第二屆大會回顧第24期 | 面向OpenHarmony的軟件工程研究：機(jī)遇與挑戰(zhàn)

演講嘉賓 | 黎 立

回顧整理 | 廖 濤

排版校對 | 宋夕明

嘉賓介紹

OpenHarmony技術(shù)俱樂部分論壇

黎立，北京航天航天大學(xué)OpenHarmony技術(shù)俱樂部主任，北京航天航天大學(xué)教授，IEEE TCSE新星獎、ACM北京新星獎獲得者，曾被評為全球前三最具影響力的青年軟件工程研究人員。研究興趣為智能程序分析與移動軟件工程。

正文內(nèi)容

隨著萬物智聯(lián)時代的到來，OpenHarmony作為一個開源的智能終端設(shè)備操作系統(tǒng)的框架和平臺，將會遇到哪些機(jī)遇和挑戰(zhàn)？北京航空航天大學(xué)教授、OpenHarmony技術(shù)俱樂部主任黎立在第二屆OpenHarmony技術(shù)大會上帶來了精彩分享。

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，移動應(yīng)用程序的需求也越來越多元。雖然現(xiàn)有的Android、iOS等移動平臺擁有龐大的生態(tài)系統(tǒng)來支持其發(fā)展，但無法原生地滿足各方日益增長的使用需求和管理需求。OpenHarmony作為一個新型移動平臺，其開源性質(zhì)和靈活性使其成為了移動開發(fā)人員的新寵。軟件工程是一門研究用工程化方法構(gòu)建和維護(hù)有效、實用和高質(zhì)量的軟件的學(xué)科，通過軟件工程研究，能夠幫助研究者和開發(fā)人員更好地了解和利用OpenHarmony平臺。

移動軟件工程洞察

Android和iOS擁有龐大且成熟的生態(tài)，基于Android/iOS進(jìn)行移動軟件工程洞察對OpenHarmony的未來研究發(fā)展方向具有一定指導(dǎo)意義。僅Android相關(guān)的論文已超過7000篇，如何從數(shù)量龐大的論文中篩選出僅適用于洞察移動軟件工程領(lǐng)域的調(diào)研報告？可以采用Systematic Literature Review調(diào)研方法。

Systematic Literature Review是一種系統(tǒng)性的檢索、收集并總結(jié)一個特定研究領(lǐng)域的調(diào)研方法，其主要步驟為：

1. 識別研究問題（定目標(biāo)） 2. 識別關(guān)鍵詞（與研究內(nèi)容息息相關(guān)） 3. 論文檢索（主流論文數(shù)據(jù)庫） 4. 論文去噪（僅保留真正相關(guān)的論文） 5. 滾雪球方式找到更多相關(guān)論文 6. 讀論文并提取數(shù)據(jù) 7. 數(shù)據(jù)表示及報告撰寫

基于該方法，作者本人及其所在團(tuán)隊從Android/iOS相關(guān)的海量論文中篩選出了39篇關(guān)鍵Android/iOS論文進(jìn)行洞察。

從上述39篇移動軟件工程論文中，作者本人及其所在團(tuán)隊歸納總結(jié)出了：

一、Android/iOS生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)急需要解決的問題：開發(fā)者在軟件工程中扮演著核心角色，他們影響了軟件開發(fā)過程的每一個環(huán)節(jié)。比如，開發(fā)人員會基于Android/IOS框架開發(fā)各類應(yīng)用，向應(yīng)用商店發(fā)布移動應(yīng)用程序，提供提三方庫來為開源社區(qū)做貢獻(xiàn)，遇到問題時會求助于問答網(wǎng)站（如Stack Overflow）以尋找解決方案，在代碼托管網(wǎng)站上對源碼進(jìn)行管理。此外，目前軟件工程領(lǐng)域最受關(guān)注的研究熱點問題主要分為九個類別，包括應(yīng)用程序開發(fā)、應(yīng)用程序部署、用戶體驗、安全和隱私、質(zhì)量、可靠性、性能、能源以及社會技術(shù)問題。

二、Android/iOS生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)解決軟件工程問題所用到的技術(shù)類型：現(xiàn)有的軟件工程技術(shù)可以被分為靜態(tài)分析、動態(tài)分析和基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法：

靜態(tài)分析：在不執(zhí)行程序的情況下進(jìn)行的程序分析。靜態(tài)分析已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于移動應(yīng)用程序來解決軟件工程問題，例如污點分析、符號執(zhí)行、代碼插樁、模型檢查常常被用于檢測應(yīng)用程序錯誤，包括功能錯誤、代碼異味、安全漏洞/弱點、能源和性能錯誤、權(quán)限提升等。

動態(tài)分析：通過動態(tài)執(zhí)行來測試程序。廣泛使用的動態(tài)測試技術(shù)包括基于搜索的測試、黑盒/隨機(jī)測試、灰盒模糊測試、合同執(zhí)行、事件驅(qū)動的測試生成、突變測試等。動態(tài)分析常用于程序安全性分析（例如動態(tài)污點分析和運行時監(jiān)控）和自動化程序修復(fù)。

基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法：通過從大型程序中提取特征來訓(xùn)練模型，并在代碼分析領(lǐng)域取得了顯著的成功?；跈C(jī)器學(xué)習(xí)的技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于解決許多移動軟件工程任務(wù)，包括漏洞檢測、隱私問題檢測、程序測試、代碼異味檢查，防范Android惡意軟件攻擊等。

OpenHarmony現(xiàn)狀

目前，OpenHarmony還處于起步階段，應(yīng)用數(shù)量和三方庫數(shù)量較少，需要加強(qiáng)拓展。截止到2023年11月，OpenHarmony開源倉庫中僅能檢索到174應(yīng)用，OHPM中心倉庫中僅能檢索到135三方庫。此外，OpenHarmony框架正快速演化，針對可能引入的兼容性問題，需設(shè)計更好的架構(gòu)從源頭解決。

OpenHarmony的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

在移動軟件工程洞察以及OpenHarmony現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，作者本人及其所在團(tuán)隊總結(jié)了Android/iOS與OpenHarmony之間的研究差距，并提出了以下OpenHarmony未來的發(fā)展方向和機(jī)會點：

開發(fā)側(cè)需更多關(guān)注：傳統(tǒng)移動生態(tài)，大量研究工作發(fā)生在應(yīng)用開發(fā)之后，而OH生態(tài)剛起步，在支持應(yīng)用高效開發(fā)方面也有強(qiáng)烈述求；

框架集成新特性：原生智能、一端開發(fā)多端部署；

OpenHarmony獨特新機(jī)會：如支持基于大模型的高效應(yīng)用開發(fā)、支持跨平臺應(yīng)用開發(fā)、利用大量成熟生態(tài)數(shù)據(jù)積累的數(shù)據(jù)，比如實現(xiàn)Android應(yīng)用（或部分功能，或UI）到OpenHarmony應(yīng)用的自動轉(zhuǎn)換等。

此外，作者本人也提出了面向萬物智聯(lián)時代OpenHarmony發(fā)展所可能遇到的挑戰(zhàn)，如：

數(shù)據(jù)有限，難以支持大模型做精調(diào)；

三方庫有限，難以支持高效、高質(zhì)量應(yīng)用開發(fā)；

三方庫OpenHarmony化：如何做到持續(xù)演進(jìn)；

系統(tǒng)挑戰(zhàn)：全新的系統(tǒng)設(shè)計帶來新的挑戰(zhàn)；

交互界面挑戰(zhàn)：交互、事件一直是圖形化應(yīng)用分析的難點；

語言挑戰(zhàn)：ArkTS為全新的應(yīng)用編程語言，目前業(yè)界還沒有相應(yīng)的程序分析基礎(chǔ)框架。

OpenHarmony作為一個終端操作系統(tǒng)領(lǐng)域冉冉升起的新星，正在飛速發(fā)展，茁壯成長。希望更多的研究者加入OpenHarmony研究，站在巨人的肩膀上，使OpenHarmony生態(tài)系統(tǒng)繁榮起來！

近日，北京航空航天大學(xué)聯(lián)合四大洲11個大學(xué)的學(xué)者近日共同發(fā)布了題為《OpenHarmony軟件工程研究路線圖》的論文，更多詳情可參閱：OpenHarmony生態(tài)如何建？北航牽頭發(fā)布《面向OpenHarmony的軟件工程研究路線圖》