前言
当我研发Finda时，我非常希望它能够做到快速，最好能在16毫秒内相应所有用户输入。
经过认真研究，我们惊讶地发现Finda是用Electron构建的，该框架经常被批评速度缓慢。
在本文中，我将重点说明如何在充分利用Electron易于打包、可以访问复杂操作系统指定API、针对浏览器的视觉功能等优点的同时，借助Rust来最大限度地减少不可预知的延迟现象和解决内存使用过多问题。
关于设计的注意事项
在深入了解技术细节之前，我们首先要了解Finda自身的设计目标。
Finda支持单一交互：用户输入内容，它就能找到相应的事物，包括浏览器标签、文字编辑器缓冲区、本地文件、浏览器历史记录、打开的窗口等。
演示视频请参考：https://d189ym6tlc5mr2.cloudfront.net/video/2018_02_16_finda_demo.mp4 。
我们最后的目标是，想要让Finda感觉不像是应用程序，更像是Command-Tab（macOS默认应用程序切换工具），只作为操作系统的一部分，在需要时立即出现，在完成相应功能后就可以消失。
过程中无需菜单、窗口、按钮或任何类型的本地用户界面。针对于Finda的互动，我们只需要以下几点：
1、不管在哪个应用程序的界面上，全局快捷方式都可以直接将Finda全屏显示；
2、捕获输入的按键；
3、呈现搜索结果。
在不使用的情况下，Finda应该隐藏在后台。
不使用Electron的替代方案
鉴于上述要求，我重新考虑了我的选项。
Native OS X：我很早就想到了这一方案，其原因有两个：
1、我想要将Finda移植到Windows和Linux上，因为beta测试者在问他们是否可以为他们现有平台购买一个版本。
2、为了使用XCode进行本地开发，我必须升级macOS，这一升级过程几乎肯定会在一定程度上破坏我电脑的环境。
Game-like：我之前曾经基于此方案写过一个像素着色器，经过实际使用，游戏的速度非常快，也许这一方案能够有效。经过研究，我决定尝试使用ggez（ https://github.com/ggez/ggez ），这是一个基于SDL的Rust游戏库，非常棒。
对于我这样图形方面的新手来说，我发现这个API是非常友好的。然而我很快就意识到，恐怕要制作一个完整的应用程序，还是需要相当多的基础工作的。
例如，可以给定文本字符串、字体大小和字体。但是，当用户键入时，Finda将突出显示匹配项：
https://keminglabs.com/blog/building-a-fast-electron-app-with-rust/highlighting.mp4
这就意味着我需要处理多个字体和颜色，并跟踪每个绘制的子字符串的边界框，以设置好所有内容。
除了渲染之外，我发现操作系统集成方面也存在着一些困难点：
1、建立一个没有标题栏、最小化、最大化、关闭按钮的无边框窗口；
2、后台运行应用程序，不在Dock中显示；
3、通过Quartz Event Services（ https://developer.apple.com/documentation/coregraphics/quartz_event_services?language=objc ）获得一个“全局热键”。
关于第三个困难点，在4小时之后，我设法获得了关键代码，但我发现我需要通过单独的一组循环来查找活动键盘映射，于是就放弃了这一想法。
上述都不是真正的“游戏问题”，并且这看起来并不像切换到另一个框架，例如GLUT（OpenGL，https://www.opengl.org/resources/libraries/glut/ ）会比ggez（SDL）要好。
Electron：之前我已经使用Electron构建过应用程序，而且我知道它会符合Finda的要求。浏览器最初是为了布局文本而设计的，Electron提供了广泛的窗口选项（ https://github.com/electron/electron/blob/master/docs/api/browser-window.md ）和全局快捷方式的一行API（ https://github.com/electron/electron/blob/master/docs/api/global-shortcut.md ）。
结构
Electron用语用户界面层，Rust作为二进制执行并处理所有其他内容
当Finda打开，并按下一个键时：
1) 浏览器调用一个文档onKeyDown监听器，该监听器将JavaScript keydown事件翻译为表示事件的普通JavaScript对象，就像是：
{name: "keydown", key: "C-g"}
2) 这个JavaScript对象被传递给Rust（之后会传递更多），Rust返回另一个表示整个应用程序状态的普通JavaScript对象：
{
query: "search terms",
results: [{label: "foo", icon: "bar.png"}, ...],
selected_idx: 2,
show_overlay: false,
...
}
3) 然后将这个JavaScript对象传递给React.js，它使用<divs> 和<ols>将器实际呈现给DOM。
在这个架构中，有两点需要注意：
首先，Electron没有维护任何一种状态。从它的角度来看，整个应用程序都是最近事件的函数。这一点是可能的，因为Rust始终维持Finda的内部状态。
其次，这些步骤发生在每个用户交互（keyup和keydown）过程中。因此，为了满足性能要求，所有三个步骤必须在16ms内完成。
INTEROP
其中比较有趣的是第二个步骤，如果从JavaScript调用Rust，那会是什么样子？
我们使用了Neon库，与Rust共同构建一个Node.js模块。
从Electron角度来看，这就像调用任何其他类型的包装一样：
var Native = require("Native");
var new_app = Native.step({name: "keydown", key: "C-g"});
Rust中这个函数有一些复杂，我们来具体分析一下：
pub fn step(call: Call) -> JsResult<JsObject> {
let scope = call.scope;
let event = &call.arguments.require(scope, 0)?.check::<JsObject>()?;
let event_type: String = event
.get(scope, "name")?
.downcast::<JsString>()
.unwrap()
.value();
JavaScript有几种语义不能完美映射到Rust的语言语义（例如，参数对象和动态变量）。
因此，Neon不会试图将JS调用映射到Rust函数签名，而是将函数传递给一个Call对象，从中可以提取细节。 由于我已经编写了这个函数的调用（JS）端，我知道第一个参数是这里唯一的参数，它是一个JavaScript对象，并且始终有一个与字符串值关联的名称键。
然后，可以使用此event_type字符串将JavaScript对象的“翻译”的其余部分引导至适当的Finda :: Event枚举变量：
match event_type.as_str() {
"blur" => finda::step(&mut app, finda::Event::Blur),
"hide" => finda::step(&mut app, finda::Event::Hide),
"show" => finda::step(&mut app, finda::Event::Show),
"keydown" => {
let s = event
.get(scope, "key")?
.downcast::<JsString>()
.unwrap()
.value();
finda::step(&mut app, finda::Event::KeyDown(s));
}
...
这些分支还会调用finda :: step函数，它将实际更新应用程序状态以响应事件，例如：更改查询并返回相关结果、打开选定结果、隐藏Finda等等。
（我会在以后的博客文章中详细讲解Rust，希望大家继续关注我的博客，或者关注@lynaghk）
在应用程序状态更新之后，它需要返回到Electron端进行渲染。这个过程看起来与其他方案都很相似，但实际是在另一个方向上，它是将Rust数据结构翻译成JavaScript数据结构：
let o = JsObject::new(scope);
o.set("show_overlay", JsBoolean::new(scope, app.show_overlay))?;
o.set("query", JsString::new(scope, &app.query).unwrap())?;
o.set(
"selected_idx",
JsNumber::new(scope, app.selected_idx as f64),
)?;
在这里，我们首先创建JavaScript对象，该对象将返回到Electron并将一些键与某些基本类型相关联。
返回结果（一个对象类型数组）需要更多的限制：数组大小需要事先声明、Rust结构必须明确列举出来。但整体来说，还不算太糟糕：
let rs = JsArray::new(scope, app.results.len() as u32);
for (idx, r) in app.results.iter().enumerate() {
let jsr = JsObject::new(scope);
jsr.set("label", JsString::new(scope, &r.label).unwrap())?;
if let Some(ref icon) = r.icon {
jsr.set("icon", JsString::new(scope, &icon.pathname).unwrap())?;
}
rs.set(idx as u32, jsr)?;
}
o.set("results", rs)?;
最后，在该函数结束时返回JavaScript对象：
Ok(o)
Neon处理所有的细节，并将其传递给JavaScript端的调用者。
性能验证
那么，在实践中它们的性能表现得如何呢？ 在Chrome DevTools的“性能”选项卡（内置于Electron中）中，我们可以看到，这是一个单一keypress的典型曲线：
其中的每个步骤都被标记：1）将按键转换为事件，2）在Rust中处理事件，3）使用React渲染结果。
首选需要注意的是顶部的绿色条，这表明所有这些都在14毫秒之内完成。
其次注意的是Rust的Interop，在其中高亮显示的Native.step()调用仅在不到1毫秒之内就进行完成。
我尝试在查询中添加一个字母，那么这一特殊的keydown事件会导致在Finda中进行如下步骤，而这些步骤都是在1毫秒内完成的：
1、对所有我打开的窗口、Emacs缓冲区、浏览器约20000页标题及URL、~/work/、~/Downloads/和~/Dropbox/文件夹进行正则表达式搜索。
2、根据质量启发式（匹配数量、是否出现在词语边界等）对所有这些结果进行排序。
3、将前50个结果转换为JavaScript并返回。
如果你不相信能有这么快的速度，可以自己下载并尝试。针对不同的事件，其性能数据也有所不同，但这种追踪是非常典型的：Rust需要几毫秒来完成实际工作，大部分时间都是在进行渲染，并且整个JavaScript执行都会在16毫秒内完成。
对性能的继续研究
考虑到这些性能指标，我们可以通过删除React（也可能是整个DOM）来缩短响应时间，而不是使用<canvas>元素手动处理布局并进行渲染。
然而，如果不考虑人类是否能够区分出15毫秒的响应和5毫秒的响应之间的区别，还是存在一些严重的收益递减情况的。很可能有某些低级别的操作系统、图形驱动程序、LCD硬件影响了响应时间。
另外，在Electron中，除了易于使用的内置分析 工具之外，DOM和CSS提供了大量的Runtime延展性。打开Inspector后，就有不同的字体、颜色和间距来区分：https://keminglabs.com/blog/building-a-fast-electron-app-with-rust/devtools.mp4 。
对于像Finda这样的完全数据驱动的应用程序来说，具有视觉剪影和播放的能力至关重要。这样一来，就可以通过在图形设计工具周围推动像素，来实现基于搜索的交互。
对我而言，如果没有Electron和Rust，我就无法制作出Finda的原型并发布。这二者都是非常棒的技术，在此要感谢所有为他们做出贡献的人。
总结
Electron可以轻松构建和分发桌面应用程序，让我摆脱繁琐的字体渲染细节、低级操作系统热键和窗口API。
Rust使得编写过程快速而安全，低级别的数据结构在Rust中就变得很容易，并且我在其引导下，开始以JavaScript/ClojureScript hat的方式来思考内存和性能的相关问题。
最后，我要感谢Nikita Prokopov、Saul Pwanson、Tom Ballinger、Veit Heller、Julia Evans和Bert Muthalaly对本文提出的反馈意见。
原文链接：