用 Rust 开发跨平台 App 探索和实践

1年前 (2023) 程序员胖胖胖虎阿

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FeatureProbe 作为一个开源的『功能』管理服务，包含了灰度放量、AB实验、实时配置变更等针对『功能粒度』的一系列管理操作。需要提供各个语言的 SDK 接入，其中就包括移动端的 iOS 和 Android 的 SDK，那么要怎么解决跨平台 SDK 的问题呢？

一、为什么要跨平台？

减少人力成本，减少开发时间。
两个平台共享一套代码，后期产品维护简单。

二、目前常见的跨平台方案

C++

很多公司的跨平台移动基础库基本都有 C++ 的影子，如微信，腾讯会议，还有早期的 Dropbox，知名的开源库如微信的 Mars 等。好处是一套代码多端适配，但是需要大公司对 C++ 有强大的工具链支持，还需要花重金聘请 C++ 研发人员，随着团队人员变动，产品维护成本也不可忽视，所以 Dropbox 后期也放弃了使用 C++ 的跨端方案。

Rust + FFI

Rust 和对应平台的 FFI 封装。常见的方法如飞书和 AppFlow 是通过类似 RPC 的理念，暴露少量的接口，用作数据传输。好处是复杂度可控，缺点是要进行大量的序列化和反序列化，同时代码的表达会受到限制，比如不好表达回调函数。

Flutter

更适合于有 UI 功能的跨平台完整 APP 解决方案，不适用于跨平台移动端 SDK 的方案。

三、为什么用 Rust ？

开发成本

不考虑投入成本的话，原生方案在发布、集成和用户 Debug 等方面都会更有优势。但考虑到初创团队配置两个资深的研发人员来维护两套 SDK 需要面临成本问题。

有丰富的 Rust 跨平台经验

我们之前有用过 Rust 实现过跨平台的网络栈，用 tokio 和 quinn 等高质量的 crate 实现了一个长连接的客户端和服务端。

安全稳定

（1） FeatureProbe 作为灰度发布的功能平台，肩负了降级的职责，对 SDK 的稳定性要求更高。

（2）原生移动端 SDK 一旦出现多线程崩溃的问题，难以定位和排查，需要较长的修复周期。

（3） Rust 的代码天生是线程安全的，无需依赖于丰富经验的移动端开发人员，也可以保证提供高质量、稳定的 SDK。

四、Uniffi-rs

uniffi-rs 是 Mozilla 出品, 应用在 Firefox mobile browser 上的 Rust 公共组件，uniffi-rs 有以下特点：

安全

uniffi-rs 的设计目标第一条就是“安全优先”，所有暴露给调用语言的 Rust 生成的方法，都不应该触发未定义的行为。
所有暴露给外部语言的 Rust Object 实例都要求是 Send + Sync。

简单

不需要使用者去学习 FFI 的使用
只定义一个 DSL 的接口抽象，框架生成对应平台实现，不用操心跨语言的调用封装。

高质量

完善的文档和测试。
所有生成的对应语言，都符合风格要求。

五、Uniffi-rs是如何工作的？

首先我们 clone uniffi-rs 的项目到本地, 用喜欢的 IDE 打开 arithmetic 这个项目：

git clone https://github.com/mozilla/uniffi-rs.git
cd examples/arithmetic/src

我们看下这个样例代码具体做了什么：

[Error]
enum ArithmeticError {
  "IntegerOverflow",
};
namespace arithmetic {
  [Throws=ArithmeticError]
  u64 add(u64 a, u64 b);
};

在 arithmetic.udl 中，我们看到定义里一个 Error 类型，还定义了 add, sub, div, equal 四个方法，namespace 的作用是在代码生成时，作为对应语言的包名是必须的。我们接下来看看 lib.rs 中 rust 部分是怎么写的：

#[derive(Debug, thiserror::Error)]
pub enum ArithmeticError {
    #[error("Integer overflow on an operation with {a} and {b}")]
    IntegerOverflow { a: u64, b: u64 },
}
fn add(a: u64, b: u64) -> Result<u64> {
    a.checked_add(b)
        .ok_or(ArithmeticError::IntegerOverflow { a, b })
}
type Result<T, E = ArithmeticError> = std::result::Result<T, E>;

uniffi_macros::include_scaffolding!("arithmetic");

下图是一张 uniffi-rs 各个文件示意图，我们一起来看下，上面的 udl 和 lib.rs 属于图中的哪个部分：

用 Rust 开发跨平台 App 探索和实践
图中最左边 Interface Definition File 对应 arithmetic.udl 文件，图中最下面红色的 Rust Business Logic 对应到 example 中的 lib.rs，test/bindings/ 目录下的各平台的调用文件对应最上面绿色的方块，那方框中蓝色的绑定文件去哪里了呢，我们发现 lib.rs 最下面有这样一行代码 uniffi_macros::include_scaffolding!("arithmetic"); 这句代码会在编译的时候引入生成的代码做依赖，我们这就执行一下测试用例，看看编译出来的文件是什么：

cargo test

如果顺利的话，你会看到：

test result: ok. 0 passed; 0 failed; 0 ignored; 0 measured; 0 filtered out; finished in 0.00s

这个测试用例，运行了 python, ruby, swift 和 kotlin 四种语言的调用，需要本地有对应语言的环境，具体如何安装对应环境超出了本文的范围，但是这里给大家一个方法看具体测试用例是如何启动的，我们以 kotlin 为例，在 uniffi-rs/uniffi_bindgen/src/bindings/kotlin/mod.rs 文件中的 run_script 方法里，在 Ok(()) 前面加上一行 println!("{:?}", cmd); 再次运行:

cargo test -- --nocapture

对应平台下的 run_script 方法都可以这样拿到实际执行的命令行内容，接下来我们就能在 uniffi-rs/target/debug 中看到生成的代码：

arithmetic.jar
arithmetic.py
arithmetic.rb
arithmetic.swift
arithmetic.swiftmodule
arithmeticFFI.h
arithmeticFFI.modulemap

其中的 jar 包是 kotlin, py 是 python，rb 是 ruby，剩下4个都是 swift，这些文件是图中上面的平台绑定文件，我们以 swift 的代码为例，看下里面的 add 方法：

public
func add(a: UInt64, b: UInt64)
throws
->
UInt64
{
    return try FfiConverterUInt64.lift(
        try rustCallWithError(FfiConverterTypeArithmeticError.self) {
      arithmetic_77d6_add(
          FfiConverterUInt64.lower(a), 
          FfiConverterUInt64.lower(b), $0)
  }
    )
}

可以看到实际调用的是 FFI 中的 arithmetic_77d6_add 方法，我们记住这个奇怪名字。目前还缺图中的 Rust scaffolding 文件没找到，它实际藏在 /uniffi-rs/target/debug/build/uniffi-example-arithmetic 开头目录的 out 文件夹中，注意多次编译可能有多个相同前缀的文件夹。我们以 add 方法为例：

// Top level functions, corresponding to UDL `namespace` functions.
#[doc(hidden)]
#[no_mangle]
pub extern "C" fn r#arithmetic_77d6_add(
        r#a: u64,
        r#b: u64,
    call_status: &mut uniffi::RustCallStatus
)  -> u64 {
    // If the provided function does not match the signature specified in the UDL
    // then this attempt to call it will not compile, and will give guidance as to why.
    uniffi::deps::log::debug!("arithmetic_77d6_add");
    uniffi::call_with_result(call_status, || {
        let _retval = r#add(
            match<u64 as uniffi::FfiConverter>::try_lift(r#a) {
                Ok(val) => val,
                Err(err) => return Err(uniffi::lower_anyhow_error_or_panic::<FfiConverterTypeArithmeticError>(err, "a")),
            }, 
            match<u64 as uniffi::FfiConverter>::try_lift(r#b) {
                Ok(val) => val,
                Err(err) => return Err(uniffi::lower_anyhow_error_or_panic::<FfiConverterTypeArithmeticError>(err, "b")),
            }).map_err(Into::into).map_err(<FfiConverterTypeArithmeticError as uniffi::FfiConverter>::lower)?;
        Ok(<u64 as uniffi::FfiConverter>::lower(_retval))
    })
}

其中 extern "C" 就是 Rust 用来生成 C 语言绑定的写法。我们终于知道这个奇怪的 add 方法名是如何生成的了，arithmetic_77d6_add 是 namespace 加上代码哈希和方法名 add 拼接而成。接着看 call_status ，实际是封装了 add 方法实际的返回值， call_with_result 方法定义在 uniffi-rs/uniffi/src/ffi/rustcalls.rs 中，主要是设置了 panichook, 让 Rust 代码发生崩溃时有排查的信息。arithmetic_77d6_add 的核心逻辑是 let _retval = r#add(a, b), 其中的 a，b 在一个 match 语句包裹，里面的 lift 和 lower 主要做的是 Rust 类型和 C 的 FFI 中的类型转换，具体可以看这里。

到这里，我们就凑齐了上图中的所有部分，明白了 uniffi-rs 的整体流程。

六、如何集成到项目中？

现在，我们知道如何用 uniffi-rs 生成对应平台的代码，并通过命令行可以调用执行，但是我们还不知道如何集成到具体的 Android 或者 Xcode 的项目中。在 uniffi-rs 的帮助文档中，有 Gradle 和 XCode 的集成文档，但是读过之后，还是很难操作。

用 Rust 开发跨平台 App 探索和实践
简单来说，就是有个 Rust 的壳工程作为唯一生成二进制的 crate，其他组件如 autofill, logins, sync_manager 作为壳工程的依赖，把 udl 文件统一生成到一个路径，最终统一生成绑定文件和二进制。好处是避免了多个 rust crate 之间的调用消耗，只生成一个二进制文件，编译发布集成会更容易。

安卓平台：是生成一个 aar 的包，Mozilla 团队提供了一个 org.mozilla.rust-android-gradle.rust-android 的 gradle 插件，可以在 Mozilla 找到具体使用。

苹果平台：是一个 xcframework，Mozilla 的团队提供了一个 build-xcframework.sh 的脚本，可以在 Mozilla 找到具体的使用。

我们只需要适当的修改下，就可以创建出自己的跨平台的项目。

实际上我们使用 uniffi-rs Mozilla 的项目还是比较复杂的，这里你可以使用 mobile sdk 来学习如何打造自己的跨平台组件：

rust-core 是纯 rust 的 crate
rust-uniffi 是 udl 和 rust-core 依赖一起生成绑定的 crate
- rust-android 是生成 aar 包的安卓项目，具体是通过 gradle 插件来进行集成
rust-ios 是生成 xcframework 的苹果项目，通过 build-xcframewok.sh 脚本集成

这里大家也可以参考 Github Actions 编译和构建。