Hotdry.
归档
systems-engineering

通过 Cargo 和 CMake 将 Rust Crates 集成到 Android NDK：实现安全的并发 Native 模块

面向 Android native 模块，给出 Rust crates 通过 Cargo 和 CMake 集成的工程化参数与安全并发要点。

在 Android 开发中，native 模块常常用于处理高性能计算或复杂并发任务，但传统的 C/C++ 实现容易引入内存泄漏和线程安全问题。Rust 作为一门强调内存安全和并发性的系统编程语言，通过其零成本抽象机制，可以无缝集成到 Android NDK 中，提供更可靠的解决方案。本文将聚焦于使用 Cargo 和 CMake 将 Rust crates 集成到 Android 项目中，实现安全的并发处理，而无需 C++ 的额外开销。观点是：Rust 的所有权模型和无 GC 设计，能在 native 层实现高效的零拷贝数据传递和无锁并发，显著提升移动应用的性能和稳定性。

证据支持这一观点。首先，从 Rust 的核心特性来看，其借用检查器在编译时确保内存安全，避免了 C++ 中常见的悬垂指针或数据竞争问题。在 Android NDK 环境中，Rust crates 可以编译为 .so 动态库，直接通过 JNI (Java Native Interface) 与 Kotlin/Java 交互。根据官方 Rust 移动开发文档和社区实践，集成 Rust 后，native 模块的崩溃率可降低 30% 以上，尤其在多线程场景下。其次，Cargo 作为 Rust 的构建工具，与 Android NDK 的 CMake 结合，能自动化处理跨 ABI 编译，支持 arm64-v8a、armeabi-v7a 等主流架构。实际案例中，如飞书等应用已使用 Rust 构建底层组件，实现跨平台一致性。最后，零成本抽象体现在 Rust 的 trait 和泛型上，例如使用 std::sync::Arc 实现共享所有权，而无需 C++ 的智能指针开销，这在处理 Android 的多模型流式输出或图像处理时特别高效。

要落地这一集成，需要一系列可操作的参数和清单。环境准备是第一步：安装 Rust 1.70+（通过 rustup），下载 Android NDK r25+（推荐 r26 以支持最新 ABI），并安装 cargo-ndk 工具（cargo install cargo-ndk）。设置环境变量：export ANDROID_NDK_HOME=/path/to/ndk，确保 linker 路径正确，例如对于 arm64：/path/to/ndk/toolchains/llvm/prebuilt/linux-x86_64/bin/aarch64-linux-android21-clang++。在 Rust 项目中，添加目标平台：rustup target add aarch64-linux-android armv7-linux-androideabi x86_64-linux-android i686-linux-android。

Cargo 配置清单如下：在 Cargo.toml 中指定 [lib] crate-type = ["cdylib"]，以生成动态库。添加依赖：jni = "0.21" 用于 FFI，ndk = "0.7" 用于 NDK 绑定。创建 .cargo/config.toml 配置 linker：

[target.aarch64-linux-android] linker = "/path/to/ndk/toolchains/llvm/prebuilt/.../aarch64-linux-android21-clang++"

类似地配置其他 target。构建命令：cargo ndk -t arm64-v8a -t armeabi-v7a build --release，这将生成 libs/ 目录下的 .so 文件，支持多个 ABI 以确保设备兼容性。阈值建议：最小 SDK 版本 21（Android 5.0），以利用现代 NDK 特性；构建时启用 LTO (Link Time Optimization) 以优化二进制大小，目标大小控制在 5MB 以内，避免 APK 膨胀。

CMake 集成是桥接 Cargo 和 Android 构建系统的关键。在 Android 项目的 app/src/main/cpp/CMakeLists.txt 中，添加 find_package 或直接调用 Cargo 构建脚本。示例 CMake 代码：

cmake_minimum_required(VERSION 3.22) project(RustAndroid)

设置 NDK 路径

set(ANDROID_ABI arm64-v8a) set(CMAKE_C_COMPILER ${ANDROID_NDK}/toolchains/llvm/prebuilt/linux-x86_64/bin/${ANDROID_ABI}-clang)

调用 Cargo 构建 Rust 库

execute_process( COMMAND cargo ndk -o ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}/libs/${ANDROID_ABI} build --release WORKING_DIRECTORY ${CMAKE_SOURCE_DIR}/../rust_crate )

添加 Rust 库到链接

add_library(rust_lib SHARED IMPORTED) set_target_properties(rust_lib PROPERTIES IMPORTED_LOCATION ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}/libs/${ANDROID_ABI}/librust_lib.so)

在主模块中链接

target_link_libraries(native-lib rust_lib)

此配置确保 Rust 库在 Gradle 构建时自动编译。监控要点：使用 Android Studio 的 Profiler 检查 native 内存使用，阈值设为峰值不超过 100MB；并发测试中，线程数上限 8（匹配典型移动 CPU 核心），使用 Rust 的 rayon crate 实现并行迭代，避免阻塞主线程。

FFI 实现安全的并发是核心。示例：在 Rust src/lib.rs 中定义 JNI 函数，支持并发数据处理：

use jni::JNIEnv; use jni::objects::{JClass, JString}; use std::sync::{Arc, Mutex};

#[no_mangle] pub extern "system" fn Java_com_example_app_RustModule_processConcurrent (env: JNIEnv, _class: JClass, input: JString) -> jstring { let input_str: String = env.get_string (input).unwrap ().into (); let shared_data = Arc::new (Mutex::new (vec![0u32; 1000])); // 共享并发数据

// 模拟并发任务
let handles: Vec<_> = (0..4).map(|i| {
    let data = Arc::clone(&shared_data);
    std::thread::spawn(move || {
        let mut guard = data.lock().unwrap();
        for j in 0..250 { guard[i * 250 + j] = j as u32; }
    })
}).collect();

for handle in handles { handle.join().unwrap(); }

let result = format!("Processed: {}", shared_data.lock().unwrap().iter().sum::<u32>());
env.new_string(result).unwrap().into_inner()

}

在 Android Kotlin 侧：

class RustModule { companion object { init { System.loadLibrary("rust_lib") } @JvmStatic external fun processConcurrent(input: String): String } }

fun useRust() { val result = processConcurrent("test") Log.d("Rust", result) }

此示例利用 Arc 实现线程安全共享，避免数据竞争。参数优化：Mutex 粒度控制在函数级，超时阈值 500ms 以防 ANR；对于高并发，使用 crossbeam crate 替换 std::sync 以提升性能 20%。

回滚策略：在集成初期，使用模拟器测试 ABI 兼容性；若构建失败，检查 linker 路径和 NDK 版本，回退到 r23。风险控制：避免在 Rust 中直接操作 Java 对象，始终通过 JNI 桥接；监控日志使用 adb logcat -s Rust 以捕获 panic。

通过以上步骤，开发者可以高效地将 Rust crates 集成到 Android NDK，实现安全的并发 native 模块。实际落地中，结合 CI/CD 如 GitHub Actions 自动化构建，进一步提升开发效率。

资料来源：

查看归档