基于Electron的桌面端应用开发和实践

news2024/10/7 8:21:00

引言

如果开发跨桌面端的应用开发的话，我相信，electron目前绝对是不可避免的技术方案。web应用大家都知道，通过浏览器访问的应用就是web应用，那什么是桌面端？桌面端有两个重要特点：

  1. 具备独立运行于操作系统上的能力（可以理解为桌面客户端只是PC，通常指的是windows、MacOS、linux这几个主流PC操作系统）
  2. 具有自己的GUI（用户图形界面 graphical user interface）

有人会问？web应用也有自己的GUI，但是它必须在浏览器中执行，因此不是桌面客户端。浏览器能直接运行在操作系统上，而且有自己的GUI，因此浏览器是桌面客户端。

这样大家就理解web应用和桌面端的区别了。

Electron是什么

先简单介绍一下electron。electron是由Github开发的开源框架，现在由OpenJS基金会维护的一个开源项目。它允许开发者使用 HTML、CSS 和 JavaScript 来构建跨平台的桌面应用，而且构建出来的应用，可以很好地兼容 Mac、Windows 和 Linux 这些主流的操作系统。

相对于web开发和传统的桌面端，它集合了一些自己的特点：

● 自动更新 —— 支持应用自动更新，相对于传统的桌面端更加快捷
● 原生菜单和通知 —— 可以创建原生应用菜单和上下文菜单，还有原生的交互通知
● Windows installer —— 可以快速便捷地创建安装包，兼容Mac、windows。
● 调试和分析 —— Chrominum 的内容模块可以发现性能瓶颈和缓慢的操作。你也可以在应用中使用自己喜欢的 Chrome 开发者工具。
● 应用崩溃报告 —— 可以将崩溃报告提交到远程服务器

所以目前来看，虽然是使用了web技术进行开发，但是和web开发稍许有些不同的。

为什么选择Electron

  • 首先，为了跨端，兼容多个平台，不仅仅是操作系统，还有浏览器的内核；
  • 其次，可以快速构建一个桌面应用，可用于快速试错；
  • 然后，也适用于一些效率工具应用，比如有道云笔记，vscode，截屏软件；
  • 最重要的是，省钱，因为原生开发效率低，可以降本增效；

其实，大部分选择 Electron 框架的动机也都是差不多的，无非就是省钱，尤其是在夹缝中生存的微小型企业。

🈶️很多优秀的应用都是使用electron开发的，比如，vscode，atom，github桌面版，语雀桌面版，postman桌面版，支付宝小程序开发工具等等。

Electron架构

Electron的架构可以理解为由三部分构成， 即chromium + nodejs + 原生api

Electron的架构
其中，

Chromium提供强大的UI能力，允许我们在不考虑浏览器兼容性的前提下，利用完整的web生态开发页面。

NodeJS让Electron具备了底层操作能力，比如文件读写、加解密、集成C++模块，支持引用npm包等；

Native API 解决了跨平台的问题，提供了统一的原生界面，比如窗口、托盘，其次是系统能力，比如Notification，最后是应用的基础能力，比如软件更新、系统监控等；

Chromium架构

Chromium架构

这张图来源于chromium官网，比较清晰的表达了Chromium的多进程架构。

我们从几个方面，分析一下Chromium的多进程模式
● 浏览器端（Browser）
● 渲染器端（Render）
● 浏览器和渲染器间的通信方式（IPC）

图上，有Browser，有Render。Browser浏览器端直观上来说，就是打开Chrome后，浏览器的主体（顶级浏览器窗口）。它对应一个单独的进程，Browser进程。该进程一旦挂掉，整个浏览器就会崩溃。一个Render进程，可以看成一个标签页。每个标签页，都对应着自己的Render进程。即使一个标签页挂掉，其他标签页也可以正常运作。

1、Browser
Browser进程可以看成一个指挥调度中心。它负责运行UI和管理标签页（Render）。如消息的派发，IO处理等等。
Browser进程为每个Render的每个RenderView，维护对应的RenderViewHost，管理浏览器状态、渲染器交互。
Browser进程为每个Render维护一个RenderProcessHost，用其来管理对应的RenderViewHost。

2、Render
每个Render进程，持有一个Webkit（现在为Blink）内核对象。持有一个RenderProcess对象。这个对象，与Browser端的RenderProcessHost对应。同样，每个Render持有一个或多个RenderView，它于Browser端的RenderViewHost对应。
RenderProcess管理与浏览器进程间的通信，维护标签页状态。
RenderView代表网页的内容。它的唯一标识为，RenderProcessHost+ViewID。

3、Browser与Render间的通信
Browser与Render间通过IPC通信。
Browser端通过RenderViewHost与特定标签页中的特定内容交互。
RenderViewHost -> RenderProcessHost -> IPC -> RenderProcess -> RenderView

Native API

Electron 分别在主进程和渲染进程提供了大量 API，这里先不用管什么是进程。关于Native API我们需要知道的是，可以通过require语句方便的把这些 API 包含在当前模块使用。

对于NodeJS 上提供的 API，同样也只需要简单的require一下。但是 Electron 提供的 API 只能用于指定进程类型，即某些 API 只能用于渲染进程，而某些只能用于主进程。

例如，app，BrowserWindow就只能用于主进程，ipcRenderer、remote这些只能用于渲染进程。

Native API

另外，图中间的4个 Native api在两个进程中都可以使用，其中深色模块是工作中常用的模块：

● app 模块: 管理应用的生命周期，同时也可以设置app本身的一些属性，如Dock；
● BrowserWindow模块：管理我们的窗口；
● ipcMain 模块：与 ipcRender 进行IPC通信；
● Notification 模块：进行可交互的通知；
● webContents 模块：用来加载具体的页面；
● autoUpdater 模块：更新模块；
● globalShortcut 模块：设置全局的一个快捷键；
● clipboard 模块：读写剪切板；
● cashReporter 模块：监控主进程和渲染进程是否有崩溃；
● remote 模块：可以调用主进程的模块，但不建议使用(注：remote本质上是在基于IPC的一个同步的进程间消息，同步IPC会影响UI渲染。每次get和set操作都会触发，写得不好性能会卡，甚至UI hang掉)；
● desktopCapture 模块：捕获桌面流，通过这个模块可以拿到像系统的截图、屏幕的视频流；

Electron进程

Electron进程
在electron中，进程区分为主进程和渲染进程。

electron 运行 package.json 中的 main 指定的入口脚本的进程称为主进程，一个应用只能有一个主进程。主进程负责的工作主要有：

负责创建、管理渲染进程、控制整个应用的生命周期、启动一个串口、加载index.html等本地文件、应用程序关闭后回收资源、退出程序等工作。

展示 Web 页面的进程被称为渲染进程，一个应用可以有多个渲染进程。渲染进程负责的工作主要有：

负责渲染显示界面、控制用户的交互逻辑、响应用户的交互等工作。也就是说，一个BrowserWindow实例就代表一个渲染进程。如果使用electron做普通的单页应用，你可以理解为就一个渲染进程。而且，当BrowserWindow实例被销毁后，该渲染进程也会跟着销毁。

另外，需要知道的是，在浏览器中 Web 页面是运行在沙盒环境中，无法访问操作系统的原生资源。而 Electron 可以让我们在每一个渲染进程中，使用 Node.js来去访问系统底层。

主进程

一个常见的主进程文件例子，

// main.js文件
const { app, BrowserWindow } = require("electron"); //引入 electron的app和BrowserWindow模块 
let mainWindow;

app.on("ready", () => {
  mainWindow = new BrowserWindow({ width: 800, height: 500 }); // 设置屏幕宽高

  mainWindow.setMenu(null); // 隐藏Chromium菜单
  mainWindow.loadFile("index.html"); // 加载index.html文件
  mainWindow.on("closed", () => {
    mainWindow = null;
  });
});

app.on("window-all-closed", () => {
  /* 在Mac系统用户通过Cmd+Q显式退出之前，保持应用程序和菜单栏处于激活状态。*/
  if (process.platform !== "darwin") {
    app.quit();
  }
});

app.on("activate", () => {
  /* 当dock图标被点击并且不会有其它窗口被打开的时候，在Mac系统上重新建立一个应用内的window。*/
  if (mainWindow === null) {
    createWindow();
  }
});

electron app 中常用的事件时机：

  • ready：即当electron初始化时被触发；
  • window-all-closed：所有窗口被关闭时触发；
  • before-quit：应用程序开始关闭窗口之前触发；
  • will-quit：当所有窗口都已关闭并且应用程序将退出时触发；
  • quit：当应用程序退出时触发；
  • active：当应用被激活时发出；

进程通信：主进程和渲染进程

在Electron中，主进程和渲染进程的通讯可以说是互相关联，也可以说不关联，是处于分支型。非常类似react 组件之间的通信。

进程通信

主进程和渲染进程的通信主要通过 ipcMain 和 ipcRenderer 这两个Native Api。

// 主进程中
ipcMain.on('message', (event,arg)=>{
  	event.sender.send('getMessage', '发送给渲染线程的消息')
})

// 渲染线程中
ipcRenderer.on(getMessage,(event, arg)=>{
  	console.log(arg);
})

进程通信：渲染进程和渲染进程

渲染进程之间是无法直接进行通信的，不过可以通过主进程来间接发送，是不是很像react的子组件之间的状态传递？

// 渲染进程 setting window
const { ipcRenderer } = require('electron')	// 引入ipc
ipcRenderer.send('setting window message', '发送给主线程的消息')



// 主线程中
ipcMain.on('setting window message', (event, arg)=>{
  	console.log(arg);
  	// 指定另一个渲染进程接收 ，这里的目标进程：mainWindow 
	mainWindow.webContents.send('main window message', arg) // 返回一个'顶你个肺'
})



// 渲染进程 main window 
const { ipcRenderer } = require('electron')	// 引入ipc
ipcRenderer.on('main window message', (event, arg)=>{
	// 接收到Main进程返回的消息
	console.log(arg);
})

Electron 安装

在项目中，我们可以直接通过yarn或者npm等包管理工具来安装electron，然后可以通过 -v 查看是否安装成功。

打包的话，我们需要用到另外一个包，electron-builder。

yarn add electron -dev

electron -v  // 查看是否安装成功

yarn add electron-builder -dev

一般，我们可以指定 arch=ia32 来安装32位的electron，这样在 Windows 平台打包都应该要基于32位来打，这样打出来的包在32位和64位都可以用，只需维护一套即可。

yarn add --arch=ia32 --platform=win32 electron

React + Electron

我使用的前端脚手架是基于umi来搭建的，所以我在此基础之上进行了拓展。

umi 脚手架似乎没有官方内置的 electron 插件，因此使用了umi-plugin-electron-builder来快捷配置 electron。这个插件会自动帮你生成模板配置，十分方便。

⚠️需要注意的是，这个插件仅支持umi3版本。

$ yarn add umi-plugin-electron-builder --dev

安装插件之后，执行 umi dev electron 会生成相关文件，主进程文件 src/main/main.ts，然后会在package.json中增加入口配置。

打包配置，则需要我们手动在 .umirc.ts文件中配置，

  electronBuilder: {
    routerMode: 'hash', // 路由 只能是hash或memory
    outputDir: 'dist_electron', // 默认打包目录
    externals: [], // 不配置的无法使用
    rendererTarget: 'electron-renderer', // 构建目标electron-renderer 或 web
    builderOptions: {
      productName: 'electron-react-demo', // 项目名，也是生成的安装文件名，即electron-react-demo.exe
      appId: 'cc.yichen.electron-react-demo', // 包名
      copyright: 'Copyright © 2022-present 逸尘', // 版权信息
      nsis: {
        // https://www.electron.build/configuration/nsis
        oneClick: false, // 是否一键安装
        allowElevation: true, // 允许请求提升。 如果为false，则用户必须使用提升的权限重新启动安装程序。
        allowToChangeInstallationDirectory: true, // 允许修改安装目录
        installerIcon: './build/icons/icon.ico', // 安装图标
        uninstallerIcon: './build/icons/icon.ico', // 卸载图标
        installerHeaderIcon: './build/icons/icon.ico', // 安装时头部图标
        createDesktopShortcut: true, // 创建桌面图标
        createStartMenuShortcut: true, // 创建开始菜单图标
        shortcutName: 'electron-react-demo', // 图标名称
      },
      win: {
        // win exe 相关配置，
        icon: './build/icons/icon.ico',
        artifactName: '${productName}-v${version}-win32-setup.${ext}',
        target: [
          {
            target: 'nsis', // 利用nsis制作安装程序
            arch: [
              // 这个意思是打出来32 bit + 64 bit的包，但是要注意：这样打包出来的安装包体积比较大，所以建议直接打32的安装包。
              // "x64",
              'ia32',
            ],
          },
        ],
      },
      mac: {
        // mac pkg 配置项
        icon: './build/icons/icon.icns',
        artifactName: '${productName}-v${version}-mac.${ext}',
      },
      dmg: {
        // macOS dmg镜像 配置项，https://www.electron.build/configuration/dmg
        contents: [
          // 自定义图标位置。x 和 y坐标是指图标中心的位置（1x比例），不考虑标签
          {
            x: 410,
            y: 150,
            type: 'link',
            path: '/Applications',
          },
          {
            x: 130,
            y: 150,
            type: 'file',
          },
        ],
      },
      linux: {
        icon: './build/icons',
        artifactName: '${productName}-v${version}-linux.${ext}',
      },
      publish: [
        {
          provider: 'generic',
          url: '',
        },
      ],
    },
  },

关于项目打包，可以配置如下命令：

# windows
umi build electron --win

# mac
umi build electron --mac

# linux
umi build electron --linux

# windows 按平台打包
umi build electron --win --ia32    //32位
umi build electron --win --x64     //64位
umi build electron --win --armv7l  //arm32位
umi build electron --win --arm64   //arm64位

Vue + Electron

首先需要下载安装electron 和 vue-cli-plugin-electron-builder

yarn add electron --dev

yarn add vue-cli-plugin-electron-builder --dev

然后，这个插件我们需要手动去配置修改package.json，加入主进程文件background.js。以及，在 package.json 中配置启动项命令和打包命令，

    "electron:build": "vue-cli-service electron:build",
    "electron:build:mac": "vue-cli-service electron:build --macos",
    "electron:build:win64": "vue-cli-service electron:build --windows --x64",
    "electron:build:win32": "vue-cli-service electron:build --windows --ia32",
    "electron:serve": "vue-cli-service electron:serve",

打包配置，则需要我们手动在 vue.config.js文件中配置，


  pluginOptions: {
    electronBuilder: {
      // electron 构建配置
      builderOptions: {
        productName: 'electron-vue-demo', // 项目名，也是生成的安装文件名，即electron-vue-demo.exe
        appId: 'cc.yichen.electron-vue-demo', // 包名
        copyright: 'Copyright © 2022-present Yichen', // 版权
        nsis: {
          oneClick: false, // 是否一键安装
          allowElevation: true, // 允许请求提升。 如果为false，则用户必须使用提升的权限重新启动安装程序。
          allowToChangeInstallationDirectory: true, // 允许修改安装目录
          installerIcon: './build/icons/icon.ico', // 安装图标
          uninstallerIcon: './build/icons/icon.ico', // 卸载图标
          installerHeaderIcon: './build/icons/icon.ico', // 安装时头部图标
          createDesktopShortcut: true, // 创建桌面图标
          createStartMenuShortcut: true, // 创建开始菜单图标
          shortcutName: 'electron-vue-demo' // 图标名称
        },
        dmg: {
          // macOSdmg
          contents: [
            {
              x: 410,
              y: 150,
              type: 'link',
              path: '/Applications'
            },
            {
              x: 130,
              y: 150,
              type: 'file'
            }
          ]
        },
        mac: {
          // mac
          icon: './build/icons/icon.icns',
          artifactName: '${productName}-v${version}-mac.${ext}'
        },
        win: {
          // win 相关配置
          icon: './build/icons/icon.ico',
          artifactName: '${productName}-v${version}-win32-setup.${ext}',
          target: [
            {
              target: 'nsis', // 利用nsis制作安装程序
              arch: [
                // 这个意思是打出来32 bit + 64 bit的包，但是要注意：这样打包出来的安装包体积比较大，所以建议直接打32的安装包。
                // 'x64', // 64位
                'ia32' // 32位
              ]
            }
          ]
        }
      }
    }
  }

Electron & web 开发

ok，到这里，稍微总结一下，Electron相对于web开发的区别，主要体现在四个方面：

  • 第一，主进程与渲染进程；
  • 第二，进程间的通信；
  • 第三，需要用到很多原生能力；
  • 第四，可以较大程度上释放前端的想象里，跳出浏览器的一些限制，能做的事情更多；

解决跨域问题的三种方式：

  1. 关闭web安全性，webSecurity；
  2. 使用NodeJS发送请求；
  3. 使用Electron net API发送请求；

这些都不会被浏览器的跨域请求所影响，而且可以做到请求的时候少一个option请求，也不会被浏览器同域名6个请求所限制住。

问题与挑战

除了上述的一些优势，electron也带来了一些问题和挑战。

  1. 应用端开发有一个很重要特点，就是它的发布频率更低，我们又有非常多的 Web 业务要集成，对代码质量要求会更高；
  2. 其次，要面对渲染进程和主进程的交互，以及非常多的系统交互，排查问题的链路更长；
  3. 最后，因为包是在用户的系统上，我们也会面临更多的安全性要求。

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