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标题: Rust 在前端基建中的使用 [打印本页]
作者: 三尺非寒    时间: 前天 21:26
标题: Rust 在前端基建中的使用
摘要

随着前端技能的不断发展，前端基础设施（前端基建）的创建已成为提升开发效率、保障产物质量的关键环节。然而，在应对复杂业务场景与高性能需求时，传统的前端技能栈逐渐暴露出诸多不足。近年来，Rust语言以其独特的优势，在前端基建范畴崭露头角。本文将详细阐明Rust在当前前端基建中的使用环境，以及其解决传统技能栈不足的方案。文章起首先容了传统技能栈的不足，包罗技能更新速度快、技能栈老旧、JavaScript性能瓶颈、构建效率问题以及安全性隐患。接着，文章论述了Rust作为解决前端基建问题的有力候选者的优势，包罗性能卓越、内存安全、并发支持等。文章还先容了Rust在前端基建中的入门示例，包罗自动化构建流程、模块化、持续集成、依靠管理、构建缓存、代码分割、性能监控和环境一致性等方面。此外，文章还探讨了为什么前端广泛采用Rust进行重构基建进行性能提升，而不是采用其他语言如C和C++。末了，文章总结了Rust在前端基建中的重要性和应用前景。
一、前言

随着前端技能的不断发展，前端基础设施（前端基建）的创建已成为提升开发效率、保障产物质量的关键环节。然而，在应对复杂业务场景与高性能需求时，传统的前端技能栈逐渐暴露出诸多不足。近年来，Rust语言以其独特的优势，在前端基建范畴崭露头角，本文将对Rust在当前前端基建中的使用环境进行详细阐明。此中的不足以及对应的应用场景和解决方案为：
传统技能栈的不足
阐明
应用场景
解决方案
技能更新速度快
前端技能更新迭代快，新框架和工具层出不穷，导致开发者难以跟上学习的步调。
需要快速顺应新技能以满意项目需求。
创建技能栈的选型机制，定期评估和更新技能栈，同时鼓励团队成员持续学习和发展。
技能栈老旧
一些公司大概还在使用过期的技能栈，导致开发效率低下，难以实现现代前端开发的最佳实践
维护老旧系统，缺乏现代化开发工具。
渐渐迁移到现代技能栈，引入模块化和组件化开发，进步代码的可维护性。
缺乏框架原理理解
开发者大概对框架的底层原理理解不足，导致无法充实使用框架的优势，难以进行深条理的优化
在需要进行性能优化和深条理定制的场景。
深入学习和理解框架原理，参与开源项目，提升对框架的掌控能力。
前端工程化不足
前端工程化水平不足，导致项目难以规模化，难以应对大型项目的开发和维护
大型项目开发，需要高效的项目管理和协作。
引入前端工程化工具和流程，如构建工具、自动化测试、持续集成等
性能优化问题
在高性能需求下，前端应用大概会碰到性能瓶颈，如页面加载慢、响应时间长等
需要高性能的前端应用，如在线游戏、实时数据处理等。
使用Rust语言进行前端基建的创建，使用Rust的性能优势来提升前端应用的性能。
安全性问题
前端应用大概面对安全风险，如跨站脚本攻击（XSS）、跨站哀求伪造（CSRF）等
涉及用户数据和敏感信息处理的应用。
采用Rust语言构建更安全的前端基础设施，使用Rust的内存安全特性来减少安全漏洞
供应链安全问题
前端项目的依靠管理大概存在安全风险，如依靠库的漏洞问题
需要确保项目依靠安全的项目。
使用Rust语言的供应链安全工具，如cargo vet，来考核项目依靠，确保供应链的安全性
通过这些不足点，我们可以看出Rust语言在前端基建中的应用潜力，特殊是在性能、安全性和工程化方面，Rust可以提供有用的解决方案。
二、前端当前的基建状况与侧重点

2.1 前端基建的焦点使命

前端基建主要承担以下使命：

这些使命共同构成了前端工程的基石，确保前端项目可以或许高效、稳固地推进。
构建流程优化

前端基建的焦点使命之一是构建流程的优化，它可以资助提升开发效率、减少错误、进步软件质量。以下是一些构建流程优化的本领、常规构建流程以及优化方法：
构建流程优化的本领：


常规构建流程：


怎样进行优化：


示例：

假设你正在使用Webpack作为前端项目的构建工具，以下是构建流程优化的一个示例：

2.2 当前前端基建的侧重点

代码解读
复制代码
[浏览器] <------(HTML/CSS/JS)---------> [用户界面] | | | | v v [Node.js] <–(当地服务器)–> [HTTP 哀求] <–(加载 .wasm)-------> [浏览器] | | | | | | v v v [Rust] <–(编译为 WASM)–> [.wasm 文件] <–(WebAssembly API)—> [WebAssembly 模块]
三、前端基建碰到的问题及Rust的契机

3.1 碰到的问题与性能短板

3.2 引出Rust的使用场景

Rust作为一门高性能、内存安全的系统编程语言，具有以下优势，使其成为解决前端基建问题的有力候选者：
四、Rust 在前端基建中的入门示例

众所周知，前端基础设施创建的基础是 nodejs，绝大多数（不是全部）的前端基建工具和方案都依靠于 nodejs。Node.js 是一个非常盛行的 JavaScript 运行时，它在前端基础设施创建中确实饰演了重要脚色，尤其是在构建工具、服务器端 JavaScript 应用程序、以及一些前端工程化解决方案中。Node.js 提供了一个非阻塞 I/O 模型，使得它非常适合处理大量并发的 I/O 麋集型使命，这也使得它在构建前端基础设施时非常有用。
   举个例子，在 Nodejs 中使用 Rust 编写的插件，我们可以简朴理解为很多年前在浏览器中使用 Flash 插件一样。
  4.1 Rust 插件在底层通过什么方式和原理与 Nodejs 进行交互和通信的

当前更多的使用 neon 或 napi-rs 等库来创建 Rust 扩展，这些库提供了 Rust 与 Node.js 交互的接口和工具。


这里使用 neon 演示使用 rust 编写 nodejs 的扩展。
步骤 1: 创建一个新的 Rust 项目
  1. cargo new rust_node_addon --libcd rust_node_addon
复制代码
步骤 2: 修改Cargo.toml
在Cargo.toml文件中，你需要指定天生动态链接库：
  1. [package]
  2. name = "rust_node_addon"
  3. version = "0.1.0"
  4. license = "ISC"
  5. edition = "2021"
  6. exclude = ["index.node"]
  8. [lib]
  9. crate-type = ["cdylib"]
  11. [dependencies]
  12. neon = "1"
复制代码
步骤 3: 编写 Rust 代码
在src/lib.rs文件中，使用neon库编写 Rust 代码：
  1. use neon::prelude::*;
  3. fn hello(mut cx: FunctionContext) -> JsResult<JsString> {
  4.     Ok(cx.string("hello node"))
  5. }
  7. // fn get_num_cpus(mut cx: FunctionContext) -> JsResult<JsNumber> {
  8. //     Ok(cx.number(num_cpus::get() as f64))
  9. // }
  11. #[neon::main]
  12. fn main(mut cx: ModuleContext) -> NeonResult<()> {
  13.     cx.export_function("hello", hello)?;
  14.     // cx.export_function("get_num_cpus", get_num_cpus)?;
  15.     Ok(())
  16. }
复制代码
步骤 4: 构建 Rust 扩展
使用以下下令构建 Rust 扩展：
  1. cargo build --release
复制代码
步骤 5: 执行 node 文件
  1. $ node
  3. > const api = require('./index.node');
  4. > api.hello();
  5. 'hello node'
复制代码
4.2 neon 框架将 rust 的编译出来的动态链接库转换为.node 文件的原理是什么？

Neon 是一个 Rust 框架，它允许开发者使用 Rust 编写 Node.js 的原生扩展。Neon 框架处理 Rust 编译出来的二进制文件（在 macOS 上是 .dylib，在 Linux 上是 .so，在 Windows 上是 .dll）并将其封装为 Node.js 可以理解的 .node 文件的原理主要涉及以下几个方面：
通过这些原理和机制，Neon 使得 Rust 开发者可以或许编写高性能的 Node.js 原生模块，并以 .node 文件的情势提供给 Node.js 应用程序使用。这样，开发者可以使用 Rust 的性能优势和内存安全特性，同时保持与 Node.js 生态系统的兼容性。
产出的.node 文件是 Node.js 的原生模块文件，它现实上是一个二进制文件，包罗了编译后的 Rust 代码和须要的元数据，使得 Node.js 可以或许加载和执行这个模块。在 Neon 框架中，构建 .node 文件的过程大抵如下：
这个过程的关键在于，Neon 使用了 N-API 来创建一个包装器，这个包装器可以或许将 Node.js 的 JavaScript 调用转换为对动态链接库中 Rust 函数的调用。这样，开发者就可以在 Node.js 中无缝地使用 Rust 编写的原生模块。需要注意的是，.node 文件的天生和加载是由 Node.js 的 C++ 运行时和 N-API 处理的，而不是由 Neon 直接操作。Neon 的作用是简化了 Rust 原生模块的开发过程，并提供了与 N-API 交互的 Rust 抽象。
五、Rust在前端基建中的初步实验与提升

5.1 Rust在前端基建中的初步实验


SWC 是一个基于 Rust 的 Web 平台，用于下一代快速开发工具。它是 Speedy Web Compiler 的缩写，旨在提供一个更快的 Babel 替代品，并提供类似于 Webpack 的打包器功能SWC 使用 Rust 语言的高性能特性来实现快速的代码转换和打包。它可以将使用现代 JavaScript 特性的 JavaScript/TypeScript 文件转换为兼容老版本浏览器的代码。
5.2 使用 rust 编写一段最简朴的 hello world 的演示程序，并将其编译为 wasm情势然后挂载到浏览器中执行

步骤 1: 安装须要的工具
安装以下工具：

步骤 2: 创建一个新的 Rust 项目
创建一个新的 Rust 库项目，这个库将被编译为 WebAssembly 模块：
  1. cargo new wasm_hello_world --libcd wasm_hello_world
复制代码
步骤 3: 编写 Rust 代码
在src/lib.rs文件中，编写 Rust 代码：
  1. use wasm_bindgen::prelude::*;
  3. #[wasm_bindgen]
  4. pub fn hello_world() {
  5.     println!("Hello, World!");
  6. }
复制代码
确保在Cargo.toml文件中添加wasm-bindgen依靠：
  1. [dependencies]
  2. wasm-bindgen="0.2"
复制代码
步骤 4: 构建 WebAssembly 模块
使用wasm-pack构建项目：
  1. wasm-pack build --target web
复制代码
步骤 5: 创建 HTML 文件
创建一个index.html文件，用于加载和执行 WebAssembly 模块：
  1. <!DOCTYPE html>
  2. <html lang="en">
  3. <head>
  4.     <meta charset="UTF-8">
  5.     <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
  6.     <title>WASM Hello World</title>
  7.     <script type="module">
  8.         import init, { hello_world } from './pkg/wasm_hello_world.js';
  9.         async function run() {
  10.             await init();
  11.             hello_world();
  12.         }
  13.         run();
  14.     </script>
  15. </head>
  16. <body>
  17.     <h1>WASM Hello, World!</h1>
  18. </body>
  19. </html>
复制代码
使用 Rust 的性能和 WASM 的跨平台特性，可以创建高性能的图像处理应用。例如，可以开发一个用于实时图像编辑、滤镜应用或图像识别的 Web 应用。

5.3 Rust带来的提升


六、Rust在前端业务中的成熟应用与场景

6.1 成熟应用

（1）Firefox浏览器：Firefox浏览器使用Rust重写了部分组件，以进步性能与安全性。
（2）Web渲染引擎：如Servo等基于Rust的Web渲染引擎，充实使用Rust的并发与性能优势，实现高效的页面渲染。
Firefox 中使用 Rust 的部分
Firefox 浏览器使用 Rust 重写部分组件主要是为了使用 Rust 提供的内存安全保证和并发处理能力，从而进步性能和安全性。以下是一些详细的组件：
这些组件的重写展示了 Mozilla 对于 Rust 语言的信心，以及它在现代浏览器开发中的潜力。通过这些改进，Firefox 可以或许提供更好的性能和更安全的浏览体验。
详细使用 Rust 特性关键点：
1. 并发处理
Rust 的所有权和借用机制允许开发者安全地编写并发代码，而不必担心数据竞争或死锁。这对于渲染引擎来说至关重要，因为页面的各个部分可以并行处理以进步性能。
示例：
  1. use std::thread;
  3. fn main() {
  4.     let handles: Vec<_> = (0..4).map(|_| {
  5.         thread::spawn(|| {
  6.             // 模拟页面渲染的一部分
  7.             println!("渲染页面的一部分");
  8.         })
  9.     }).collect();
  11.     for handle in handles {
  12.         handle.join().unwrap();
  13.     }
  14. }
复制代码
在这个示例中，我们模拟了渲染引擎中并行渲染页面的四个部分。2. 内存安全
Rust 的所有权系统确保了内存安全，这在处理复杂的 DOM 操作和样式盘算时非常重要，可以避免常见的内存错误。
示例：
  1. fn main() {
  2.     let s = String::from("hello");
  3.     let t = s; // 在 Rust 中，变量 s 的所有权被转移给 t
  5.     // 下面的代码将无法编译，因为 s 的所有权已经转移
  6.     // println!("s: {}", s);
  7. }
复制代码
这个简朴的示例展示了 Rust 怎样防止悬垂指针错误。
3. 性能优化
Rust 编译器提供了优化选项，可以天生高效的呆板代码，这对于渲染引擎的性能至关重要。
示例：
在 Cargo.toml 中添加优化标记：
  1. [profile.release]
  2. opt-level = 3
复制代码
这将告诉 Rust 编译器在发布模式下进行更积极的优化。
4. FFI (外部函数接口)
Rust 可以与其他语言编写的代码进行互操作，这使得它可以与现有的 Web 技能栈集成。
示例：
使用 extern “C” 来声明一个外部函数：
  1. // 这个 Rust 函数可以被编译为 WASM 并在 JavaScript 中调用
  2. #[wasm_bindgen]
  3. pub fn say_hello() {
  4.     println!("Hello from Rust compiled to WebAssembly!");
  5. }
复制代码
这个示例展示了怎样从 Rust 调用 C 语言的printf函数。
5. WebAssembly 支持
Rust 可以编译为 WebAssembly，这使得它编写的渲染引擎可以在 Web 浏览器中运行。
示例：
  1. // 这个 Rust 函数可以被编译为 WASM 并在 JavaScript 中调用
  2. #[wasm_bindgen]
  3. pub fn say_hello() {
  4.     println!("Hello from Rust compiled to WebAssembly!");
  5. }
复制代码
使用 wasm_bindgen 可以将 Rust 代码编译为 WASM 并在 Web 浏览器中运行。
6. 错误处理
Rust 的 Result 类型提供了一种强大的错误处理机制，这对于渲染引擎中的错误规复和稳固性非常重要。
示例：
  1. fn might_fail() -> Result<(), &'static str> {
  2.     // 模拟可能失败的操作
  3.     Ok(())
  4. }
  6. fn main() {
  7.     match might_fail() {
  8.         Ok(_) => println!("操作成功"),
  9.         Err(e) => println!("发生错误: {}", e),
  10.     }
  11. }
复制代码
这个示例展示了 Rust 中的错误处理模式。
通过这些 Rust 的特性，基于 Rust 的 Web 渲染引擎可以或许实现高效的页面渲染，同时保持代码的安全性和可维护性。
6.2 详细应用场景


例如使用 rust 编写的 wasm 挂载到浏览器中，主要用来盘算文件的 md5 内容，便于实现文件秒传的需求场景。
添加依靠
在 Cargo.toml 文件中，添加须要的依靠项：
  1. [dependencies]
  2. wasm-bindgen = "0.2"
  3. md5 = "0.7"
  4. hex = "0.4"
  6. [lib]
  7. crate-type = ["cdylib"]
复制代码
编写 Rust 代码
在src/lib.rs文件中，编写 Rust 代码：
  1. use wasm_bindgen::prelude::*;
  2. use md5::{Md5, Digest};
  4. #[wasm_bindgen]
  5. pub fn calculate_md5(file_content: &[u8]) -> String {
  6.     let mut hasher = Md5::new();
  7.     hasher.update(file_content);
  8.     let result = hasher.finalize();
  9.     format!("{:x}", result)
  10. }
复制代码
构建 WebAssembly 模块
使用wasm-pack构建项目：
  1. wasm-pack build --target web
复制代码
创建一个 HTML 文件来加载和使用这个 WebAssembly 模块：
  1. <!DOCTYPE html>
  2. <html lang="en">
  3. <head>
  4.     <meta charset="UTF-8">
  5.     <title>File MD5 Calculator</title>
  6.     <script type="module">
  7.         import init, { calculate_md5 } from './pkg/wasm_md5.js';
  9.         async function run() {
  10.             await init();
  11.             const fileInput = document.querySelector('input[type="file"]');
  12.             const resultDisplay = document.querySelector('#result');
  14.             fileInput.addEventListener('change', async (event) => {
  15.                 const file = event.target.files[0];
  16.                 if (file) {
  17.                     const arrayBuffer = await file.arrayBuffer();
  18.                     const buffer = new Uint8Array(arrayBuffer);
  19.                     const md5Hash = calculate_md5(buffer);
  20.                     resultDisplay.textContent = `MD5 Hash: ${md5Hash}`;
  21.                 }
  22.             });
  23.         }
  25.         run();
  26.     </script>
  27. </head>
  28. <body>
  29.     <input type="file" />
  30.     <p>MD5 Hash: <span id="result"></span></p>
  31. </body>
  32. </html>
复制代码
七、Rust在未来的前端基建中的发展方向与团队应用建议

7.1 发展方向

（1）更广泛的生态支持：随着Rust在前端基建中的不断深入，未来将有更多针对前端的Rust库与框架涌现，丰富前端开发者的技能选择。
（2）与Web技能的深度融合：Rust将与Web技能更精密地结合，如WebAssembly、WebGPU等，共同推动前端技能的发展与创新。
7.2 团队应用建议

（1）技能储备与培训：前端团队应关注Rust的发展动态，培养具备Rust开发能力的工程师，为未来的技能转型做好准备。
（2）项目实践与探索：在合适的项目中引入Rust技能，进行实践探索与经验积聚，以便更好地将Rust应用于前端基建中。
（3）与社区保持同步：积极参与Rust与前端相关的技能社区，分享经验、交流问题，共同推动Rust在前端范畴的发展。
八、结语

Rust作为一种高性能、内存安全的编程语言，在前端基建中的应用前景广阔。通过深入了解Rust的特性与优势，并结合现实项目需求进行实践探索，前端团队将可以或许充实发挥
九、FAQ

9.1 为什么前端广泛采用 rust 重构基建进行性能提升而不是采用其他语言如 c 和 c++哪？

前端基建重构采用 Rust 而不是其他语言如 C 和 C++ 的缘故原由主要包罗以下几点：

由于上述缘故原由，Rust 成为前端基建重构和性能提升的一个理想选择，尽管 C 和 C++ 在某些方面也有优势，但 Rust 所提供的安全性、现代编程特性和生态系统使其在前端基建范畴更具吸引力。
9.2 浏览器中使用 wasm 和之前使用 flash 的方案在情势上没有太大的差别，那它们的根本差异在哪儿？

特性
WebAssembly (WASM)
Adobe Flash
语言无关性
与语言无关，支持多种语言编译
主要与 ActionScript 相关
性能
接近原生性能，二进制格式执行
解释执行的字节码，通常较慢
安全性
计划时考虑安全性，沙箱化执行
历史上存在安全漏洞，需频繁更新
开放标准 vs 专有
开放标准，主流浏览器厂商共同开发
专有技能，由 Adobe 控制
硬件加速
支持 SIMD 等硬件加速
支持硬件加速，但受限于 Flash Player
用途
广泛的用途，包罗游戏、3D 图形、科学盘算等
动画、视频游戏、富媒体内容
平台支持
所有主流浏览器支持，不限于 Web 平台
支持逐渐被镌汰，Adobe Flash Player 停止支持
能耗
执行效率高，更加节能
消耗更多 CPU 和电池资源
现代 Web 技能兼容性
无缝集成 HTML5、CSS3、现代 JavaScript API
需要特定插件，集成度较低
开发工具和生态系统
丰富的开发工具，不断增长的生态系统
开发工具和生态系统逐渐萎缩
这个表格总结了 WebAssembly 和 Adobe Flash 在关键特性上的对比。WASM 作为现代 Web 技能的一部分，提供了更高的性能、更好的安全性和更开放的标准，而 Flash 随着技能的发展逐渐被镌汰。

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