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从 Electron 架构出发，深究 Electron 跨端原理 | 多图详解

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我正在参加跨端技术专题征文活动，详情查看：juejin.cn/post/710123…

前言

Electron 是使用 JavaScript，HTML 和 CSS 构建跨平台的桌面应用程序的框架，可构建出兼容 Mac、Windows 和 Linux 三个平台的应用程序。

一个跨端框架的设计，有三个问题需要考虑，分别是 UI 渲染、原生 API 以及客户端构建方式。Electron 是如何解决上述问题的呐？

Electron 的跨端原理并不难理解：它通过集成浏览器内核，使用前端的技术来实现不同平台下的渲染，并结合了 Chromium 、Node.js 和用于调用系统本地功能的 API 三大板块。

从 Electron 架构出发，深究 Electron 跨端原理 | 多图详解

  • Chromium 为 Electron 提供强大的 UI 渲染能力，由于 Chromium 本身跨平台，因此无需考虑代码的兼容性。最重要的是，可以使用前端三板斧进行 Electron 开发。
  • Chromium 并不具备原生 GUI 的操作能力，因此 Electron 内部集成 Node.js，编写 UI 的同时也能够调用操作系统的底层 API，例如 path、fs、crypto 等模块。
  • Native API 为 Electron 提供原生系统的 GUI 支持，借此 Electron 可以调用原生应用程序接口。

总结起来，Chromium 负责页面 UI 渲染，Node.js 负责业务逻辑，Native API 则提供原生能力和跨平台。

上面粗略讲解了 Electron 的跨端原理，下面我们来深究一下。

Chromium 架构

JavaScript 是单线程语言，但浏览器是多线程的，Chromium 作为 Chrome 的实验版，自然也是基于多线程工作机制。(图源: Chromium 官网)

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Chromium 的多进程模式主要由三部分组成: 浏览器端(Browser)、渲染器端(Render)、浏览器与渲染器的通信方式(IPC)

1.浏览器进程

浏览器进程 Browser 只有一个，当 Chrome 打开时，进程启动。浏览器为每个渲染进程维护对应的 RenderProcessHost，负责浏览器与渲染器的交互。RenderViewHost 则是与 RenderView 对象进行交互，渲染网页的内容。浏览器与渲染器通过 IPC 进行通信。

2.渲染进程管理

每个渲染进程都有一个全局 RenderProcess 对象，可以管理其与父浏览器进程之间的通信，并维护其全局状态。

3.view 管理

每个渲染器可以维护多个 RenderView 对象，当新开标签页或弹出窗口后，渲染进程就会创建一个 RenderView，RenderView 对象与它在浏览器进程中对应的 RenderViewHost 和 Webkit 嵌入层通信，渲染出网页网页内容(这里是我们日常主要关注的地方)。

Electron 架构解析

Electron 架构参考了 Chromium 的多进程架构模式，即将主进程和渲染进程隔离，并且在 Chromium 多进程架构基础上做一定扩展。

将上面复杂的 Chromium 架构简化:

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Chromium 运行时由一个 Browser Process，以及一个或者多个 Renderer Process 构成。Renderer Process 负责渲染页面 Web ，Browser Process 负责管理各个 Renderer Process 以及其他功能(菜单栏、收藏夹等)

下面我们看一下啊 Electron 架构有那些变化？

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Electron 架构中仍然使用了 Chromium 的 Renderer Process 渲染界面，Renderer Process 可以有多个，互相独立不干扰。由于 Electron 为其集成了 Node 运行时，Renderer Process 可以调用 Node API。主要负责: 利用 HTML 和 CSS 渲染页面；利用 JavaScript 实现页面交互效果。

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相较于 Chromium 架构，Electron 对 Browser 线程做了很多改动，将其更改名 Main Process，每个应用程序只能有一个主线程，主线程位于 Node.js 下运行，因此其可以调用系统底层功能。其主要负责：渲染进程的创建；系统底层功能及原生资源的调用；应用生命周期的控制(包裹启动、推出以及一些事件监听)

从 Electron 架构出发，深究 Electron 跨端原理 | 多图详解

经过上面的分析，Electron 多进程的系统架构可以总结为下图:

从 Electron 架构出发，深究 Electron 跨端原理 | 多图详解

可以发现，主线程和渲染线程都集成了 Native API 和 Node.js，渲染线程还集成 Chromium 内核，成功实现跨端开发。

Node 与 Chromium

Node 的事件循环与浏览器的事件循环有明显不同，Chromium 既然是 Chrome 的实验版，自然与浏览器实现相同。

Node 的事件循环基于 libuv 实现，而 Chromium 基于 message bump 实现。主线程只能同时运行一个事件循环，因此需要将两个完全不同的事件循环整合起来。

有两种解决方案:

  • 使用 libuv 实现 message bump 将 Chromium 集成到 Node.js
  • 将 Node.js 集成到 Chromium

Electron 最初的方案是第一种，使用 libuv 实现 message bump，但不同的 OS 系统 GUI 事件循环差异很大，例如 mac 为 NSRunLoop，Linux 为 glib，实现过程特别复杂，资源消耗和延迟问题也无法得到有效解决，最终放弃了第一种方案。

Electron 第二次尝试使用小间隔的定时器来轮询 GUI 事件循环，但此方案 CPU 占用高，并且 GUI 响应速度慢。

后来 libuv 引入了 backend_fd 概念，backend_fd 轮询事件循环的文件描述符，因此 Electron 通过轮询 backend_fd 来得到 libuv 的新事件实现 Node.js 与 Chromium 事件循环的融合(第二种方案)。

下面这张 PPT 完美的描述了上述过程(图源:Electron: The Event Loop Tightrope - Shelley Vohr | JSHeroes 2019)

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参考链接

后语

我是 战场小包 ，一个快速成长中的小前端，希望可以和大家一起进步。

一路加油，冲向未来!!!

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转载自:https://juejin.cn/post/7103337772424888356
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