如何为Electron应用开发原生模块

大家都知道JAVAScript无论是在浏览器中运行、还是在Node.js中运行都是单线程运行的，所以并不适合在处理一些CPU密集型任务。但是Node.js允许开发者使用C、C++等语言开发像普通的Node.js模块一样通过require()函数加载的原生模块。因为Electron内置Node.js，这样就使得Electron同样具备了相同的能力。

在实际业务场景中，也有一些现成的C/C++项目，在Node.js项目中直接复用可以节约很多开发成本。

本文将探讨如何在Electron应用中开发原生模块，以扩展应用的功能和性能。

搭建原生模块开发环境

在目前的原生模块开发中，一般都是基于Node-Api进行开发。

Node-Api是什么呢？

Node-API（Node Application Programming Interface）是一个用于编写跨平台原生插件的封装层。它提供了一组稳定的 C/C++ 函数，使开发者可以编写与 Node.js 运行时环境兼容的原生插件。通过使用 Node-API，开发者可以消除由于 Node.js 版本变化而引起的插件不兼容的问题，并且能够更方便地编写和维护跨平台的原生模块。

理解一下就是我们无需为不同版本的Node.js编译不同版本的原生模块。不同版本的 Node.js 使用同样的接口为原生模块提供服务，这些接口是 ABI 化的，只要 ABI 的版本号一致，编译好的原生模块就可以直接使用，而不需要重新编译。

ABI 化是指将软件接口转化为应用程序二进制接口（Application Binary Interface）的过程。在编程中，ABI 化的目标是确保在不同编译器、操作系统以及硬件平台之间的二进制兼容性。通过将接口规范化为二进制标准，不同模块或程序可以相互调用和交互，而无需关心具体实现细节和底层平台差异。Node-API 的设计就是为了实现跨版本和跨平台的 ABI 兼容性，以便 C/C++ 模块能够在不同的 Node.js 环境中无需重新编译即可运行。

Node-API有哪些开发方式？

基于 Node-API 的原生模块开发可以使用 C 语言或者基于 node-addon-api 项目使用 C++ 语言的两种方式。

1. 基于C语言开发：由于受众为前端开发者，C语言的编程复杂度高、开发效率较低，开发过程可能较为繁琐。
2. 基于 node-addon-api项目开发：相对于纯 C 语言开发，C++ 提供了更多的高级特性和工具，开发效率相对较高。node-addon-api 项目提供了一组方便的 C++ API 封装，简化了与 Node-API 的交互过程，减少了部分底层操作。

接下来我们就基于这个项目来开发一个 Electron 的原生模块。

1. 安装 Node.js：首先，确保您已经安装了 Node.js，可以从 Node.js 官网下载并安装适合您操作系统的版本。
2. 需要全局安装 node-gyp，它是专门为构建开发、编译原生模块环境而生的跨平台命令行工具。

npm install -g node-gyp

3. 创建空项目目录：创建一个新的项目目录，作为原生模块的开发目录。
4. 初始化 npm 项目：进入项目目录，打开终端，并运行以下命令初始化 npm 项目。

npm init

5. 根据提示，设置项目的名称、版本等信息。
6. 安装 node-addon-api：运行以下命令安装 node-addon-api 模块：

npm install node-addon-api --save-dev

以上就已经搭建好了基本的原生模块开发环境，接下来通过一个简单的例子，来实现一个访问系统文件的原生模块带大家了解一下开发流程。

开发原生模块访问系统文件并读取文件内容

开发原生模块需要熟悉C++编程和Node.js的C/C++扩展开发，涉及一些底层的编程和跨平台的知识。这里的例子较为简单，方便大家理解。

1. 创建 C++ 文件：在项目目录下创建一个 C++ 源文件，例如 filesystem.cpp，并添加以下代码内容：

#include <napi.h>
#include <IOStream>
#include <fstream> 

Napi::String ReadFile(const Napi::CallbackInfo& info) { 

    Napi::Env env = info.Env(); 

    // 读取文件路径参数 
    std::string filePath = info[0].As<Napi::String>().Utf8Value(); 

    // 打开文件并读取内容 std::ifstream file(filePath);
    std::string content((std::istreambuf_iterator<char>(file)), std::istreambuf_iterator<char>());
    file.close();

    // 将内容转换为 Napi::String 返回 
    return Napi::String::New(env, content); 
} 

Napi::Object Init(Napi::Env env, Napi::Object exports) { 
    exports.Set("readFile", Napi::Function::New(env, ReadFile));
    return exports; 
}
NODE_API_MODULE(addon, Init)

上述代码定义了一个 ReadFile 函数，它接受一个文件路径参数，并返回文件的内容。

NODE_API_MODULE是Node-API 提供的一个重要的宏，用于在 C++ 中定义 Node.js 原生模块的入口点，创建一个模块初始化函数，并将此函数暴露给 Node.js 运行时。

使用 NODE_API_MODULE 定义原生模块的入口点，可以让开发者以 C++ 的方式编写模块的初始化、导出函数、属性等，并与 Node.js 运行时进行交互。并可以在 Node.js 中加载和使用。

Init 函数是模块的初始化函数，用于在模块加载时注册和导出相应的函数、属性等。然后，通过 NODE_API_MODULE 将 Init 函数暴露给 Node.js 运行时，并指定模块的名字为 "addon"。

2. 创建 binding.gyp 文件：在项目目录中创建一个名为 binding.gyp 的文件，并添加以下内容：

{ 
    "targets": [ 
        { 
            "target_name": "filesystem", 
            "sources": ["filesystem.cpp"]
        }
}

binding.gyp 是一个用于配置 Node.js 原生模块构建过程的项目文件。它采用了 JSON 格式，并使用特定的语法来定义编译选项、依赖项和源文件等信息。通过编辑 binding.gyp 文件，可以指定编译器和链接器的选项，添加所需的依赖库，并确定要编译的源文件。

编译原生模块

在构建编译原生模块时，需要使用 node-gyp ，它会读取 binding.gyp 文件并根据其内容进行编译操作。node-gyp 提供了一个简化的构建流程，使得开发人员能够轻松地配置和构建原生模块。

使用以下命令构建该模块。

$ node-gyp configure 
$ node-gyp build

运行上述命令将生成一个名为 build/Release/filesystem.node 的编译好的原生模块文件。

接下来，就可以在任何 Node.js 文件中使用该模块：创建一个名为 app.js 的 JavaScript 文件，并添加以下代码

const addon = require('./build/Release/filesystem.node'); 

const filePath = '/path/to/file.txt'; 

const content = addon.readFile(filePath); 

console.log(content);

上述代码使用 require 导入原生模块，然后调用 readFile 函数读取指定文件的内容，并输出到控制台。

总结

在 Electron 应用中，使用和开发原生模块可以为前端开发同学提供更广阔的可能性；能够利用操作系统级别的功能来提升应用的性能。

那么有同学就会有疑问，除了自己开发原生模块还有什么方案可以给Electron应用提供更广泛的功能扩展，包括底层系统功能的访问、高性能计算呢？

当然有，在日常开发中，可以使用动态链接库（Dynamic Link Library，DLL）进行扩展功能的模块化。使用动态链接库可以使用更多的语言和框架进行开发，适合不同开发者的需求。比如，一个go开发者也可以给我们提供一个动态链接库供Electron调用，也可以将go代码打包成不同平台的文件供其他平台调用，更适合独立功能各个平台使用的场景。原生模块则更专注于为 Node.js 和 Electron 应用程序提供特定功能的开发。

在实际应用中，可根据具体需求和开发团队的技术栈来选择合适的方式，结合动态链接库和原生模块来扩展 Electron 应用程序的功能。

参考链接

• Electron桌面应用开发：https://juejin.cn/book/7152717638173966349?enter_from=course_center&utm_source=course_center
• node-gyp 实现 nodejs 调用 C++：https://juejin.cn/post/6844903971220357134?searchId=20231214152519329167E9F0AB744365BF