Rust 語言的應用已不再侷限於傳統的系統程式設計，其安全、高效的特性使其在網頁開發、嵌入式系統、雲端運算和區塊鏈等領域嶄露頭角。伺服器端渲染網站開發中，Rust 框架如 Actix-web、Axum 和 Rocket 提供了高效能的解決方案。在行動裝置應用開發方面，Rust 能夠與 Java/Kotlin 和 Objective-C/Swift 等語言互動，開發高效能的原生應用程式。嵌入式系統開發中，Rust 的 embedded-hal 提供了硬體抽象層，方便開發可攜式驅動程式和韌體。雲端服務供應商如 AWS 也開始採用 Rust 開發核心服務，例如 Firecracker VM 和 Bottlerocket 等，提升了服務的效能和安全性。區塊鏈領域，Rust 也被用於開發新的區塊鏈平台和智慧合約，例如 Solana 和 NEAR Protocol 等。
使用 Rust 的更多可能性
新的開始
我們已經一起踏上了 Rust 這個精彩的世界。我們學習瞭如何建立 CLI、GUI、網頁應用程式前端、REST API、使用 AWS 的無伺服器網站、遊戲、控制硬體的程式以及機器學習模型。接下來你可以採取什麼步驟？你還可以使用 Rust 建立哪些令人興奮的應用程式？我們將簡要介紹一些本文未涵蓋的其他領域。
伺服器端渲染網站
在前面的章節中，你學習瞭如何在 Rust 中建立單頁應用程式（SPA）前端和 REST API。這種組合，有時被稱為客戶端渲染，是目前現代網頁開發中最流行的架構。然而，有一種較舊的動態網站架構稱為伺服器端渲染，仍然可行且在某些地方重新受到青睞。在伺服器端渲染的網站中，後端負責構建 HTML 並將其傳送回前端。伺服器端渲染仍然具有多種優勢：
- 簡單性：對於簡單的網站，使用者介面（HTML 和 CSS）與商業邏輯寫在同一個地方。前端也不需要向後端發出複雜的 API 請求來接收資料。
- 效能：由於瀏覽器直接從後端接收 HTML，因此不需要等待 JavaScript 載入並等待 JavaScript 渲染螢幕。這樣可以提高效能。雖然一些使用同構渲染的框架也可以加速客戶端渲染頁面的效能，但這會增加複雜度，而保持程式碼函式庫簡單通常是更好的選擇（目前還沒有可供生產使用的 Rust 程式函式庫）。
- 搜尋引擎最佳化（SEO）：搜尋引擎使用稱為爬蟲的程式來掃描網頁並建立搜尋索引。一些爬蟲可能無法執行 JavaScript，因此伺服器端渲染的網站對瀏覽器引擎爬蟲更友好。如今，主要的搜尋引擎都具備處理客戶端渲染網站的能力，但在設計新網站時仍需要考慮 SEO。
你可以在第五章中使用的 actix-web 框架用於伺服器端渲染。其他支援伺服器端渲染的框架包括 Axum 和 Rocket。
網頁瀏覽器與爬蟲
當人們討論網頁的前端和後端時，他們經常忽略了中間的部分：網頁瀏覽器。人們之所以經常忽略它，是因為市場上只有少數瀏覽器可用，因此它們被視為理所當然。你可能會反駁說，維基百科上有數百種瀏覽器，但事實上，大多數現代瀏覽器都由三種瀏覽器引擎驅動：
- Blink：驅動 Chromium、Google Chrome、Microsoft Edge 和 Opera
- Gecko：驅動 Firefox
- WebKit：驅動 Safari
Rust 的歷史與瀏覽器引擎密切相關。從頭開始用 Rust 編寫的瀏覽器引擎原型稱為 Servo。Servo 是歷史上最重要的 Rust 專案之一。Servo 專案始於 2012 年，現在大約有 260 萬行程式碼（並非全部都是 Rust，但仍然令人印象深刻）。Servo 最初是 Mozilla 的研究專案。2017 年，Servo 的 CSS 引擎成熟並被合併到 Gecko 中，即 Mozilla 的 Firefox 瀏覽器引擎。Servo 的渲染元件 WebRender 後來也被整合到 Firefox 中。因此，如果你現在正在使用 Firefox，你也在執行大量的 Rust 程式碼。
Servo 對 Rust 本身產生了重大影響。這兩個專案分享一些核心開發人員，核心貢獻者之間密切合作，因為它們都是在 Mozilla Research 下啟動的研究專案。Servo 的許多需求推動了 Rust 新功能的開發，Rust 的設計也對 Servo 的架構產生了重大影響。如果你對在大規模專案中看到 Rust 感興趣，Servo 絕對是一個值得深入研究的專案。2020 年，Servo 專案從 Mozilla 轉移到 Linux Foundation。
作為 Rust 在網頁瀏覽器中成功的證明，Chromium 專案決定正式支援從其 C++ 程式函式庫呼叫 Rust 程式碼。
瀏覽器是為人類設計的。然而，還有很多其他程式也會消耗網頁內容。這些程式通常被稱為網頁爬蟲、抓取工具或蜘蛛。它們會「爬行」網頁並從中提取資訊。例如，當你想要比較不同電子商務網站上的價格，但這些網站不提供 API 時，我們可以使用爬蟲來爬行它們的網頁並從 HTML 中提取價格資訊。有一些框架可以用於建立網頁爬蟲，例如 spider 和 website-crawler。如果你想要對爬行和解析過程進行更精細的控制，可以使用 reqwest 函式庫。
使用 Plantuml 圖表呈現瀏覽器引擎架構
@startuml
skinparam backgroundColor #FEFEFE
skinparam componentStyle rectangle
title Rust 應用程式開發探索無限可能
package "安全架構" {
package "網路安全" {
component [防火牆] as firewall
component [WAF] as waf
component [DDoS 防護] as ddos
}
package "身份認證" {
component [OAuth 2.0] as oauth
component [JWT Token] as jwt
component [MFA] as mfa
}
package "資料安全" {
component [加密傳輸 TLS] as tls
component [資料加密] as encrypt
component [金鑰管理] as kms
}
package "監控審計" {
component [日誌收集] as log
component [威脅偵測] as threat
component [合規審計] as audit
}
}
firewall --> waf : 過濾流量
waf --> oauth : 驗證身份
oauth --> jwt : 簽發憑證
jwt --> tls : 加密傳輸
tls --> encrypt : 資料保護
log --> threat : 異常分析
threat --> audit : 報告生成
@enduml此圖示展示了主要的瀏覽器引擎及其驅動的瀏覽器。
爬蟲框架的選擇
在選擇爬蟲框架時，需要考慮多個因素，例如目標網站的複雜度、所需資料的型別以及效能需求。以下是一些常見的爬蟲框架：
- spider：一個簡單易用的爬蟲框架，支援多種資料提取方式。
- website-crawler：一個功能強大的爬蟲框架，支援多執行緒和分散式爬取。
爬蟲框架比較
| 框架 | 簡單度 | 功能 | 效能 |
|---|---|---|---|
| spider | 易用 | 多種資料提取方式 | 良好 |
| website-crawler | 複雜 | 多執行緒和分散式爬取 | 優秀 |
程式碼範例：使用 reqwest 函式庫進行 HTTP 請求
use reqwest;
async fn fetch_data(url: &str) -> Result<String, reqwest::Error> {
let response = reqwest::get(url).await?;
let body = response.text().await?;
Ok(body)
}
#[tokio::main]
async fn main() {
let url = "https://example.com";
match fetch_data(url).await {
Ok(data) => println!("Fetched data: {}", data),
Err(err) => println!("Error fetching data: {}", err),
}
}
內容解密：
reqwest函式庫用於進行 HTTP 請求。fetch_data函式是非同步的，使用reqwest::get傳送 GET 請求。response.text().await?用於讀取回應的主體內容。- 在
main函式中，使用tokio::main宏啟用非同步執行。 fetch_data函式被呼叫，並處理可能的錯誤。
這個範例展示瞭如何使用 reqwest 函式庫進行 HTTP 請求，並處理回應資料。
使用 Rust 開發行動裝置應用程式
在前面的章節中，我們討論瞭如何為桌面環境建立 GUI。然而，並未探討如何為行動裝置（即應用程式）建立使用者介面。目前的主流行動裝置平台為 Google 的 Android 和 Apple 的 iOS。Android 應用程式主要使用 Java 或 Kotlin 開發，而 iOS 應用程式則使用 Objective-C 或 Swift。
在 Android 上使用 Rust
要在 Android 上使用 Rust，需要經過以下步驟：
- 安裝 Android Studio：這是官方的 Android 應用程式開發環境，包含了 Android SDK。
- 安裝 Android NDK：這個工具包允許我們將 Rust 編譯成可以在 Android 上執行的函式庫，並且可以與 Java/Kotlin 互動。
- 使用 rustup 安裝 Android 目標平台：例如
armv7-linux-androideabi。 - 建立 Rust 函式庫專案並編譯成函式庫檔案：需要透過 JNI（Java Native Interface）將 Rust 程式碼暴露給 Java。可以使用
jnicrate 來簡化這個過程。 - 將 Rust 函式庫匯入到 Java/Kotlin 的 Android 應用程式專案中，並在 Java/Kotlin 程式碼中呼叫該函式庫。
程式碼範例：建立 Rust 函式庫
// lib.rs
use jni::JNIEnv;
use jni::objects::{JClass, JString};
use jni::sys::jsize;
#[no_mangle]
pub extern "system" fn Java_com_example_myapp_MainActivity_greeting(
env: JNIEnv,
_class: JClass,
input: JString
) -> jsize {
// 將 JString 轉換為 Rust 的 String
let input: String = env.get_string(input).unwrap().into();
// 簡單的問候語邏輯
let output = format!("Hello, {}!", input);
// 將輸出轉換為 JString 並傳回其長度
let output = env.new_string(output).unwrap();
output.into_raw() as jsize
}
內容解密：
- 使用
jnicrate：首先，我們需要引入jnicrate，它提供了與 JNI 互動的功能。 Java_com_example_myapp_MainActivity_greeting函式：這個函式是給 Java 呼叫的入口點。它的名稱遵循特定的格式，以便 Java 可以透過 JNI 找到它。- 引數處理：函式接收
JNIEnv、JClass和JString作為引數。JNIEnv是 JNI 環境的參照，用於進行 JNI 操作；JClass是當前類別的參照，在這裡沒有被使用；JString是從 Java 傳遞過來的字串。 - 字串轉換：將
JString轉換為 Rust 的String，進行簡單的問候語處理後，再轉換回JString。 - 傳回結果：最終，將處理後的字串長度傳回給 Java。
在 iOS 上使用 Rust
在 iOS 上使用 Rust 的步驟與 Android 類別似，主要區別在於使用的工具和介面不同。
- 安裝 Xcode：這是官方的 iOS 應用程式開發環境。
- 使用 rustup 安裝 iOS 目標平台：例如
armv7-apple-ios。 - 建立 Rust 函式庫專案並編譯成函式庫檔案：需要生成 C 風格的標頭檔案，以便 iOS 可以像呼叫 C 函式庫一樣呼叫 Rust 函式庫。
- 將 Rust 函式庫匯入到 Xcode 專案中，並在 Objective-C/Swift 程式碼中呼叫該函式庫。
使用 Tauri 建立跨平台應用程式
Tauri 提供了一個引擎，可以執行根據 JavaScript 和 WASM 的 UI，不僅可以在桌面環境，也可以在行動裝置上執行。利用 Tauri，可以將原本使用 WebAssembly 編寫的單頁網頁應用程式，稍加修改後轉換成桌面或行動裝置應用程式。
嵌入式系統與作業系統
在第8章的結尾，我們提到了在硬體層級上可以做的遠不止是讓LED燈閃爍。由於硬體平台和周邊裝置的種類別繁多，從零開始為每個平台編寫裸機Rust程式幾乎是不可能的。幸運的是，在不同的層級上已經定義了一些軟體抽象層。最底層是周邊存取程式函式庫（peripheral-access crates），它們包含了微控制器的暫存器定義和低階細節。在其上層，是embedded-hal層。「-hal」字尾代表硬體抽象層（Hardware Abstraction Layer）。embedded-hal是一組特性（traits），定義了特定的HAL實作和驅動程式之間的硬體無關介面。驅動程式可以根據embedded-hal特性編寫，而不必擔心硬體特定的細節。這使得開發者可以在這個抽象層上建立可攜式的驅動程式、韌體和應用程式。你可以在crates.io上搜尋關鍵字「embedded-hal」或「embedded-hal-impl」來找到許多embedded-hal程式函式庫及其實作。
在embedded-hal之上，有驅動程式函式庫（driver crates）和板級支援程式函式庫（board-support crates）。驅動程式函式庫為特定的裝置類別（如感測器、資料機、LCD控制器等）提供平台無關的支援。板級支援程式函式庫則為特定的開發板提供支援。
許多Rust開發者也接受了用Rust建立或擴充套件作業系統的挑戰。其中一個相對成熟的作業系統是Redox OS（圖10-1），它採用了微核心架構。目前已經有GUI和一些有用的應用程式在其上執行。還有Tock，它針對的是具有低記憶體和低功耗限制的物聯網（IoT）裝置。另一個最近的低階開源Rust-based OS是Oxide Computer Company開發的Hubris。最後（也可能是最重要的），Rust已經成為繼C之後第一個被加入Linux核心的語言，從編寫驅動程式開始。
使用Rust進行作業系統開發
有多個使用Rust開發的作業系統，例如用於教學目的Blog OS，還有一些較不活躍的作業系統採用了根據語言的方法，也就是專注於建立一個能夠執行Rust程式的最小作業系統。
雲端運算
在第6章中，你使用Rust在AWS雲端建立了一個應用程式。但你知道嗎，構成AWS雲端的一部分服務也是用Rust建立的？例如，Firecracker VM，一種輕量級虛擬化技術，為AWS Lambda和AWS Fargate提供支援，就是用Rust編寫的。Firecracker中啟動的微虛擬機器（microVMs）具有快速啟動時間和低記憶體開銷，而不會犧牲安全或效率。
AWS還開發了Bottlerocket，一個根據Linux的作業系統，專門用於執行容器。你可以在執行容器的主機上使用它。它只包含了執行容器所需的必要軟體，因此減少了攻擊面並提高了安全性。它也是用Rust編寫的。
AWS Nitro Enclaves是另一個使用Rust的服務。AWS Nitro Enclaves允許你在Amazon Elastic Compute Cloud（Amazon EC2）例項中建立隔離的運算環境。透過在Nitro Enclave中執行最敏感的資料處理應用程式，如涉及個人可識別資訊（PII）、財務和醫療保健詳細資訊的應用程式，你可以提高應用程式的安全性。
正如你所見，Rust在建立雲端運算的安全應用程式方面扮演著重要的角色。其他服務，如Amazon Simple Storage Service（Amazon S3）、Amazon Elastic Compute Cloud（Amazon EC2）和Amazon CloudFront也在內部使用Rust。
區塊鏈和加密貨幣
由於Rust的安全性和效能，它在區塊鏈和加密貨幣領域引起了廣泛關注。在區塊鏈中使用Rust有兩個層級：使用Rust建立區塊鏈本身，或使用Rust在區塊鏈上編寫智慧合約。
有多個知名區塊鏈是用Rust建立的：Solana、Polkadot和Hyperledger Sawtooth。失敗的加密貨幣Diem（前身為Libra，由Meta建立）也是用Rust建立的。
這些區塊鏈也允許你用Rust編寫智慧合約。這些智慧合約在區塊鏈的虛擬機器中執行，大多數時候需要將其跨編譯成WebAssembly或自定義位元組碼格式。例如，NEAR Protocol允許你使用ink!，一種嵌入式領域特定語言（DSL），讓你可以用Rust編寫智慧合約。Solana也允許你用Rust編寫其智慧合約（稱為Programmes）。
Rust 的無限可能性
除了前幾章討論的主題外，Rust 還有許多其他應用。以下是一個非詳盡的清單：
- 壓縮
- 密碼學與安全：ring、openssl、sodiumoxide
- 資料函式庫實作
- 模擬器：遊戲主機和其他硬體
- 多媒體：影像、音訊和視訊處理；2D/3D 內容渲染
- 語言解析器
- 科學應用：數學、生物資訊學（例如 Rust-Bio）、地理資訊、物理和化學模擬
Rust 是一個用於建構幾乎任何型別應用的絕佳工具。雖然目前某些領域可能尚未擁有成熟的生產就緒 Rust 函式庫或使用者基礎，但憑藉熱情友善的社群支援，我們可以期待看到更多 Rust 的應用。從在低功耗微控制器上執行的迷你物聯網感測器，到在龐大超級電腦上執行的尖端人工智慧，Rust 的未來是廣闊且光明的。
區塊鏈與 Rust
區塊鏈是一個快速發展的領域。你可以透過 Rust 區塊鏈專案的精選清單 Awesome Blockchain Rust 和新聞通訊（如 Rust in Blockchain）關注最新的發展。
Rust 在不同領域的應用
人工智慧與機器學習
Rust 可以用於建構人工智慧和機器學習模型，例如人工神經網路（ANN）模型。
網頁開發
Rust 可以用於建構網頁應用，例如使用 Actix-web 框架。
遊戲開發
Rust 可以用於建構遊戲，例如使用 Bevy 遊戲引擎。
命令列介面
Rust 可以用於建構命令列介面（CLI）工具，例如使用 Clap 函式庫。
程式碼範例：使用 Bevy 建構遊戲
use bevy::prelude::*;
fn main() {
App::new()
.add_plugins(DefaultPlugins)
.add_startup_system(setup)
.run();
}
fn setup(mut commands: Commands) {
commands.spawn(Camera2dBundle::default());
}
內容解密：
use bevy::prelude::*;：匯入 Bevy 的預設模組。fn main() { ... }：定義程式的入口點。App::new()：建立一個新的 Bevy 應用。.add_plugins(DefaultPlugins)：新增預設的外掛程式。.add_startup_system(setup)：新增一個啟動系統，該系統將在應用啟動時執行。commands.spawn(Camera2dBundle::default());：產生一個 2D 相機。
這個範例展示瞭如何使用 Bevy 建構一個簡單的遊戲。Bevy 是一個強大的遊戲引擎，提供了許多功能，例如圖形渲染、輸入處理和音訊播放。這個範例建立了一個新的 Bevy 應用，並新增了一個 2D 相機。
