針對JavaScript開發(fā)人員的Rust簡介

Rust是2010年起源于Mozilla Research的一種編程語言。如今，所有大公司都在使用它。

亞馬遜和微軟都認可它是其系統(tǒng)中C / C ++的最佳替代品，但是Rust并不止于此。像Figma和Discord這樣的公司現(xiàn)在也通過在客戶端應用中使用Rust來引領(lǐng)潮流。

本篇Rust教程旨在簡要介紹Rust，如何在瀏覽器中使用它，以及何時應該考慮使用它。我將從比較Rust和JavaScript開始，然后引導你完成Rust在瀏覽器中運行的步驟。最后，我將介紹一個使用Rust和JavaScript的COVID simulator web應用程序的快速性能評估。

簡而言之

Rust在概念上與JavaScript非常不同。但也有相似之處需要指出，讓我們來看看問題的兩面。

相似之處

這兩種語言都有一個現(xiàn)代化的包管理系統(tǒng)。JavaScript有npm，Rust有Cargo。Rust有 Cargo.toml 來代替 package.json 進行依賴管理。要創(chuàng)建一個新的項目，使用 cargo init，要運行它，使用 cargo run。不太陌生吧？

Rust中有許多很酷的功能，你已經(jīng)從JavaScript中知道了，只是語法略有不同。利用這個常見的JavaScript模式，對數(shù)組中的每個元素都應用一個閉包：

let staff = [
   {name: "George", money: 0},
   {name: "Lea", money: 500000},
];
let salary = 1000;
staff.forEach( (employee) => { employee.money += salary; } );

在Rust中，我們可以這樣寫：

let salary = 1000;
staff.iter_mut().for_each( 
    |employee| { employee.money += salary; }
);

誠然，習慣這種語法需要時間，用管子( | )代替括號。但在克服了最初的尷尬之后，我發(fā)現(xiàn)它比另一組括號讀起來更清晰。

再舉一個例子，這是JavaScript中的對象解構(gòu)：

let point = { x: 5, y: 10 };
let {x,y} = point;

同樣在Rust中：

let point = Point { x: 5, y: 10 };
let Point { x, y } = point;

主要的區(qū)別是，在Rust中我們必須指定類型（Point），更普遍的是，Rust需要在編譯時知道所有類型。但與大多數(shù)其他編譯語言不同的是，編譯器盡可能自己推斷類型。

為了進一步解釋這個問題，下面是在C++和許多其他語言中有效的代碼。每個變量都需要明確的類型聲明。

int a = 5;
float b = 0.5;
float c = 1.5 * a;

在JavaScript以及Rust中，這段代碼是有效的：

let a = 5;
let b = 0.5;
let c = 1.5 * a;

共享功能不勝枚舉：

• Rust具有 async + await 語法。
• 數(shù)組可以像讓 let array = [1,2,3] 一樣簡單地創(chuàng)建。
• 代碼按模塊組織，有明確的導入和導出。
• 字符串是用Unicode編碼的，處理特殊字符沒有問題。

我可以繼續(xù)列舉下去，但我想我的觀點現(xiàn)在已經(jīng)很清楚了。Rust有一系列豐富的功能，這些功能在現(xiàn)代JavaScript中也有使用。

不同點

Rust是一種編譯語言，這意味著沒有運行時可以執(zhí)行Rust代碼。一個應用程序只能在編譯器(rustc)完成它的魔法之后運行。這種方法的好處通常是更好的性能。

幸運的是，Cargo為我們解決了調(diào)用編譯器的問題。而有了webpack，我們還可以將 Cargo 隱藏在 npm run build 后面。有了這個指南，只要為項目設(shè)置好Rust，就可以保留Web開發(fā)者的正常工作流程。

Rust 是一種強類型語言，這意味著在編譯時所有類型必須匹配。例如，你不能調(diào)用一個參數(shù)類型錯誤或參數(shù)數(shù)量錯誤的函數(shù)。編譯器會在你運行時遇到這個錯誤之前為你捕捉到它。顯而易見的比較是TypeScript，如果你喜歡TypeScript，那么你很可能會喜歡Rust。

但別擔心：如果你不喜歡TypeScript，Rust可能還是適合你。Rust 是近幾年從頭開始構(gòu)建的，它考慮到了過去幾十年來人類在編程語言設(shè)計方面所學到的一切。其結(jié)果是一種令人耳目一新的簡潔語言。

Rust中的模式匹配是我最喜歡的一個特征，其他語言有 switch 和 case 來避免像這樣的長鏈:

if ( x == 1) { 
  // ... 
} else if ( x == 2 ) {
  // ...
}
else if ( x == 3 || x == 4 ) {
  // ...
} // ...

Rust使用了如下更優(yōu)雅的匹配項：

match x {
  1 => { /* Do something if x == 1 */},
  2 => { /* Do something if x == 2 */},
  3 | 4 => { /* Do something if x == 3 || x == 4 */},
  5...10 => { /* Do something if x >= 5 && x <= 10 */},
  _ => { /* Catch all other cases */ }
}

我認為這是非常整潔的，我希望JavaScript開發(fā)人員也能欣賞這種語法擴展。

不幸的是，我們還得談?wù)凴ust的黑暗面。直言不諱地說，使用嚴格的類型系統(tǒng)有時會讓人感覺非常繁瑣。如果你認為C++或Java的類型系統(tǒng)很嚴格，那么請準備好迎接Rust的艱難之旅吧。

就我個人而言，我很喜歡Rust這部分。我依賴于嚴格的類型系統(tǒng)，因此可以關(guān)閉大腦的一部分——每當我發(fā)現(xiàn)自己在編寫JavaScript時，大腦的一部分就會劇烈地興奮起來。但是我知道對于初學者來說，總是和編譯器作對是很煩人的。我們將在稍后的Rust教程中看到一些。

Hello Rust

現(xiàn)在，讓我們用Rust在瀏覽器中運行一個 hello world ，我們首先要確保所有必要的工具都已安裝。

工具

使用rustup安裝Cargo + rustc。 Rustup是推薦的安裝Rust的方法，它將安裝最新的穩(wěn)定版Rust的編譯器（rustc）和包管理器（Cargo）。它將安裝Rust最新穩(wěn)定版本的編譯器（rustc）和包管理器（Cargo）。它還可以管理beta版和每夜構(gòu)建版，但對于本例來說，這不是必需的。

• 在終端機上輸入 cargo --version 來檢查安裝情況，你應該可以看到 cargo 1.48.0 (65cbdd2dc 2020-10-14) 這樣的內(nèi)容。
• 還要檢查Rustup：rustup --version 應該產(chǎn)生 rustup 1.23.0（00924c9ba 2020-11-27）。

安裝wasm-pack。 這是為了將編譯器與npm集成。

• 通過輸入 wasm-pack --version 來檢查安裝，這應該為您提供 wasm-pack 0.9.1 之類的東西。

我們還需要Node和npm。我們有一篇完整的文章^[1]解釋了安裝這兩個的最佳方法。

編寫Rust代碼

現(xiàn)在一切都安裝好了，讓我們來創(chuàng)建項目。最終的代碼也可以在這個GitHub倉庫^[2]中找到。我們從一個可以編譯成npm包的Rust項目開始，之后會有導入該包的JavaScript代碼。

要創(chuàng)建一個名為 hello-world 的Rust項目，請使用 cargo init --lib hello-world。這將創(chuàng)建一個新目錄并生成Rust庫所需的所有文件：

├──hello-world
    ├── Cargo.toml
    ├── src
        ├── lib.rs

Rust代碼將放在 lib.rs 中，在此之前我們必須調(diào)整 Cargo.toml。它使用 TOML^[3] 定義了依賴關(guān)系和其他包的信息。如果想在瀏覽器中看到hello world，請在 Cargo.toml 中的某個地方添加以下行數(shù)（例如，在文件的最后）。

[lib]
crate-type = ["cdylib"]

這告訴編譯器在C兼容模式下創(chuàng)建一個庫。顯然我們在我們的例子中沒有使用C。C-compatible只是意味著不是Rust專用的，這是我們使用JavaScript中的庫所需要的。

我們還需要兩個外部庫，將它們作為單獨的一行添加到依賴關(guān)系部分。

[dependencies]
wasm-bindgen = "0.2.68"
web-sys = {version = "0.3.45", features = ["console"]}

這些都是來自 crates.io^[4] 的依賴項，它是 Cargo 使用的默認包倉庫。

wasm-bindgen^[5]是必要的，以創(chuàng)建一個我們以后可以從JavaScript中調(diào)用的入口點。(你可以在這里找到完整的文檔。)值 ”0.2.68" 指定了版本。

web-sys^[6]包含了所有Web API的Rust綁定，它將使我們能夠訪問瀏覽器控制臺。請注意，我們必須明確地選擇控制臺功能，我們最終的二進制文件將只包含這樣選擇的Web API綁定。

接下來是 lib.rs 內(nèi)部的實際代碼。自動生成的單元測試可以刪除。只需使用以下代碼替換文件的內(nèi)容：

use wasm_bindgen::prelude::*;
use web_sys::console;

#[wasm_bindgen]
pub fn hello_world() {
    console::log_1("Hello world");
}

頂部的 use 語句是用于從其他模塊導入項目。這與JavaScript中的 import 類似）。

pub fn hello_world（）{...} 聲明一個函數(shù)。pub 修飾符是“public”的縮寫，作用類似于JavaScript中的 export。注釋 ＃[wasm_bindgen] 特定于Rust編譯為[WebAssembly (Wasm)](https://webassembly.org/ "wasm_bindgen] 特定于Rust編譯為[WebAssembly (Wasm "wasm_bindgen] 特定于Rust編譯為[WebAssembly (Wasm)")")。我們在這里需要它來確保編譯器將包裝函數(shù)公開給JavaScript。

在功能主體中，“Hello world”被打印到控制臺上。Rust中的 console :: log_1() 是對 console.log() 的調(diào)用的包裝。

你是否注意到函數(shù)調(diào)用中的 _1 后綴？這是因為JavaScript允許使用可變數(shù)量的參數(shù)，而Rust不允許。為了解決這個問題， wasm_bindgen 為每種參數(shù)數(shù)量生成一個函數(shù)。是的，這很快就會變得丑陋！但這有效。在web-sys文檔^[7]中提供了一個可以在Rust控制臺中調(diào)用的完整函數(shù)列表。

現(xiàn)在我們應該已經(jīng)一切就緒，試著用下面的命令編譯它。這將下載所有的依賴項并編譯項目，第一次可能會花一些時間。

cd hello-world
wasm-pack build

哈！Rust編譯器對我們不滿意。

error[E0308]: mismatched types
 --> src\lib.rs:6:20
  |
6 |     console::log_1("Hello world");
  |                    ^^^^^^^^^^^^^ expected struct `JsValue`, found `str`
  |
  = note: expected reference `&JsValue`
             found reference `&'static str

注意：如果您看到其他錯誤（error: linking with cc failed: exit code: 1）并且你使用的是Linux，則說明缺少交叉編譯依賴性。sudo apt install gcc-multilib 應該可以解決此問題。

正如我前面提到的，編譯器很嚴格。當它期望一個 JsValue 的引用作為一個函數(shù)的參數(shù)時，它不會接受一個靜態(tài)字符串。為了滿足編譯器的要求，必須進行顯式轉(zhuǎn)換。

console::log_1(&"Hello world".into());

方法 [into()](https://doc.rust-lang.org/std/convert/trait.Into.html "into( "into()")") 將一個值轉(zhuǎn)換為另一個值。Rust 編譯器很聰明，它可以推遲哪些類型參與轉(zhuǎn)換，因為函數(shù)簽名只留下了一種可能性。在這種情況下，它將轉(zhuǎn)換為 JsValue，這是一個由JavaScript管理的值的包裝類型。然后，我們還得加上 &，通過引用而不是通過值來傳遞，否則編譯器又會抱怨。

嘗試再次運行 wasm-pack build，如果一切順利，則最后一行應如下所示：

[INFO]: :-) Your wasm pkg is ready to publish at /home/username/intro-to-rust/hello-world/pkg.

如果你能走到這一步，你現(xiàn)在就可以手動編譯Rust了。下一步，我們將把它與npm和webpack集成，后者將自動為我們完成這項工作。

JavaScript整合

在這個例子中，我決定將 package.json 放在 hello-world 目錄內(nèi)。我們也可以為Rust項目和JavaScript項目使用不同的目錄,這是個口味問題。

以下是我的 package.json 文件。遵循的最簡單方法是將其復制并運行 npm install，或者運行 npm init 并僅復制 dev 依賴項：

{
    "name": "hello-world",
    "version": "1.0.0",
    "description": "Hello world app for Rust in the browser.",
    "main": "index.js",
    "scripts": {
        "build": "webpack",
        "serve": "webpack serve"
    },
    "author": "Jakob Meier ",
    "license": "(MIT OR Apache-2.0)",
    "devDependencies": {
        "@wasm-tool/wasm-pack-plugin": "~1.3.1",
        "@webpack-cli/serve": "^1.1.0",
        "css-loader": "^5.0.1",
        "style-loader": "^2.0.0",
        "webpack": "~5.8.0",
        "webpack-cli": "~4.2.0",
        "webpack-dev-server": "~3.11.0"
    }
}

如你所見，我們使用的是webpack 5。Wasm-pack也可以和舊版本的webpack一起使用，甚至可以不使用捆綁程序。但每個設(shè)置的工作方式都有些不同，我建議你在跟隨這個Rust教程時使用完全相同的版本。

另一個重要的依賴項是 wasm-pack-plugin。這是一個Webpack插件，專門用于加載使用wasm-pack構(gòu)建的Rust軟件包。

繼續(xù)，我們還需要創(chuàng)建 webpack.config.js 文件來配置webpack。它應該是這樣的：

const path = require('path');
const webpack = require('webpack');
const WasmPackPlugin = require("@wasm-tool/wasm-pack-plugin");

module.exports = {
    entry: './src/index.js',
    output: {
        path: path.resolve(__dirname, 'dist'),
        filename: 'index.js',
    },
    plugins: [
        new WasmPackPlugin({
            crateDirectory: path.resolve(__dirname, ".")
        }),
    ],
    devServer: {
        contentBase: "./src",
        hot: true,
    },
    module: {
        rules: [{
            test: /\.css$/i,
            use: ["style-loader", "css-loader"],
        }, ]
    },
    experiments: {
        syncWebAssembly: true,
    },
};

所有的路徑都配置為Rust代碼和JavaScript代碼并排。index.js 將在 src 文件夾中，緊挨著 lib.rs。如果你喜歡不同的設(shè)置，可以隨時調(diào)整這些。

你還會注意到，我們使用webpack experiments^[8]，這是webpack 5引入的新選項。請確保將 syncWebAssembly 設(shè)置為true。

最后，我們必須創(chuàng)建JavaScript入口點 src/index.js：

import("../pkg").catch(e => console.error("Failed loading Wasm module:", e)).then(
    rust =>
        rust.hello_world()
);

我們必須異步加載Rust模塊。調(diào)用 rust.hello_world() 會調(diào)用一個生成的封裝函數(shù)，而這個函數(shù)又會調(diào)用 lib.rs 中定義的Rust函數(shù) hello_world。

現(xiàn)在，運行 npm run serve 應該可以編譯所有內(nèi)容并啟動開發(fā)服務(wù)器。我們沒有定義HTML文件，因此頁面上沒有任何顯示。你可能還必須手動轉(zhuǎn)到 http://localhost:8080/index，因為http://localhost:8080只是列出文件而不執(zhí)行任何代碼。

打開空白頁后，打開開發(fā)人員控制臺。Hello World應該有一個日志條目。

好吧，對于一個簡單的hello world來說，這是相當多的工作。但現(xiàn)在一切都到位了，我們可以輕松地擴展Rust代碼，而不用擔心這些。保存對 lib.rs 的修改后，你應該會自動看到重新編譯和瀏覽器中的實時更新，就像JavaScript一樣。

何時使用Rust

Rust不是JavaScript的一般替代品。它只能通過Wasm在瀏覽器中運行，這在很大程度上限制了它的作用。即使你可以用Rust替換幾乎所有的JavaScript代碼，如果你真的想的話，那是一個壞主意，而且不是Wasm的目的。例如，Rust并不適合與你網(wǎng)站的UI進行交互。

我認為Rust + Wasm是一個額外的選項，可以用來更有效地運行CPU重的工作負載。以較大的下載量為代價，Wasm避免了JavaScript代碼面臨的解析和編譯開銷。這一點，再加上編譯器的強力優(yōu)化，可能會帶來更好的性能。這通常是公司為特定項目選擇Rust的原因。選擇Rust的另一個原因可能是語言偏好，但這是一個完全不同的討論，我不會在這里討論。

參考資料