Substrate 前端开发系列 - 1&＃xff0f;2
前言
看了这专栏之前几篇文章后&＃xff0c;相信各位对用 Substrate 作开发已经有了基本认识。可以把节点跑起来&＃xff0c;也能写出能完成个别功能的 runtime 出来&＃xff0c;甚至跑起几个节点形成一个网络出来。但终端用户始终不会直接与这区块链网络互动。现在我们需要搭建一个前端&＃xff0c;借着它用户才能与这网络互动。
所以接下来我们会介绍如何利用 Substrate 生态中的 Polkadot-JS API (下面简称 JS API) 来使前端与Substrate 节点交互。这项目名称虽然写着 Polkadot&＃xff0c;但其实它可以连接到所有基于 Substrate 开发的节点。
本篇文章是前端系列的第一篇&＃xff0c;先深入探讨以 JS API 来连接到 Substrate 节点并与之交互。内容适合任何前端框架&＃xff0c;甚至如果你要打造一个 Node.js 的中间件来订阅 Substrate 节点事件 (events) 也可以&＃xff0c;JS API 也允许你这么做。如果你的前端打算是用 React 打造&＃xff0c;请留意我们的下篇&＃xff0c;讲述如何在 Substrate Front-end Template 的基础上打造你的前端&＃xff0c;它把 Polkadot-JS API 封装在 React 的组件内来使用。
接下来&＃xff0c;我们假设你在本机已能跑起 Substrate (还没做这步的小伙伴可参考这里)。并且 Substrate 的 web socket 端口设在默认的 localhost:9944。
连接到开发节点
首先在你的 JS 项目中添加 JS API 的库
yarn add &＃64;polkadot/api
我们建议使用 yarn 作你的项目包管理工具。
然后在开始要与 Subtrate 网络互动前创建一个 api 对象如下&＃xff1a;
// 引入
import { ApiPromise, WsProvider } from &＃39;&＃64;polkadot/api&＃39;;// 创建 api 对象
const wsProvider &＃61; new WsProvider(&＃39;ws://localhost:9944&＃39;);
const api &＃61; await ApiPromise.create({ provider: wsProvider });// 简单测试-读取常量
console.log(api.consts.balances.transactionByteFee.toNumber());
在这里&＃xff0c;注意我们是用 ES2015 的 JS 准则来写的&＃xff0c;所以用 import 来引用外部的库及支持 async / await 这些功能。做了以上的操作后&＃xff0c;你可从 api 这对象取得所有需要的与 Substrate 交互的函数及常量。
读取链上数据 (Queries)
接下来&＃xff0c;下面是取得链上数据的例子。
// 初始化 &＃96;api&＃96; 对象
const api &＃61; ...;// 取得链上的时间戳
const now &＃61; await api.query.timestamp.now();// 一个模拟地址
const ADDR &＃61; &＃39;5DTestUPts3kjeXSTMyerHihn1uwMfLj8vU8sqF7qYrFabHE&＃39;;// 取得用户地址中的余额
const balance &＃61; await api.query.balances.freeBalance(ADDR);
const nonce &＃61; await api.query.system.accountNonce(ADDR);console.log(&＃96;${now}: balance of ${balance} and a nonce of ${nonce}&＃96;);
读取链上数据数据的方法是用 api.query 而 query 后的名字则是当连到 Substrate 节点时动态建成的&＃xff0c;取决于连接的 Substrate 网络加载了什么模块 (pallets)&＃xff0c;这些模块里的存取项 (storage)&＃xff0c;及其对应的读取函数 (getter function)。这里可了解更多 Substrate 存取项的读取函数。基本原则就是&＃xff1a;
这里的函数只会对链上数据做出简单的读取操作。因为这是需要和 Substrate 节点实时交互&＃xff0c;会是一个异步操作&＃xff0c;返回一个 Promise&＃xff0c;然后用 await 等待结果。
订阅链上数据的变化 (Subscription)
做前端开发时&＃xff0c;你有时不但需要在载入网页那一刻取得链上的数据&＃xff0c;随着这些链上数据在变更&＃xff0c;可能你也需要动态变更页面上的内容。这也是为什么我们一开始连接时&＃xff0c;不是用简单的 http API 请求&＃xff0c;而是 WebSocket 连接。
在以上取得用户余额的例子中&＃xff0c;你也可以传入一个回调函数。这样取得用户余额以外&＃xff0c;每次当这余额数值变更时也会回调过来。
// 订阅着该数值
const unsub &＃61; await api.query.balances.freeBalance(ADDR, balance &＃61;> {console.log(&＃96;balance of ${balance}&＃96;);
});
用这方法的话&＃xff0c;返回的将会是他的取消订阅函数。当你不再需要监听这数值时&＃xff0c;就呼叫这函数。
JS API 也有个便捷的方法&＃xff0c;可一次过订阅多个链上数值。例子如下&＃xff1a;
const unsub &＃61; await api.queryMulti([// 一个 getter functionapi.query.timestamp.now,// 另一个 getter function&＃xff0c;及所需参数[api.query.balances.freeBalance, ADDR],[api.query.system.accountNonce, ADDR],
], ([now, balance, nonce]) &＃61;> { // 回调函数console.log(&＃96;${now}: balance of ${balance} and a nonce of ${nonce}&＃96;);
});
就是用 api.queryMulti(queries 数组, 回调函数)。
查询节点常量 (Constants)
方法跟读取链上数据差不多。在取得 api 接口后&＃xff0c;可以用 api.const...toNumber(); 来获取。以下是一些例子。
// babe 组件内的常量
console.log(api.consts.babe.epochDuration.toNumber());// balances 组件内的常量
console.log(api.consts.balances.creationFee.toNumber());
console.log(api.consts.balances.transferFee.toNumber());
值得注意两点&＃xff0c;第一&＃xff0c;常量在 api 连接到节点时已取得&＃xff0c;所以它们是直接返回&＃xff0c;不需要以 Promise 方式异步返回。第二&＃xff0c;尽管这常量是一个数字, 但返回时 JS API 帮我们封装到一个对象中&＃xff0c;要用 toNumber() 从这对象取出在 JS 中能识别的值。这点我们会在自定义结构里进一步讲解。
提交外部交易 (Extrinsics)
这部份的操作会直接变更链上的数据&＃xff0c;而且都需要有个用户/主体对呼叫的函数作出签署&＃xff0c;所以我们称之为外部交易。以下例子是用户 Alice 打款 12345 个单位货币到另一帐户&＃xff1a;
// ...// 一个模拟地址
const recipient &＃61; &＃39;5DTestUPts3kjeXSTMyerHihn1uwMfLj8vU8sqF7qYrFabHE&＃39;;// Sign and send a transfer from Alice to Bob
const txHash &＃61; await api.tx.balances.transfer(recipient, 12345).signAndSend(alice);// 显示交易 hash 码
console.log(&＃96;Submitted with hash ${txHash}&＃96;);
其使用方法是:
返回的是一个 hash 值&＃xff0c;代表这个交易被记录到区块链上。但这并不意味交易已经顺利执行。所以接下来我们可监听事件 (events) 来确定交易已完成(或报错)。另外你可能也留意我们还没有提 alice 究竟是个怎么样的值。这部份留到 帐号管理/签署部份来谈。
用以下的方法&＃xff0c;我们就可监听自己提交的交易。方法和上面订阅链上数据类似&＃xff1a;
// 从 Alice 提交一个交易给另一用户
const unsub &＃61; await api.tx.balances.transfer(recipient, 12345).signAndSend(alice, ({ eventRecords &＃61; [], status }) &＃61;> {console.log(&＃96;Current status is ${status.type}&＃96;);if (status.isInBlock) {console.log(&＃96;Transaction included at blockHash ${status.asInBlock}&＃96;);} else if (status.isFinalized) {console.log(&＃96;Transaction finalized at blockHash ${status.asFinalized}&＃96;);unsub();}});
我们把回调函数放在 signAndSend 的最后参数内。这回调函数会返回以下对象包含两个属性。
status: 是一个 enum&＃xff0c;可以是 InBlock。用 isInBlock 来查询 (返回 true 或 false),代表交易已写在区块内&＃xff0c;但未被最后确认。另外也可以是 Finalized。用 isFinalized 来查询。代表交易已被最后确认。eventRecords: 放着 Event Record 对象的数组。每个 Event Record 有着以下属性:phase: 这事件在哪个阶段触发event: 对象&＃xff0c;有着以下属性section: 触发此事件的 pallet 名字。method: 此事件在 pallet 中的名字。data: 此事件传出的参数&＃xff0c;是一个数组。
帐号管理/签署 (Keyring)
接下来&＃xff0c;我们详细说明上文 alice 这用户对象是如何取得的。这当然不是一条字符串地址。若然如此&＃xff0c;那么任何人都可以冒充另一个人发交易给其他人。
要创建用户对象&＃xff0c;首先要加入 &＃64;polkadot/keyring 库到项目中:
yarn add &＃64;polkadot/keyring
然后在 JS 代码里&＃xff1a;
// 引入
import { Keyring } from &＃39;&＃64;polkadot/api&＃39;;// 初始化 api
// const api &＃61; await ...;// api 完成初始化后&＃xff0c;再创建 keyring 对象。
const keyring &＃61; new Keyring({ type: &＃39;sr25519&＃39; });
跟着你可以用以下几种方法创建出有公钥及私钥的用户帐号&＃xff1a;
// 从 mnemonic 来生成&＃xff0c;建议方法&＃xff1a;
const PHRASE &＃61; &＃39;entire material egg meadow latin bargain dutch coral blood melt acoustic thought&＃39;;
const newPair &＃61; keyring.addFromUri(PHRASE);// 只限开发时使用&＃xff0c;即运行 Substrate 节点时加了 &＃96;--dev&＃96; 参数&＃xff1a;
const alice &＃61; keyring.addFromUri(&＃39;//Alice&＃39;, { name: &＃39;Alice default&＃39; });// 用 32 位的 16 进制数字生成
const hexPair &＃61; keyring.addFromUri(&＃39;0x1234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234&＃39;);// 最后你也可用不多于 32位的字符串生成。少于 32位值的前面会加上空格。
const strPair &＃61; keyring.addFromUri(&＃39;Peter&＃39;);
跟着你可以这样签署信息和核实信息&＃xff1a;
// 引入一些帮助函数
import { stringToU8a, u8aToHex } from &＃39;&＃64;polkadot/util&＃39;;// 创建信息
const message &＃61; stringToU8a(&＃39;a testing message&＃39;);
// 签署信息
const signature &＃61; alice.sign(message);
// 核实信息
const isValid &＃61; alice.verify(message, signature);
当你使用 signAndSend() 提交外部交易时&＃xff0c;內里已自动对交易信息作 sign 这操作。
读取及订阅网络内的事件 (Events)
你也可用类似链上数据查询的方法&＃xff0c;来订阅链上发出的所有事件。方法如下&＃xff1a;
// 创建 api
// const api &＃61; await ...;api.query.system.events(events &＃61;> {events.forEach(record &＃61;> {// 遍历所有事件记录const { event, phase } &＃61; record;const types &＃61; event.typeDef;// 过滤掉我们不关注的事件const eventName &＃61; &＃96;${event.section}:${event.method}:: (phase&＃61;${phase.toString()})&＃96;;if (filter.includes(eventName)) return;// 从这里开始&＃xff0c;对我们关注的事件作进一步的处理// ...});
});
上面是查询 System 模块内读取所有 events。回调函数中&＃xff0c;过滤掉我们不关注的事件 (第 15 行)&＃xff0c;然后对我们所关注的事件作处理。
收听自定义类型 (Custom Types)
当 Substrate 把数据返回至 JS 时&＃xff0c;并不会返回元数据 (meta-data)的。所以当 Substrate 网络内有自定义类型时&＃xff0c;我们相应也要在前端把这些类型的定义作为参数输入&＃xff0c;以至 JS API 在收到这些数据时&＃xff0c;可重构回这些对象。另外要注意一点是 Substrate 节点是用 Rust 编写的。Rust 的数据类型和 JS 也没有一对一对应。所以也有一个库 &＃64;polkadot/types 把 Rust 的基本数据类型封装成不同的 JS 对象。
当我们要处理自定类型时&＃xff0c;首先在项目里载入这个库&＃xff0c;
yarn add &＃64;polkadot/types
然后&＃xff0c;在初始化 api 对象时&＃xff0c;可传入一个 types 的参数&＃xff0c;说明前端会触及到的所有自定义数据类型。例子如下&＃xff1a;
const api &＃61; await ApiPromise.create({...,types: {Price: {dollars: &＃39;u32&＃39;,cents: &＃39;u32&＃39;,currency: &＃39;Vec&＃39;,}}
});
在以上例子里&＃xff0c;我们定义了一个 Price 的类型。里面有三个属性 dollars, cents, currency. 分别是 u32, u32, Vec. 这些数据类型都是 Substrate Node 那边定义的。所以这方面的信息事先要 Substrate Runtime 开发那边告诉前端开发的。而 &＃64;polkadot/types 就对 u32, u8, Vec 等 Rust 类型在 JS 进行了封装&＃xff0c;创建成一个独立对象。里面有函数可以进一步对数据进行处理。如 toJSON()&＃xff0c;toString()&＃xff0c;isEmpty(), toNumber() 等。
小结
今天这篇文章描述了如何在 JS 建立一个前端与 Substrate 网络交互。主要透过 Polkadot-JS API 来进行。你可以透过 JS API 读取及订阅链上数据及常量&＃xff0c;提交外部交易&＃xff0c;生成用户帐户并用它来签署交易等。
其实&＃xff0c;这里也只是概括性地描述了 Polkadot JS 的功能。更详细的内容可在它的官方文档里看到。另外&＃xff0c;你也可现在试一下实际用 JS API 建成的前端是怎样的。下一步你可以&＃xff1a;
- 尝试 Substrate Front-end Template。这个前端是用 React 和 Polkadot-JS API 打造的&＃xff0c;连接到 Parity 运营的 Substrate 开发节点上&＃xff0c;注意的是后台(链上)数据每若干小时就会重置。我们这系列的第二篇文章也会重点谈一下这个 Front-end Template。
- 尝试 Polkadot-JS App。这是官方开发的 Polkadot / Substrate 的前端&＃xff0c;功能非常强大。可对 Polkadot 及Substrate 网络作出不同类型的查询&＃xff0c;及实时看到现在的链上状态及更新。 因为功能强大&＃xff0c;刚开始可能要花点时间了解 App 里不同的界面&＃xff0c;也需要对 Substrate 内部结构有些认识才行。
本篇读后有什么意见&＃xff0c;欢迎在下方留言。对了&＃xff0c;如果这篇文章你已读到这里&＃xff0c;可能你会有兴趣再知道两个消息&＃xff1a;
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- 如果你和小伙伴们有个主意&＃xff0c;或已经开始在 Substrate/Polkadot 生态中打造一个产品/平台出来&＃xff0c;也可报名我们的 Substrate Bootcamp&＃xff0c;截止报名日期为 3月15日。
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