如何在 Deno 应用程序中调用 Rust 函数?

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如何在 Deno 应用程序中调用 Rust 函数?

云栖号资讯小哥 2020-07-22 15:26:22 浏览744
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要点:

  • Deno 和 Node.js 都在基于 C/C ++ 的运行时上执行 JavaScript 以实现高性能。
  • Deno 是单个二进制应用程序,与 NPM 模块不兼容,并且没有简单的方法能将本机模块合并到应用程序中。
  • WebAssembly 提供了一种在 Deno 应用程序中运行高性能代码的方法。
  • WebAssembly 用于服务端应用程序,是安全、轻便且轻量级的容器。
  • Rust 编译器工具链为 WebAssembly 提供了强大的支持。

备受期待的 Deno 项目不久前发布了 1.0 版本。 Deno 由 Node.js 的创建者之一 Ryan Dahl 发起,解决 Ryan 所认为的“我为 Node.js 感到遗憾的十件事”。

Deno 没有采用 NPM 和臭名昭著的 node_modules。 Deno 是一个单一的二进制可执行文件,运行用 TypeScript 和 JavaScript 编写的应用程序。

但是,尽管 TypeScript 和 JavaScript 适用于大多数的 Web 应用程序,但它们不能满足计算密集型任务,例如神经网络训练和推理、机器学习和密码学。 实际上,Node.js 经常需要使用本地库来执行这些任务(例如,使用 openssl 进行加密)。

如果没有类似 NPM 的系统来合并本机模块,我们如何在 Deno 上编写需要本机性能的服务端应用程序呢? WebAssembly 将提供帮助! 在本文中,我们用 Rust 编写高性能函数,将 Rust 函数编译为 WebAssembly,然后在 Deno 应用程序中运行它们。

TL;DR

在 GitHub 上 clone 或者 fork Deno starter 模板。按照下面的说明进行操作,只需5分钟,就可以在 Deno 中运行 WebAssembly 函数(由 Rust 编写)。

背景知识

Node.js 之所以非常成功,是因为它为开发人员带来了两全其美的优势:JavaScript 的易用性(尤其是基于事件的异步应用程序)以及 C/C ++ 的高性能。 Node.js 应用程序是用 JavaScript 编写的,但是在基于 C / C ++ 的本机运行时中执行,例如,Google V8 JavaScript 引擎和许多本机库模块。 Deno 希望复制此公式以取得成功,但不同的是,Deno 用 TypeScript 和 Rust 支持现代技术堆栈。

Deno 是用 Rust 编写的,基于 V8 的 JavaScript 和 TypeScript 的简单、现代且安全的运行时。 -deno.land网站。

《我对 Node.js 感到遗憾的十件事》这个著名演讲中,Node.js 的创建者 Ryan Dahl 解释了为什么要开始 Deno 并将 Deno 看做 Node.js 的竞争对手甚至替代者。Dahl 的遗憾集中在 Node.js 如何管理第三方代码和模块上。

  • 用于将 C 模块连接到 Node.js 的复杂构建系统。
  • package.json,node_modules,index.js 以及其他 NPM 工件非常复杂,但是这并不是必须的。

因此,Deno 在管理依赖项时做出了一些非常有意识和自觉的选择。

  • Deno 是单个二进制可执行文件。
  • 应用程序使用 TypeScript 或 JavaScript 编写,并且在代码中将依赖关系明确声明为import 语句,并带有完整 URL 连接到依赖关系的源代码。
  • Deno 与 Node.js 模块不兼容。

这很好。但是,需要更高性能的应用程序应该怎么做呢?特别是需要在几秒钟之内执行复杂的神经网络模型的AI即服务应用程序,该如何处理呢? 在 Deno 和 Node.js 中,许多函数都是通过 TypeScript 或 JavaScript API 调用的,但是这些函数都是在用 Rust 或 C 语言编写的本机代码执行。在 Node.js 中,始终可以选择从 JavaScript API 调用第三方的本地库。 但是我们目前无法在 Deno 中执行此操作吗?

Deno 中的 WebAssembly 支持

WebAssembly 是一种轻量级虚拟机,旨在以接近本机的速度执行可移植的字节码。你可以将 Rust 或 C C ++ 函数编译为WebAssembly 字节码,然后从 TypeScript 访问这些函数。对于某些任务,这种方式比执行 TypeScript 编写的等效函数要快得多。例如,IBM 发布的研究发现在某些数据处理算法中使用 Rust 和 WebAssembly ,可以将 Node.js 的执行速度提高 1200% 至 1500% 。

Deno 内部使用 Google V8 引擎。 V8 不仅是 JavaScript 运行时,还是 WebAssembly 虚拟机。 Deno 开箱即用地支持WebAssembly。 Deno 为 TypeScript 应用程序提供了一个API,以调用 WebAssembly 中的函数。

实际上,WebAssembly 中已经实现了一些流行的 Deno 组件。例如,使用 Emscripten 将 sqlite 的 C 源代码编译到 WebAssembly 中来创建 Deno 中的 sqlite 模块。 Deno WASI 组件使 WebAssembly 应用程序可以访问底层操作系统资源,例如文件系统。本文将展示如何在 Rust 和 WebAssembly 中编写高性能 Deno 应用程序。

设置

第一步当然是安装 Deno, 在大多数操作系统中,只需要一行命令

$ curl -fsSL https://deno.land/x/install/install.sh | sh

既然我们要用 Rust 写函数,也需要安装 Rust 语言的编译器与工具.

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

最后,ssvmup 工具自动执行构建过程并生成所有工件,使 Deno 应用程序可以轻松调用 Rust 函数。同样,需要安装 ssvmup 依赖项。

$ curl https://raw.githubusercontent.com/second-state/ssvmup/master/installer/init.sh -sSf | sh

注意:ssvmup 使用 wasm-bindgen 在 JavaScript 和 Rust 源代码之间自动生成“胶水”代码,以便 JavaScript 和 Rust 可以使用各自的本机数据类型进行通信。没有 ssvmup,函数参数和返回值将限于 WebAssembly 本地支持的简单类型(即32位整数)。例如,如果没有 ssvmup 和 wasm-bindgen,则无法使用字符串或数组。

Hello world

首先,让我们看一下Deno 的 hello world 示例,从 GitHub 获取 hello world 源代码和应用程序模板。

Rust 函数位于 src/lib.rs 文件中,只需在输入字符串前加上“ hello” 即可。注意,say() 函数使用#[wasm_bindgen]进行了注释,从而使 ssvmup 可以生成必要的“管道”。基于此,我们可以从 TypeScript 调用 Rust 函数。

#[wasm_bindgen]
pub fn say(s: &str) -> String {
  let r = String::from("hello ");
  return r + s;
}

Deno 应用程序位于 deno / server.ts 文件中。该应用程序从 pkg / functions_lib.js 文件导入 Rust 的 say() 函数,该文件由 ssvmup 工具生成。 functions_lib.js 文件名取决于 Cargo.toml 文件中定义的 Rust 项目名称。

import { serve } from "https://deno.land/std@0.54.0/http/server.ts";
import { say } from '../pkg/functions_lib.js';

type Resp = {
    body: string;
}

const s = serve({ port: 8000 });
console.log("http://localhost:8000/");
for await (const req of s) {
  let r = {} as Resp;
  r.body = say (" World\n");
  req.respond(r);
}

现在,运行 ssvmup 将 Rust 函数构建为 Deno WebAssembly 函数。

$ ssvmup build --target deno

ssvmup 成功完成后,您可以检查 pkg / functions_lib.js文件,了解如何使用 Deno WebAssembly API 执行已编译的 WebAssembly 文件 pkg / functions_lib.wasm。

接下来,运行 Deno 应用程序。 Deno 需要读取文件系统的权限,因为它需要加载 WebAssembly 文件。同时,Deno 也需要访问网络,因为它需要接收和响应 HTTP 请求。

$ deno run --allow-read --allow-net deno/server.ts

现在,在另一个终端窗口中,可以访问 Deno Web 应用程序,通过 HTTP 连接 say hello!

$ curl http://localhost:8000/

hello World

一个复杂的例子

这个入门模板项目包括许多详细的示例,展示了如何在 Deno TypeScript 和 Rust 函数之间传递复杂的数据。这是 src/lib.rs 中其他的 Rust 函数。请注意,它们都用 #[wasm_bindgen]注释。

#[wasm_bindgen]
pub fn obfusticate(s: String) -> String {
  (&s).chars().map(|c| {
    match c {
      'A' ..= 'M' | 'a' ..= 'm' => ((c as u8) + 13) as char,
      'N' ..= 'Z' | 'n' ..= 'z' => ((c as u8) - 13) as char,
      _ => c
    }
  }).collect()
}

#[wasm_bindgen]
pub fn lowest_common_denominator(a: i32, b: i32) -> i32 {
  let r = lcm(a, b);
  return r;
}

#[wasm_bindgen]
pub fn sha3_digest(v: Vec<u8>) -> Vec<u8> {
  return Sha3_256::digest(&v).as_slice().to_vec();
}

#[wasm_bindgen]
pub fn keccak_digest(s: &[u8]) -> Vec<u8> {
  return Keccak256::digest(s).as_slice().to_vec();
}

也许最有趣的是 create_line()函数。这个函数需要两个 JSON 字符串。每个字符串代表一个 Point 结构,并返回一个代表 Line 结构的 JSON 字符串。注意,Point和 Line 结构都使用 Serialize 和 Deserialize 进行了注释,以便 Rust 编译器自动生成必要的代码来支持它们与 JSON 字符串之间的转换。

use wasm_bindgen::prelude::*;
use serde::{Serialize, Deserialize};

#[derive(Serialize, Deserialize, Debug)]
struct Point {
  x: f32,
  y: f32
}

#[derive(Serialize, Deserialize, Debug)]
struct Line {
  points: Vec<Point>,
  valid: bool,
  length: f32,
  desc: String
}

#[wasm_bindgen]
pub fn create_line (p1: &str, p2: &str, desc: &str) -> String {
  let point1: Point = serde_json::from_str(p1).unwrap();
  let point2: Point = serde_json::from_str(p2).unwrap();
  let length = ((point1.x - point2.x) * (point1.x - point2.x) + (point1.y - point2.y) * (point1.y - point2.y)).sqrt();

  let valid = if length == 0.0 { false } else { true };
  let line = Line { points: vec![point1, point2], valid: valid, length: length, desc: desc.to_string() };
  return serde_json::to_string(&line).unwrap();
}

#[wasm_bindgen]
pub fn say(s: &str) -> String {
  let r = String::from("hello ");
  return r + s;
}

接下来,让我们检查一下 JavaScript 程序 deno/test.ts,这显示了如何调用 Rust 函数。String 和 &str 是 JavaScript 中的简单字符串,i32 是数字,而 Vec 或 &[8]是 JavaScript Uint8Array。 JavaScript 对象需要先通过 JSON.stringify() 或 JSON.parse() 才能传入 Rust 函数或从 Rust 函数返回。

import { say, obfusticate, lowest_common_denominator, sha3_digest, keccak_digest, create_line } from '../pkg/functions_lib.js';

const encoder = new TextEncoder();

console.log( say("SSVM") );
console.log( obfusticate("A quick brown fox jumps over the lazy dog") );
console.log( lowest_common_denominator(123, 2) );
console.log( sha3_digest(encoder.encode("This is an important message")) );
console.log( keccak_digest(encoder.encode("This is an important message")) );

var p1 = {x:1.5, y:3.8};
var p2 = {x:2.5, y:5.8};
var line = JSON.parse(create_line(JSON.stringify(p1), JSON.stringify(p2), "A thin red line"));
console.log( line );

运行 ssvmup 构建 Rust 库之后,在 Deno 运行时中运行 deno/test.ts 会产生以下输出:

$ ssvmup build --target deno
... Building the wasm file and JS shim file in pkg/ ...

$ deno run --allow-read deno/test.ts
hello SSVM
N dhvpx oebja sbk whzcf bire gur ynml qbt
246
Uint8Array(32) [
  87, 27, 231, 209, 189, 105, 251,  49,
  ... ...
]
Uint8Array(32) [
  126, 194, 241, 200, 151, 116, 227,
  ... ...
]
{
  points: [ { x: 1.5, y: 3.8 }, { x: 2.5, y: 5.8 } ],
  valid: true,
  length: 2.2360682,
  desc: "A thin red line"
}

接下来是什么?

现在,我们可以创建 Rust 函数,并从 Deno TypeScript 应用程序访问 Rust 函数。接下来,我们可以用 Rust 函数编写计算密集型任务,并通过 Deno 提供高性能和安全的 Web 服务。此类服务的示例包括机器学习和图像识别。

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原文发布时间:2020-07-21
本文作者:Michael_Yuan
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