Rust 在 Android 中的应用

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本文主要是关于如何在 Android 中接入 Rust 的扫盲文，并不会对 Rust 做过多的讲解，对 Rust 有兴趣的可以自己去学习 Rust，至于如何才能快速的学会 Rust，可以参考我的这篇文章:《如何快速的掌握一门编程语言》

Rust 的前景

可能会有人担心花了较多的时间成本去学习了 Rust 后没啥使用的场景，或者学习后很快就过时了，其实这个大可不必担心，Rust 是非常有前途的一门语言。而且有越来越多的大公司开始采用 Rust 用于关键系统和新项目的开发。比如 Mozilla 用 Rust 来开发浏览器引擎，vivo 用 Rust 开发蓝河操作系统，字节的飞书、Tiktok 客户端也有大范围的使用使用 Rust，并且 Rust 的社区非常活跃，拥有丰富的库和工具支持，这意味着 Rust 的轮子很多，我们可以用 Rust 实现很多事情。因此学会 Rust 是很有性价比的一件事。

为什么越来越多项目开始用 Rust 呢？原因有很多，比如他性能好，可以媲美 c++；他的安全性高，像内存问题、线程安全问题，错误捕获问题在 Rust 中都能被很好的解决；它的语言较新，有很多现代编程语言的特性以及很多语法糖的支持，可以让代码更简洁和简单......大家可以在实际使用过程中慢慢的探索这款语言的优点。

Rust 的接入和使用

我这里以一个简单的 Demo 来讲解 Android 中如何接入和使用 Rust。

初始化

首先是下载和初始化，通过 curl 脚本即可快速下载 Rust。

curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh

Rust 下载完成之后通过在命令行窗口执行脚本 "cargo new study_rust"就能新建一个项目名为 study_rust 的项目。通过 IDE 打开这个项目后的界面如下，我是用 clion 这个 ide 打开的，大家用 androidstudio 或者其他 ide 都可以，不过可能要下载 Rust 支持的插件。

在这项目的命令窗口中，执行 "cargo run""，就能成功的将该项目运行起来。

跨端通信

我们接下来就要看看如何在 Android 中调用 Rust。不同语言之间的互相调用，都要通过 FFI （Foreign function interface），也就是外部函数接口。

IOS 和 Rust 之间的 FFI 接口是用的 RustBridge，对 Android 来说，FFI 接口就是我们熟知的 JNI（Java Native Interface），可以看到 JNI 不仅可以用在 Java 调用 c 或 c++，还可以用来调用 Rust，所以我们一定要熟悉 JNI 的相关知识，这是 Android 进阶的必须要掌握的知识之一。

我们接着来看 Rust 中如何使用 JNI，首先在 Rust 项目的依赖配置中引入 JNI 库，如下所示。此时我们就可以使用 JNI 了。

我们接着在代码中创建 JNI 函数，规则和我们调用 C++的 JNI 函数是一样的，Java 下划线+包名+类名+方法名，包括传参规则也是一样，比如 JNI 中的 int 类型我 jint，String 类型为 jstring。在下面的 Demo 中，我创建了一个 add 方法的 JNI 函数，实现两数相加并返回结果这个简单的逻辑。

并且基于架构考虑，我将 add 方法放在了另外一个模块中，如下所示，放在lib.rs文件中。

这个时候我们用 Rust 写的的逻辑就实现了。接下来就需要把这个项目打包成 so 库文件

打包成 so 文件

首先在 Rust 项目的根目录创建 .cargo/config 文件，因为我在 demo 中只打 64 位的库，所以我只需要配置 target.aarch64-linux-android 的 ndk 路径就好了，我们需要配置 linker 和 ar 这两个工具的路径，这两个工具的说明如下：

• linker：用于链接二进制文件的工具。链接器负责将编译生成的目标文件（object files）合并成一个最终的可执行文件或共享库（.so 文件）。
• ar：指定用于创建和修改存档文件（如静态库）的工具。它负责将多个目标文件打包成一个单独的归档文件。

在我们的 NDK 文件的 toolchains/llvm/prebuilt/darwin-x86_64/bin 目录下有这两个工具。我使用的是 25.0.8775105 这个 NDK 版本，所以配置径如下。

如果我们需要生成 32 位 so 木架，则需要新增 [target.armv7-linux-androideabi]配置，并将 linker 指向同样的 NDK 目录下 armv7a-linux-androideabi21-clang 文件，ar 指向 arm-linux-androideabi-ar 文件。

配置好 linker 和 ar 后，在命令窗口中执行 "rustup target add aarch64-linux-android" 指令，用于为 Rust 项目添加一个 64 位 so 库的编译目标。因为 Rust 编译器默认情况下只为当前主机平台编译代码，如果想为其他平台编译 Rust 代码，就需要添加相应的编译目标，如果要编译 32 位的 so，则需要继续执行 "rustup target add x86_64-linux-android" 指令。

最后在命令窗口中执行 "cargo build --target aarch64-linux-android --release" 执行，就可以生成 64 位的 release 版本的 so 库了。生成的 so 文件在 target/aarch64-linux-anroid/release 目录中，如下图所示：

Android 接入

成功构建 so 库后，Android 侧接入就比较简单了，我这里就以一个很简单的 demo 来进行接入，如下所示，Rust 构建出来的 so 库的加载和 native 函数的声明与我们使用 c++ 生成的 so 库没任何区别。

然后在 log 中调用该 Rust 函数

最后运行程序，可以看到成功的实现了对 Rust 的 add 函数的调用。

应用场景

通过这个简单的案例，我们就知道了如何在 Android 项目中接入 Rust，可以看到其实并不复杂，所以我们可以大胆的用起来，那么 Rust 有哪些应用场景呢？

• 首先我们可以把原本需要用 c++ 实现的 Native 代码都用 Rust 来实现，Rust 完全可以替代 c++，它的性能不弱于 c++，并且安全性更高，也有大量的语法题支持，写起来更顺手。
• 我们可以所有数据相关的逻辑都放在 Rust 中处理，比如网络请求，数据库的读写，因为 Rust 支持协程，所以通过 Rust 的协程来进行数据操作，对性能也能有极大的提升。
• 有安全要求的代码可以用 Rust 来实现，上层中 Java 或者 Kotlin 写的代码通过反编译都能很容易的看到业务代码逻辑，但是通过 Rust 打包出来的 so 库就没法看到代码实现了。
• 对稳定性有高要求的业务可以用 Rust 来实现，因为足够的安全性就是 Rust 语言最有价值的特性之一。
• 跨平台的需求，通过一套Rust我们可以打包多个平台的库
• 其他如复杂的计算逻辑代码，对性能有高要求的代码等等都可以用 Rust 来实现。

架构设计

上面讲的只是一个简单的接入案例，通过这个案例我们初步了解了如何在 Android 中接入 Rust，在前面我们也知道了，Android 中可以使用 Rust 的场景非常的多，我们甚至可以把除 UI 渲染以外的所有逻辑都放在 Rust 侧来做。所以在实际项目中，我们还需要设计好 Rust 层的架构，只有一个好的项目架构，才能满足在项目中大规模的使用 Rust。

想要在项目中大规模的使用 Rust，我们主要需要解决大量 JNI 接口的问题，如果我们为每个业务都去新增一个 JNI 接口，那么 JNI 接口就会非常的庞大，而且我们在项目开发中也会变得非常繁琐。如下图所示，随着项目越来越大，Rust 的使用越来越多，JNI 接口也越来越庞大和臃肿，其次我们需要解决Rust中各个业务之间的解耦问题。

要如何解决这些问题呢？我们可以通过事件分发机制+Protobuf 数据协议来设计 Rust 层的架构，从而解决上面出现的问题。

具体的架构设计如下图所示，我们只需要定义一个 invoke 函数的 JNI 接口，上层在进行 invoke 接口调用时，只需要和 Rust 层定义好 command 接口，然后通过 ProtoBuf 来封装需要传给 Rust 层的数据，Rust 在执行完逻辑后，也将上层需要的数据结果以 ProtoBuf 进行封装后进行返回。

在 Rust 层中，当 invoke 函数被调用时，会将 command 和数据传递给 looper，looper 是我们在 Rust 层设计的一个观察者模式的数据分发器，各个业务需要注册 command 以及 command 对应的数据回调接口调到 looper 的 servicemap 中，loooper 解析 invoke 函数传递过来的 command，然后将数据回调给该 command 对应的业务。

如果业务越来越复杂，一个 invoke 接口依然是不够用的，我们可以根据业务需要再扩展几个接口，比如 init 接口，专门用于初始化，invokeSync 用于同步调用，invokeAsync 用于异步调用，如果是异步调用，则需要传入一个 jobject 类型的 callback 函数，用于业务在执行完逻辑后通过 callback 进行异步回调。架构设计如下

同步调用我们很容易理解，直接在方法逻辑执行完成后返回数据即可，在前面演示的简单的 Rust 接入的 demo 中，我们可以看到 Rust 中 add 函数在末尾返回的函数可以直接传递给上层。异步调用我在这里专门解释下如何使用，其实这也是 JNI 的知识，我们首先需要再 Rust 层定义一个 Callback 接口

// RustCallback.java
package com.example.myapp;

public interface RustCallback {
    void onResponse(byte[] response);
}

然后在 invokeAsync 这个 JNI 函数中传递 callback 接口，传递的类型是 jobject 类型。在 c++ 或 Rust 层中，在通过 env->GetMethodID 获取该 callback 的 method_id，最后通过 env.call_method 方法既能实现对上层的 callback 回调，代码实现如下：

pub extern "C" fn Java_com_example_myapp_RustBridge_invokeAsync(
    env: JNIEnv,
    _: JClass,
    command:jint,
    data:jbyterArray,
    java_callback: jobject
) {    
    let env = env.clone();
    let java_callback = env.new_global_ref(java_callback).unwrap();
    let runtime = RUNTIME.clone();

    runtime.lock().unwrap().spawn(async move {
        //逻辑处理并封装respond数据
        ......
        //通过env获取回调接口的method_id
        let method_id = env.get_method_id(
            "com/example/myapp/RustCallback",
            "onResponse",
            "([B)V",
        ).unwrap();

        //callback回调ProtoBuf协议的数据
        env.call_method(
            java_callback.as_obj(),
            method_id,
            result_data,
        ).unwrap();
    });
}

通过上面的演示，我们了解到了 JNI 的异步回调的使用，实际上，我们可以在Rust的 init 函数中就将 java_callback 传递下来，然后将获取的 java_callback 的 method_id 设置成全局常量，这样后续流程中上层和 Rust 层在进行异步调用的时候，也可以不需要传 callback 这个参数，简化了调用流程，并且在 Rust 方法逻辑中也不需要再重复获取该 callback 的 method_id，直接使用全局的 method_id 即可。

此时也许会有人担心上层那么多业务用同一个 callback 不会有问题么？实际上在上层我们也可以设计一个消息时机分发机制，虽然所有的 Rust 的异步调用的数据都通过这个 callback 返回，但是上层 callback 在收到回调的数据后，通过 command 以及订阅者模式机制去进行分发。所以一个完整的架构流程如下所示：

到这里我就讲完了如何在 Android 中使用 Rust 了，大家可以尽量去尝试和使用，亲自体验一下 Rust 的魅力！