более всего подходит командам, занимающимся разработкой на языке C#, что позволит максимально быстро обучиться основным парадигмам платформы и начать создавать приложения.
На рынке представлен Unity - кроссплатформенный игровой движок, предназначенный для создания приложений для Windows, MacOS, Android, iOS и множества других платформ. Платформа предоставляет возможности создания настольных, мобильных приложений, а также платформ виртуальной реальности. Движок способен создавать как 2D, так и 3D приложения, а многие компании используют его для создания приложений в областях кино, автомобилестроения, машиностроения, строительства и вооруженных сил [7, 8]. Разработка ведется также с использованием языка C#, а интерфейсы в Unity строятся посредством технологии Drag&Drop. Это позволяет разработчикам не использовать сторонние языки разметки типа HTML, XML и XAML, что значительно уменьшает время разработки и изменения дизайна в случае необходимости. Благодаря такой функции отладку приложения можно производить прямо в окне редактора.
В первую очередь Unity это игровой движок, который предоставляет множество функциональных возможностей, позволяющих их задействовать в различных играх, в которые входят моделирование физических сред, карты нормалей, динамические тени и многое другое [9, 10]. В отличие от многих игровых движков, у Unity имеется два основных преимущества: наличие визуальной среды разработки и межплатформенная под-
держка. Первый фактор включает не только инструментарий визуального моделирования, но и интегрированную среду, цепочку сборки, что направлено на повышение производительности разработчиков, в частности, этапов создания прототипов и тестирования. Под межплатформенную поддержку предоставляется не только места развертывания (установка на персональном компьютере, на мобильном устройстве, консоли и так далее), но и наличие инструментария разработки (интегрированная среда может использоваться под Windows и Mac OS). Еще одним преимуществом является модульная система компонентов Unity, с помощью которой происходит конструирование игровых объектов, а последние представляют собой комбинируемые пакеты функциональных элементов.
Однако у платформы существуют такие минусы как безопасность и размер приложения. Обеспечить безопасность пользовательских данных в приложении, созданном на Unity, будет несколько сложнее, чем в приложении, созданном с использованием на-тивных средств разработки. Таким образом, Unity3D так как же, как и Xamarin может отлично подойти командам, специализирующимся на разработке на языке C#, однако данная технология позволит быстрее создать MVP-продукт благодаря отсутствию языка разметки, грамотный дизайн приложения может быть перенесен в среду разработки намного быстрее, чем написание и редактирование кода.
Android Studio является официальной IDE для разработки приложений для операционной системы Android. C седьмого мая 2019 года официальным языком разработки является Kotlin, который заменил Java. Однако Java остается языком, на котором можно разрабатывать приложения, ровно так же, как и C++ [11]. Android Studio обладает множеством специализированных функций, позволяющих упрощать разработку приложений. Среди них можно выделить систему сборки на основе Gradle, многофункциональный эмулятор, единую среду разработки для всех устройств, шаблоны кода и интеграцию с Git, инструменты и фреймворки для тестирования, встроенную поддержку Google Cloud Platform. Каждый проект включает в себя несколько модулей, таких как модуль приложений, модуль библиотеки и модули Google App Engine. Построение интерфейса происходит с использованием языка разметки XML. Приложения Android создаются как комбинация компонентов, которые можно вызывать по отдельности. Их принято называть Activity, и они являются типами компонент приложения, которые предоставляют пользовательский интерфейс. Основной Activity запускается, когда пользователь касается иконки приложения на рабочем столе или из пуш-уведомления и другого приложения. Другие компоненты, такие как WorkManager, позволяют приложению выполнять фоновые задачи без пользовательского интерфейса. Таким образом, Android Studio предоставляет команде разработки самые большие возможности для разработки нативных приложений для операционной системы Android, благодаря чему достигается быстродейственность, безопасность и долговечность [12]. Однако это ведет за собой большие затраты по сравнению с технологиями, перечисленными выше, в случае, если требуется приложение, способное работать на нескольких платформах одновременно.
Рассмотренные технологии имеют свои плюсы и минусы. Можно сделать вывод, что выбор таких инструментов, как Adalo и Webflow, позволит в сжатые сроки построить концепт приложения, чтобы заняться проверкой гипотез, и они подойдут для небольших дизайнерских студий или для первой итерации разработки приложения [13]. Такая технология, как Unity3D, может служить и как платформа для создания MVP, так и для создания приложений с выделяющейся графикой и анимацией. Однако самое верное применение для нее - разработка мобильных игр. Технологии React Native и Flutter отлично подойдут для разработки нативных приложений для нескольких платформ одновременно, особенно если штат компании располагает сотрудниками, занимающимися Web-разработкой, так как эти инструменты базируются на многих принципах, схожих с ней, переход с которой может быть безболезнен для крупной компа-
нии. Технология Xamarin так же является крупным игроком на рынке, однако подойдет в случае наличия разработчиков на языке C# и отсутствии возможности выбрать другую платформу разработки кроссплатформенных приложений, так как, например, Flutter позволяет разработать приложение намного быстрее в силу особенностей процесса разработки.
Эталоном разработки мобильных приложений на ОС Android в данный момент является Android Studio и язык Kotlin, которые требуют от команды разработки большой компетенции и навыков, что в разы удорожает процесс разработки приложения, однако пропорционально увеличивает его качество. Экономический эффект от выбора средств разработки обуславливается в первую очередь наличием той или иной команды специалистов, способных быстро перейти от разработки backend или web-приложений к разработке мобильного приложения [14].
Примечания
1. Иванова Е.А., Крамаренко Т. А. Кроссплатформенные приложения: учеб. пособие. Краснодар: КубГАУ, 2020. 165 с.
2. Копань А.О., Крамаренко Т.А. Сравнительная характеристика нативных, веб и гибридных мобильных приложений // Информационное общество: современное состояние и перспективы развития: сб. материалов XI студенческого междунар. форума. Краснодар: КубГАУ, 2018. С. 159-161.
3. Айзенман Б. Learning React Native. Москва, 2018. 43 с.
4. Заметти Ф. Flutter на практике. Прокачиваем навыки мобильной разработки с помощью открыт. Фреймворка от Google: учеб. пособие. Москва: ДМК-Пресс, 2020. 57 с.
5. Гонатаев Р.Г., Омельченко Д.А., Фешина Е.В. Преимущества разработки веб-приложений с применением фреймворков // Тенденция развития науки и образования. 2021. № 70-1. С. 12-15.
6. Гонатаев Р.Г., Фешина Е.В. Развитие применения новых технологий в кинематографии // Наука XXI века: проблемы, перспективы и актуальные вопросы развития общества: материалы междунар. весенней науч.-практ. конф., пгт. Яблоновский, 20 марта 2020 года. Краснодар: Краснодарский ЦНТИ - филиал ФГБУ «РЭА» Минэнерго России, 2020. С. 321-325.
7. Иванцова Е.А., Фешина Е.В. Различия между 2D и 3D анимацией // Посткризисный мир и модернизация современной науки: концепции, проблемы, решения: материалы VII междунар. науч.-практ. конф. Ростов-на-Дону, 2021. С. 24-28.
8. Меньшиков В.Е., Омельченко Д.А., Фешина Е.В. Тенденции разработки мобильных приложений // Информационное общество: современное состояние и перспективы развития: сб. материалов XII междунар. студенческого форума. Краснодар: КубГАУ, 2019. С. 350-352.
9. Филоненко М.В., Крамаренко Т.А. Особенности использования среды Eclipse IDE для разработки мобильных приложений // Информационное общество: современное состояние и перспективы развития: сб. материалов XI студенческого междунар. форума. Краснодар: КубГАУ, 2018. С.351-354.
10. Зубко А.А., Крамаренко Т.А. Разработка кроссплатформенных приложений на фрейм-вроке QT // Информационное общество: современное состояние и перспективы развития: сб. материалов XI студенческого междунар. форума. Краснодар: КубГАУ, 2018. С. 328-330.
11. Горин М.Е., Аладинский А.А., Фешина Е.В. Высокие технологии и информационные технологии // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: сб. статей по материалам 76-й науч.-практ. конф. студентов по итогам НИР за 2020 год: в 3 ч. / отв. за выпуск А.Г. Кощаев. Краснодар, 2021. С. 717-719.
12. Способы защиты мобильного приложения под Android / В.А. Груммет, О.А. Лисовин, Е.В. Фешина, С.А. Куштанок // Наука XXI века: проблемы, перспективы и актуальные вопросы развития общества, науки и образования: материалы междунар. межвуз. осенней науч.-практ. конф., пгт. Яблоновский, 25 сентября 2020 года. Краснодар: Краснодарский ЦНТИ - филиал ФГБУ «РЭА» Минэнерго России, 2020. С. 53-57.
13. Лисовин О.А., Груммет В.А., Фешина Е.В. Мобильное приложение для личностного роста // Наука XXI века: проблемы, перспективы и актуальные вопросы развития общества: между-нар. межвуз. весенняя науч.-практ. конф., пгт. Яблоновский, 2021. С. 132-134.
14. Мотылец А.А., Фешина Е.В. Методы реализации веб-сайта в виде мобильного приложения // Наука XXI века: проблемы, перспективы и актуальные вопросы развития общества: материалы междунар. межвуз. осенней науч.-практ. конф., пгт. Яблоновский, 25 сентября 2020 года. Краснодар: Краснодарский ЦНТИ - филиал ФГБУ «РЭА» Минэнерго России, 2020. 333 с.
References
1. Ivanova E.A., Kramarenko T. A. Cross-platform applications: textbook. Krasnodar: KubSAU, 2020. 165 p.
2. Kopan A.O., Kramarenko T.A. Comparative characteristics of native, web and hybrid mobile applications // Information society: current state and development prospects: collection of materials of the 11th student international forum. Krasnodar: KubSAU, 2018. P. 159-161.
3. Aizenman B. Learning React Native. Moscow, 2018. 43 p.
4. Zametti F. Flutter in practice. Upgrading mobile development skills with open source. Framework from Google: tutorial. Moscow: DMK-Press, 2020. 57 p.
5. Gonataev R.G., Omelchenko D.A., Feshina E.V. Benefits of developing web applications using frameworks // Trends in the Development of Science and Education. 2021. No. 70-1. P. 12-15.
6. Gonataev R.G., Feshina E.V. Development of application of new technologies in cinematography // Science of the 21th century: problems, prospects and topical issues of the development of society: materials of the international spring scientific and practical conference, village Yablonovsky, March 20, 2020. Krasnodar: Krasnodar TSNTI - branch of the Federal State Budgetary Institution "REA" of the Ministry of Energy of Russia, 2020. P. 321-325.
7. Ivantsova E.A., Feshina E.V. Differences between 2D and 3D animation // Post-crisis world and modernization of modern science: concepts, problems, solutions: materials of the 7th international scientific and practical conference. Rostov-on-Don, 2021. P. 24-28.
8. Menshikov V.E. Omelchenko D.A., Feshina E.V. Mobile Application Development Trends // Information society: current state and development prospects: collection of materials of the 12th international student forum. Krasnodar: KubSAU, 2019. P. 350-352.
9. Filonenko M.B., Kramarenko T.A. Features of using the Eclipse IDE for developing mobile applications // Information society: current state and development prospects: collection of materials of the 11th student international forum. Krasnodar: KubSAU, 2018. P. 351-354.
10. Zubko A.A., Kramarenko T.A. Development of cross-platform applications on the QT framework // Information society: current state and development prospects: collection of materials of the 11th student international forum. Krasnodar: KubSAU, 2018. P. 328-330.
11. Gorin M.E., Aladinsky A.A., Feshina E.V. High technologies and information technologies // Scientific support of the agro-industrial complex: collection of articles based on the materials of the 76th scientific and practical conference of students following the results of research for 2020: in 3 pt. / responsible for the issue A.G. Koshchaev. Krasnodar, 2021. P. 717-719.
12. Ways to protect a mobile application for Android / V.A. Grummet, O.A. Lisovin, E.V. Feshina, S.A. Kushtanok // Science of the 21th century: problems, prospects and topical issues of the development of society, science and education: materials of the international interuniversity autumn scientific and practical conference, village Yablonovsky, September 25, 2020. Krasnodar: Krasnodar TSNTI - branch of the Federal State Budgetary Institution "REA" of the Ministry of Energy of Russia, 2020. P. 53-57.
13. Lisovin O.A., Grummet V.A., Feshina E.V. Mobile application for personal growth // Science of the 21th century: problems, prospects and topical issues of the development of society: international inte-runiversity spring scientific and practical conference, village Yablonovsky, 2021. P. 132-134.
14. Motylets A.A., Feshina E.V. Methods for implementing a website as a mobile application // Science of the 21th century: problems, prospects and topical issues of the development of society: materials of the international interuniversity autumn scientific and practical conference, village Yablonovsky, September 25, 2020. Krasnodar: Krasnodar TSNTI - a branch of the Federal State Budgetary Institution "REA" of the Ministry of Energy of Russia, 2020. 333 p.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. The authors declare no conflicts of interests.
Статья поступила в редакцию 17.01.2022; одобрена после рецензирования 15.02.2022; принята к публикации 16.02.2022.
The article was submitted 17.01.2022; approved after reviewing 15.02.2022; accepted for publication 16.02.2022.
© Е.В. Фешина, С. А. Куштанок, Т. А. Крамаренко, Р.Я. Скорбатюк, 2022
