技术干货 | Electron 插件开发实践-51CTO.COM

01 前言

早期跨平台桌面应用开发大多采用 Qt 和 C++，受语言学习成本开发效率影响，越来越多的人将目光转向了 Electron。Electron 是以 Nodejs 和 Chromium 为内核的跨平台开发框架。

Electron 基于 Web 技术开发桌面应用，Web 技术在软件开发领域应用非常广泛，生态较为成熟，学习成本较低、开发效率高。但是 Web 在处理多线程、并发场景时显得捉襟见肘，Electron 底层有 Nodejs 支持，Nodejs 的插件模块具有调用 C++ 的能力，C++ 非常适合处理高并发、音视频等复杂业务，弥补了 Web 的性能问题。本文就 js 和 C++ 混合编程在 Electron 桌面程序中的应用进行介绍。

Nodejs 中使用 C++，有以下几种方式：

将 C++ 程序作为独立子进程使用。
通过 node-ffi 方式调用。
Nodejs 扩展，将 C++ 代码编译为 Nodejs 模块，本文主要针对这种方式进行介绍。

02 C++ 扩展

C++ 扩展简介

Nodejs 本身采用 C++ 编写，所以我们可以使用 C++ 编写的自己的 Nodejs 模块，可以像 Nodejs 原生模块一样使用。C++ 扩展格式为 .node，其本质为动态链接库，相当于 Windows 下 .dll。C++ 扩展作为动态链接库，通过 dlopen 在 Nodejs 中加载。

C++ 扩展架构图：

C++ 扩展实现的几种方式

实现 C++ 扩展有3种方式：原生模式、nan、Node-API。

原生模式直接使用 Nodejs API 及 Chrome V8 API 进行开发，这种方式早已被遗弃。特点： Nodejs API 和 Chrome V8 API 接口一旦变化，依赖这些 API 的 C++ 扩展便无法使用，特定版本的 C++ 扩展只能在对应版本 Nodejs 环境中使用。
nan（N ative Abstractions for Nodejs）nan 是 N odejs 抽象接口集，nan 根据当前 Nodejs 版本，使用宏判断执行对应版本的 AP I。特点： C++ 扩展在不同版本 Nodejs 中运行，需重新编译，Nodejs 升级到较高版本后出现接口不兼容问题。
Node-APINode-API 使用 Nodejs 二进制接口，相比 nan 方式这些二进制接口更为稳定。特点：不同版本 Nodejs 只要 abi 版本号一致，C++ 扩展可以直接使用无需重新编译，消除了 Nodejs 版本差异。

构建工具

node-gypnode-gyp 对 gyp（Chromium 编写的构建工具）进行了封装，binding.gyp 为其配置文件。node-gyp 工作分为两个过程：a. 结合 binding.gyp 生成对应平台下的工程配置，比如：Windwos 下生成 .sln 项目文件。b. 项目文件编译，生成 C++ 扩展。binding.gyp 配置文件，以 Windows 为例：

{
    "targets": [
    {        
        "target_name": "addon_name", 
        "type": "static_library"
        'defines': [
          'DEFINE_FOO',
          'DEFINE_A_VALUE=value',
        ],
        'include_dirs': [
          './src/include',
          '<!(node -e "require(\'nan\')")' // include NAN in your project
        ],
        'sources': [
          'file1.cc',
          'file2.cc',
        ],
        'conditions': [
          [
              'OS=="win"', 
              {
                'copies': [{
                  'destination': '<(PRODUCT_DIR)',
                  'files': [
                    './dll/*'
                  ]
                }],
                'defines': [
                  'WINDOWS_SPECIFIC_DEFINE',
                 ],
                'library_dirs': [
                  './lib/'
                ],
                'link_settings': {
                  'libraries': [
                    '-lyou_sdk.lib'
                  ]
                },
                'msvs_settings': {
                  'VCCLCompilerTool': {
                    'AdditionalOptions': [
                      '/utf-8'
                    ]
                  }
               },
             }
           ]
        ],
      },
    ]
}

字段说明：

target_name： 目标的名称，此名称将用作生成的 Visual Studio 解决方案中的项目名称。
type: 可选项：static_library 静态库、executable 可执行文件、shared_library 共享库。
defines： 将在编译命令行中传入的 C 预处理器定义（使用 -D 或 /D 选项）。
include_dirs： C++ 头文件所在的目录。
sources： C++ 源文件。
conditions： 适配不同环境配置条件块。
copies： 拷贝 dll 动态库到生成目录。
library_dirs: 配置 lib 库目录到 vs 项目中。
libraries： 项目依赖的库。
msvs_settings： Visual Studio 中属性设置。

node-gyp 编译指令：

node-gyp clean //清空上一次构建目录
node-gyp configure //配置项目
node-gyp build //项目编译，生成C++扩展
node-gyp rebuild //重新生成C++扩展，相当于clean configure build的结合

cmake-jscmake-js 与 node-gyp 工作原理类似。 cmake-js 是基于 CMake 的构建系统，而 node-gyp 是基于 Goole 的 gyp 工具，这里不在进行详细介绍。

回调事件处理

Nodejs 运行在单线程中，但它能够支持高并发，就是依赖事件循环实现。简单来说 Nodejs 主线程维护一个事件队列，收到一个耗时任务将任务放入队列，继续向下执行其他任务。主线程空闲时，遍历事件队列，非 I/O 任务亲自处理，通过回调函数返回给上层调用。I/O 任务放入线程池执行，并指定回调函数，然后继续执行其他任务。

C++ 扩展调用 js 回调函数时，会在 Nodejs 挂在一个 libuv 线程池，用于处理回调函数，当 Nodejs 主线程空闲时，去遍历线程池，处理任务。libuv 具体细节参考 nertc-electron-sdk：

https://github.com/netease-im/node-nertc-sdk/blob/main/nertc_sdk_node/nertc_node_engine_event_handler.cpp

03 混合编程实践

示例1

结合 node-addon-api 进行演示，node-addon-api 对 Node-API 接口进行了封装开发简单。该实例完成 js 调用 C++ 函数实现两个数字相加。

项目结构

package.json 配置文件

//package.json
{
  "name": "addon-sdk",
  "version": "0.1.0",
  "description": "test nodejs addon sample",
  "main": "./api/index.js",
  "private": true,
  "gypfile": true,
  "dependencies": {
    "bindings": "~1.2.1",
    "node-addon-api": "^3.0.0"
  },
  "devDependencies": {
    "node-gyp": "^8.2.0"
  },
  "scripts": {
    "test": "node ./api/index.js"
  },
  "license": "ISC",
  "author": "liyongqiang"
}

binding.gyp 配置文件

//binding.gyp
{
  "targets": [
    {
      "target_name": "addon",
      "sources": [ 
        "./src/addon.cc", 
        "./src/engine.h" , 
        "./src/engine.cpp" 
      ],
      "include_dirs": [
        "<!@(node -p \"require('node-addon-api').include\")"
      ],
      'defines': [ 
        'NAPI_DISABLE_CPP_EXCEPTIONS' 
      ]
    }
  ]
}

C++ 扩展

//addon.cc
#include <napi.h>
#include "engine.h"


Napi::Object InitAll(Napi::Env env, Napi::Object exports) {
  return nertc::Engine::Init(env, exports);
}


NODE_API_MODULE(addon, InitAll)


//engine.h
#pragma once
#include <napi.h>
namespace nertc {
class Engine : public Napi::ObjectWrap<Engine> {
 public:
  static Napi::Object Init(Napi::Env env, Napi::Object exports);
  Engine(const Napi::CallbackInfo& info);
 private:
  Napi::Value add(const Napi::CallbackInfo& info);
};
}


//engine.cpp
#include "engine.h"
namespace nertc {  
Napi::Object Engine::Init(Napi::Env env, Napi::Object exports) 
{
    Napi::Function func =
        DefineClass(env, "Engine",
                   {InstanceMethod("add", &Engine::add)});
    Napi::FunctionReference* constructor = new Napi::FunctionReference();
    *constructor = Napi::Persistent(func);
    env.SetInstanceData(constructor);
    exports.Set("Engine", func);
    return exports;
}


Engine::Engine(const Napi::CallbackInfo& info): Napi::ObjectWrap<Engine>(info) {}


Napi::Value Engine::add(const Napi::CallbackInfo& info) {
  Napi::Env env = info.Env();//获取环境变量
  int ret = 0;
  int length = info.Length();//获取参数个数
  if (length != 2 || !info[0].IsNumber() || !info[1].IsNumber()) 
  {
      Napi::TypeError::New(env, "Number expected").ThrowAsJavaScriptException();
      ret = -1;
      return Napi::Number::New(env, ret);
  }
  int num1 = info[0].As<Napi::Number>().Int32Value();//获取第一个参数
  int num2 = info[1].As<Napi::Number>().Int32Value();////获取第二个参数
  int sum = num1 + num2;
  return Napi::Number::New(env, sum);//返回结果到js层
}
}

js 调用 C++ 扩展

var addon = require('bindings')('addon');//调用C++扩展
var engine = new addon.Engine();
console.log( `num1 + num2  = ${engine.add(1,2)}`);//输出3

在 package.json 目录下，执行 npm install、npm run test，可以看到 js 调用 C++ 接口成功，输出两个数字相加结果。

示例2

网易云信音视频通话 nertc-electron-sdk，采 Node-API 方式进行开发，将 C++ 原生 sdk 封装成 Nodejs 模块（nertc-electron-sdk.node），结合 Electron 可以快速实现音视频通话。github demo 体验地址：

https://github.com/netease-im/Basic-Video-Call/tree/master/Group-Video/NERtcSample-GroupVideoCall-Electron

04 常见问题

Electron 应用中 js 调用 C++ 扩展时，提示 Error: The specified module could not be found。
答：该错误表示能找到 C++ 扩展模块（.node）但是加载失败，因为 .node 会依赖其他 .dll 和 C++ 运行库，缺少这些库时就会报上面的错误，使用 depends 查看缺少哪种库，配置即可。
运行使用 C++ 扩展的 Electron 应用，提示 The specifield module could not be found。
答：该错误表示找不到 C++ 扩展模块。在项目 package.json 文件中配置 extraFiles 字段，将扩展拷贝到 Electron 可加载目录即可。
Electron 加载 C++ 扩展时提示：Module parse failed: Unexpected character '�'。
答：webpack 只能识别 js 和 json 文件无法识别 C++ 扩展模式，在 Electron 打包时需要在 vue.config.js 中配置 C++ 扩展的 loader。
更多常见问题汇总：
https://doc.yunxin.163.com/docs/jcyOTA0ODM/jU4NTEwNzg?platformId=50456#9