Soul Orbit

I'll take a quiet life. A handshake of carbon monoxide.

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ChakraCore学习笔记（三）：使用JSRT API （一）

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在大概了解了ChakraCore的顶层结构和其对应的JSRT API之后，让我们再来看看其他的JSRT API和如何使用它们吧。

为了演示JSRT API，在这一篇里，我们会来尝试如下几件事情：

  1. 注入一个简单的JS API
  2. 简单了解ChakraCore的异常处理
  3. 实现一个简单的API Framework

选择这几个目标的原因是因为——毕竟不管在源码层面使用什么脚本引擎，大家一开始最关注的还是怎么注入自己的API来完成自己想要做的事情呀。

1. Hello World

首先让我们建立一个最简单的程序作为开始吧：

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##include "stdafx.h"

##include "ChakraCore.h"


int main()
{
    JsRuntimeHandle runtime;
    JsContextRef context;
    JsValueRef result;

    JsCreateRuntime(JsRuntimeAttributeNone, nullptr, &runtime);
    JsCreateContext(runtime, &context);
    JsSetCurrentContext(context);

    JsSetCurrentContext(JS_INVALID_REFERENCE);
    JsDisposeRuntime(runtime);

    return 0;
}

2. 注入一个简单的JS API

现在让我们先来实现一个非常简单的API吧——从KeyValue存储中获取一个值：storage.get(key, callback)。

2.1. 修改对象属性

注入API的关键其实非常直接——修改JS中的对象的属性（Property）。Chakra在JSRT API中提供了很多函数来操作一个对象的属性，其中最基本的是这三个： JsGetProperty，JsSetProperty和JsDeleteProperty，他们的作用显而易见，就不多说了，但是有意思的地方是通过他们的函数原型能看到，ChakraCore并没有使用字符串来当做属性的名字，而是使用了一个叫做PropertyId的东西。这个乍一看不是很方便，但是它是有原因的。

2.1.1. PropertyId和PropertyRecord

首先，JS里面的属性不一定是一个字符串，它可以是一个数字或者是Chakra内部指定的一个id，使用字符串没办法覆盖到所有的情况。其次，我们知道一个稍稍复杂的网页里面可能就会包含成千上万个JS对象，他们之间用Property互相连接，所以可想而知Property的数量有多么庞大，虽然通过原型我们能省下一些空间，但是如果每个对象都用原始的Property来存储这些连接，势必要浪费非常的内存。以下是我用Chrome在亚马逊上抓取的一个堆的快照，算是一个例子。
chrome-heap-snapshot-on-amazon

为了解决这些问题，Chakra使用了享元模式，将原始的Property转化成PropertyRecord，并将其保存在ThreadContext之中，从而实现同名Property的共享，而Js对象则使用PropertyRecord来建立和其他对象的联系。另外ChakraCore在PropertyRecord之中并没有保存完整的Property信息，而只保存一些摘要，比如是不是数字，字符串的hash和长度等等，从而进一步压缩内存的使用。

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class PropertyRecord : public FinalizableObject
{
    // ......
private:
    Field(PropertyId) pid;
    mutable Field(uint) hash;
    Field(bool) isNumeric;
    Field(bool) isBound;
    Field(bool) isSymbol;
    Field(DWORD) byteCount;
    // ......
};

现在我们看回JSRT API，JsPropertyIdRef其实就是PropertyRecord的地址。

2.1.2. 创建Property

在了解了PropertyId了之后，我们现在就可以快速的实现一个在Js对象上创建Property的函数了，另外这里我们新建了一个类——ChakraUtils，用来存放和Chakra相关的帮助函数。

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class ChakraUtils
{
public:
    static void SetObjectAsProperty(JsValueRef jsObject, const wchar_t *propertyName, JsValueRef propertyValue)
    {
        JsPropertyIdRef propertyId;
        JsGetPropertyIdFromName(propertyName, &propertyId);
        JsSetProperty(jsObject, propertyId, propertyValue, false);
    }
};

2.2. 准备API

有了函数来创建对象属性之后，让我们来看看API的实现吧。在JSRT API里，我们可以使用JsCreateFunction为一个Native函数创建一个Js函数，只要它满足固定的函数原型。这里我们就实现了一个简单的StorageGet的函数，用来调用storage.get传入的回调函数，并传回"hello world"的字符串。

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_Ret_maybenull_ JsValueRef CHAKRA_CALLBACK StorageGet(
    _In_ JsValueRef callee,
    _In_ bool isConstructCall,
    _In_ JsValueRef *arguments,
    _In_ unsigned short argumentCount,
    _In_opt_ void *callbackState)
{
    JsValueRef undefined;
    JsGetUndefinedValue(&undefined);

    JsValueRef stringValue;
    JsPointerToString(L"hello world!", _countof(L"hello world"), &stringValue);

    JsValueRef callbackArgs[2] = { undefined, stringValue };
    JsCallFunction(arguments[2], callbackArgs, 2, nullptr);

    return undefined;
}

这段代码非常直观，除了两个地方有点奇怪：回调函数的参数要放一个undefined在第一个值上？回调函数为什么是第三个参数？这两个问题其实都是一个原因：函数的第一个参数是this指针。

2.3. 注入API

好了，现在我们万事具备了，让我们来注入我们第一个API吧！

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int main()
{
    // ......

    JsValueRef globalObject;
    ChakraUtils::CheckThrow(JsGetGlobalObject(&globalObject));

    JsValueRef storageObject;
    JsCreateObject(&storageObject);
    ChakraUtils::SetObjectAsProperty(globalObject, L"storage", storageObject);

    JsValueRef storageGetFunction;
    JsCreateFunction(StorageGet, nullptr, &storageGetFunction);
    ChakraUtils::SetObjectAsProperty(storageObject, L"get", storageGetFunction);

    std::wstring script = L"(()=>{ var v; storage.get('key', function(value) { v = value; }); return v; })()";

    JsValueRef result;
    unsigned currentSourceContext = 0;
    JsRunScript(script.c_str(), currentSourceContext++, L"", &result);

    // Output the string we get from the script.
    const wchar_t *resultWC;
    size_t stringLength;
    JsStringToPointer(result, &resultWC, &stringLength);

    std::wstring resultW(resultWC);
    std::wcout << resultW << std::endl;

    // ......
}

3. 异常处理

在使用JSRT API时，我们可以看到基本所有的函数的返回值都是一个JsErrorCode类型的错误码，如果API调用出错，我们可以通过它来猜测大概是什么原因。Chakra的异常处理也是通过它来完成。

Chakra在和Native代码交互时，对异常的处理有两个要求：

  1. 当Native回调被调用时，产生的异常必须要处理，不能传给Chakra。如果需要告诉Chakra发生了异常，那么可以通过JsCreateError来创建一个异常，并通过JsSetException告诉Chakra。
  2. 在Native代码调用Chakra的函数时，如果发生异常（JsErrorInExceptionState），那么Native代码需要调用JsGetAndClearException来处理异常，不然之后调用任何API都会返回JsErrorInExceptionState错误，哪怕仅仅是创建一个最简单的对象。如果我们不处理这个异常，那么这个异常会被继续传递给上一层调用，直到回到最上层的API调用。

现在让我们再来看看我们上面实现的StorageGet函数，就会发现很多问题。首先，所有API调用的返回值我们都没有检查，其次，假设中间我们调用了别的函数出了异常，我们并没有处理，从而导致Chakra出错。现在让我们来重写这个函数解决这些问题吧。

3.1. JsErrorCode检查函数

首先，为了帮助我们更快的发现错误和简化代码，我们在ChakraUtils类里面添加了一个检查函数。如果发现Chakra返回错误，则抛出一个c++的异常。

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class ChakraErrorException
{
private:
    JsErrorCode _errorCode;

public:
    ChakraErrorException(JsErrorCode errorCode) : _errorCode(errorCode) {}
    JsErrorCode GetErrorCode() const { return _errorCode; }
};

class ChakraUtils
{
public:
    // ......
    static void CheckThrow(JsErrorCode errorCode)
    {
        if (JsNoError != errorCode)
        {
            throw ChakraErrorException(errorCode);
        }
    }
    // ......
};

3.2. 处理Native的异常

接下来，我们来修改一下下之前的StorageGet函数：

  1. 添加参数检查，如果传入的key为undefined，那么我们就报错。
  2. 用CheckThrow检查所有我们需要调用的函数。
  3. 由于StorageGet中所有的异常必须被接管掉，所以我们需要加入一个try块来正确设置Chakra的状态。
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_Ret_maybenull_ JsValueRef CHAKRA_CALLBACK StorageGet(
    _In_ JsValueRef callee,
    _In_ bool isConstructCall,
    _In_ JsValueRef *arguments,
    _In_ unsigned short argumentCount,
    _In_opt_ void *callbackState)
{
    JsValueRef undefined = nullptr;

    try
    {
        ChakraUtils::CheckThrow(JsGetUndefinedValue(&undefined));

        if (arguments[1] == undefined)
        {
            throw ChakraErrorException(JsErrorInvalidArgument);
        }

        JsValueRef stringValue;
        ChakraUtils::CheckThrow(JsPointerToString(L"hello world!", _countof(L"hello world"), &stringValue));

        JsValueRef callbackArgs[2] = { undefined, stringValue };
        ChakraUtils::CheckThrow(JsCallFunction(arguments[2], callbackArgs, 2, nullptr));
    }
    catch (ChakraErrorException &e)
    {
        // If Chakra is in exception state, then let Chakra rethrow its exception again. Otherwise, create new error.
        if (e.GetErrorCode() != JsErrorScriptException && e.GetErrorCode() != JsErrorInExceptionState)
        {
            JsValueRef message;
            ChakraUtils::CheckThrow(JsPointerToString(L"storage.get failed.", _countof(L"storage.get failed."), &message));

            JsValueRef error;
            ChakraUtils::CheckThrow(JsCreateError(message, &error));
            ChakraUtils::CheckThrow(JsSetException(error));
        }
    }

    return undefined;
}

这样，我们的storage.get的雏形就写好啦。

4. 实现一个简单的API Framework

在了解了基本的API之后，我们就可以来创建一个简单的API Framework来简化我们API的实现了。一般来说实现一个API Framework有两种方法：

  1. 对每个API都在JS里面单独的进行注册
  2. 实现一个通用的API通信的通道，然后注入一个脚本来注入所有的API，所有的API内部使用这个API的通信通道，并且在初始化完成之后将该通道隐藏

这两种方法实现起来都差不多，第一种比较直接，但是第二种却使用的更加广泛，比如Chrome，所以这里我们来看一下第二种。

4.1. 创建API调用接口

首先我们来定义一下API调用的接口，因为我们需要定义API的名字，处理回调，并且用脚本注入一个API调用入口，所以自然我们的API接口就可以按照如下方法定义了：

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class API
{
public:
    virtual ~API() {}
    virtual const wchar_t * GetAPIName() const = 0;
    virtual const wchar_t * GetPolyFillScript() const = 0;
    virtual _Ret_maybenull_ JsValueRef Execute(_In_ JsValueRef *arguments, _In_ unsigned short argumentCount) = 0;
};

4.2. 创建API管理类

有了API的接口，我们接下来需要创建一个管理类，用来管理所有的API，注入API通信的管道和API的实现。这里需要注意在注入完所有的API之后，我们需要将API通信管道删除，以免被除了我们API实现的其他脚本调用。

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class APIManager
{
public:
    APIManager() {}
    ~APIManager()
    {
        // Release all the APIs
        for each (auto &apiCallback in _apiCallbacks)
        {
            delete apiCallback.second;
        }
    }

    void RegisterCallbackAPI(_In_ API *callback)
    {
        std::wstring apiName = callback->GetAPIName();

        if (_apiCallbacks[apiName] != nullptr)
        {
            throw std::exception("API already exists.");
        }

        _apiCallbacks[apiName] = callback;
    }

    void InjectAllAPIsToCurrentJsContext()
    {
        JsValueRef globalObject;
        JsGetGlobalObject(&globalObject);

        // Inject apiUtils object for creating the communication channel.
        JsValueRef apiUtilsObject;
        JsCreateObject(&apiUtilsObject);
        ChakraUtils::SetObjectAsProperty(globalObject, L"apiUtils", apiUtilsObject);

        JsValueRef executeAPIFunction;
        JsCreateFunction(APIManager::ExecuteAPI, this, &executeAPIFunction);
        ChakraUtils::SetObjectAsProperty(apiUtilsObject, L"executeAPI", executeAPIFunction);

        for each (auto &apiCallback in _apiCallbacks)
        {
            JsValueRef result;
            const wchar_t *polyFillScript = apiCallback.second->GetPolyFillScript();
            ChakraUtils::CheckThrow(JsRunScript(polyFillScript, currentSourceContext++, L"", &result));
        }

        // Delete apiUtils, so no other scripts can call our internal APIs.
        JsValueRef result;
        ChakraUtils::CheckThrow(JsRunScript(L"(()=>{ apiUtils = null; })()", currentSourceContext++, L"", &result));
    }

    static _Ret_maybenull_ JsValueRef CHAKRA_CALLBACK ExecuteAPI(_In_ JsValueRef callee, _In_ bool isConstructCall, _In_ JsValueRef *arguments, _In_ unsigned short argumentCount, _In_opt_ void *callbackState)
    {
        APIManager* apiManager = reinterpret_cast<APIManager*>(callbackState);

        JsValueRef returnValue = nullptr;
        try
        {
            const wchar_t *rawAPIName;
            size_t rawAPINameLength;
            ChakraUtils::CheckThrow(JsStringToPointer(arguments[1], &rawAPIName, &rawAPINameLength));

            std::wstring apiName(rawAPIName);
            auto apiCallbackIt = apiManager->_apiCallbacks.find(apiName);
            if (apiCallbackIt == apiManager->_apiCallbacks.end())
            {
                throw ChakraErrorException(JsErrorInvalidArgument);
            }

            // Get arguments passed to the actual API
            JsValueRef apiArgumentList = arguments[2];

            JsPropertyIdRef lengthPropertyId;
            ChakraUtils::CheckThrow(JsGetPropertyIdFromName(L"length", &lengthPropertyId));

            JsValueRef apiArgumentCountJsValue;
            ChakraUtils::CheckThrow(JsGetProperty(apiArgumentList, lengthPropertyId, &apiArgumentCountJsValue));

            int apiArgumentCount = 0;
            ChakraUtils::CheckThrow(JsNumberToInt(apiArgumentCountJsValue, &apiArgumentCount));

            std::unique_ptr<JsValueRef[]> apiArguments(new JsValueRef[apiArgumentCount]);
            for (int apiArgumentIndex = 0; apiArgumentIndex < apiArgumentCount; ++apiArgumentIndex)
            {
                JsValueRef indexJsValue;
                ChakraUtils::CheckThrow(JsIntToNumber(apiArgumentIndex, &indexJsValue));
                ChakraUtils::CheckThrow(JsGetIndexedProperty(apiArgumentList, indexJsValue, &apiArguments[apiArgumentIndex]));
            }

            returnValue = apiCallbackIt->second->Execute(apiArguments.get(), apiArgumentCount);
        }
        catch (ChakraErrorException &e)
        {
            // If Chakra is in exception state, then let Chakra rethrow its exception again. Otherwise, create new error.
            if (e.GetErrorCode() != JsErrorScriptException && e.GetErrorCode() != JsErrorInExceptionState)
            {
                JsValueRef message;
                ChakraUtils::CheckThrow(JsPointerToString(L"storage.get failed.", _countof(L"storage.get failed."), &message));

                JsValueRef error;
                ChakraUtils::CheckThrow(JsCreateError(message, &error));
                ChakraUtils::CheckThrow(JsSetException(error));
            }
        }

        return returnValue;
    }

private:
    std::unordered_map<std::wstring, API*> _apiCallbacks;
};

4.3. 改写API storage.get

现在我们来用新的API接口来重新实现storage.get吧，这里由于APIManager已经注入了apiUtils.executeAPI作为通信管道，所以我们再实现API的时候，可以先将其保存在闭包内，然后将对API的调用转化为对executeAPI的调用。

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class APIStorageGet : public API
{
public:
    const wchar_t * GetAPIName() const override { return L"storage.get"; }

    const wchar_t * GetPolyFillScript() const override
    {
        // Store the apiUtils.executeAPI in a closure and call it whenever storage.get gets called.
        return L"(()=>{ var executeAPI = apiUtils.executeAPI; try { storage = storage } catch(err) { storage = {}; }; storage.get = function() { executeAPI('storage.get', arguments); }; })()";
    }

    _Ret_maybenull_ JsValueRef Execute(_In_ JsValueRef *arguments, _In_ unsigned short argumentCount) override
    {
        JsValueRef undefined = nullptr;
        ChakraUtils::CheckThrow(JsGetUndefinedValue(&undefined));

        if (arguments[0] == undefined)
        {
            throw ChakraErrorException(JsErrorInvalidArgument);
        }

        JsValueRef stringValue;
        ChakraUtils::CheckThrow(JsPointerToString(L"hello world!", _countof(L"hello world"), &stringValue));

        JsValueRef callbackArgs[2] = { undefined, stringValue };
        ChakraUtils::CheckThrow(JsCallFunction(arguments[1], callbackArgs, 2, nullptr));

        return undefined;
    }
};

4.4. 改写main函数注入API

现在注入API就变得十分简单了，我们只需要注册我们的API到APIManager，然后在创建JsContext之后，调用APIManager注入所有的API就可以了：

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APIManager apiManager;
apiManager.RegisterCallbackAPI(new APIStorageGet());

JsContextRef context;
JsCreateContext(runtime, &context);
JsSetCurrentContext(context);

apiManager.InjectAllAPIsToCurrentJsContext();

4.5. 更方便的API封装？

是不是觉得调用ChakraCore的API不是那么方便呢？想实现一层真正方便的封装？我们可以参照官方发布的给c#使用的封装：ChakraCore C# Hosting，有兴趣的朋友可以看一看。

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