本篇文章给大家分享的是有关如何理解Substrate区块链开发框架，小编觉得挺实用的，因此分享给大家学习，希望大家阅读完这篇文章后可以有所收获，话不多说，跟着小编一起来看看吧。
如何构建一个可以支持自己的运行时模块的Substrate链。
Substrate和运行时模块都是使用Rust开发的。
Rust是一种底层静态类型语言，它的特点在于速度保障与可靠性，但是学习难度比较高。在区块链开发中一个非常重要但却经常被忽略的话题是：如何掌握Rust。在这个教程中我们不会分析Rust代码，但是对于希望使用Susbtrate进行区块链开发的工程师来说，掌握Rust是一个前提条件。
作为一种程序开发语言，Rust的学习曲线是比较陡峭的。部分原因在于Rust所采用语法规范，极其依赖于像泛型、特性萃取、生命周期和宏这样的特性，以及其他一些考虑例如作用于和不变性。
其他的Substrate学习资源，例如Substrate Kitties collectibles workshop 生成Rust非常容易掌握，但这不是真实的情况，除非你已经有比较多的底层语言的开发经历，例如C++，而且接触过比较多的涉及系统级管理的API。
实际上，如果你是刚接触Rust，那么需要一点耐心，需要花时间来了解这门开发语言的核心概念和特性。在掌握Rust之后，Substrate的开发将变得令人享受。这本Rust书写的很好，很适合新手学习，也适合有经验的用户温习Rust。
安装Substrate只需要调用Parity网站上的一个bash脚本。Substrate提供了两种安装方式：
如果希望快速掌握区块链应用的开发，推荐汇智网的区块链应用开发系列教程， 内容涵盖比特币、以太坊、eos、超级账本fabric和tendermint等多种区块链， 以及 java、go、nodejs、python、php、dart等多种开发语言
快速安装将安装预构建的Substrate开发链、Substrate脚本、Substrate链命令行配置工具和运行时模块。
使用--fast标志来运行Substrate安装脚本会跳过安装那些对运行Sbustrate来说并非必要的工具：
~$ curl https://getsubstrate.io -sSf | bash -s -- --fast
上面的命令将拉取Susbtrate的依赖项，包括Rust、OpenSSL、LLVM等等，然后进行安装。
完整安装除了包含上面的内容，还将安装以下两个工具：
SubKey：用于创建或恢复Substrate密钥的命令行工具，当你需要在命令行管理账户时会比较有用
Substrate node：预配置的Substrate节点，可以直接接入Substrate测试网络
运行下面的命令进行完整安装：
// full Substrate installation ~$ curl https://getsubstrate.io -sSf | bash
一旦安装脚本执行完毕，更新你的cargo环境以便调用新安装的程序：
~$ source ~/.cargo/env
现在使用substrate命令就可以访问预编译好的Substrate节点了。要验证Substrate node和SubKey是否正确安装，可以检查这两个程序的版本：
~$ substrate --version ~$ subkey --version
注意：Polkadot JS 应用已经在其账户管理界面中实现了subkey的功能 —— 可以在浏览器中管理账户而无需subkey，这也是subkey是可选安装的原因。
默认情况下，Substrate和工具程序安装在 ~/.cargo/bin目录中。你可以看一下具体的 安装内容：
~$ cd ~/.cargo/bin ~/.cargo/bin$ ls
你会注意到除了substrate和subkey，还有substrate-node-new和substrate-module-new这两个程序，接下来我们将使用这些程序来创建新的定制节点和运行时模块。
更新Substrate脚本需要克隆最新版本，然后使用下面的命令替换cargo的二进制程序：
~$ f=`mktemp -d` ~$ git clone https://github.com/paritytech/substrate-up $f ~$ cp -a $f/substrate-* ~/.cargo/bin ~$ cp -a $f/polkadot-* ~/.cargo/bin
现在我们已经安装好了Substrate工具，可以运行Substrate开发节点了。这个节点会开始出块，但是对于开发而言没什么用。
在任何情况下，我们可以使用下面的命令启动Substrate开发链：
~$ substrate --dev
节点现在就起来了，你可以看到开始出块。要查看区块链的更多信息，例如每个支持模块的状态，我们将使用Polkadot JS应用。
要查看substrate的命令行选项，可以查看--help的输出：
~$ substrate --help
熟悉一下help命令的输出，是了解命令行程序的功能的得到验证的方法。目前的版本包含了一些对测试有用的标志，例如预配置的账户--alice、 --bob等等。--light标志可以按轻量模式运行节点，在框架中内置了对轻量客户端的支持。
在我们开始定制构建之前，然我们回顾一下如何查看Substrate链。基本的方法是使用Polkadot JS应用，该应用使用Typescript和react开发。
Polkadot JS应用提供了基本的区块链浏览器功能，同时也提供了管理Substrate模块的API和接口。正如其名称所示，这个应用也支持Polkadot区块链。我们有两种途径来使用Polkadot JS：
使用一个Parity托管的应用，访问地址：https://polkadot.js.org/apps
克隆项目仓库，在本地机器运行应用
让我们克隆项目在本地运行，一旦安装完成，我们可以指向我们的Susbtrate链的节点，在我们机器上的另一个运行进程。
首先克隆并运行Polkadot JS应用：
~$ git clone https://github.com/polkadot-js/apps.git ~$ mv apps polkadot.js ~$ cd polkadot.js && yarn start
然后在另一个终端启动substrate开发链：
substrate --dev
在浏览器中访问localhost:3000。为了让JS App连接到我们本地的开发链，在侧栏菜单中选择Settings，然后切换到Local Node endpoint，类似下图：
点击Save & Reload，你将注意到侧栏菜单中的许多链接激活了，具体哪些链接会激活取决于你的链的支持。
让我们看一下几乎所有链都会支持的特性 - 账户。进入到应用的Accounts部分 - 在My Account选项页你将看到一组账户，这些都是预配置的含余额的账户，我们也可以在这些账户之间转账、删除账户以及备份账户密钥。这表明了Plokadot JS App的定位 —— 在UI层与你的Substrate链交互。
在继续之前，我们要提一下Polkadot UI可以完成的任务：
可以上传wasm编译的Ink智能合约
作为一个POS共识链，Staking区域允许你抵押资金以成为交易验证人。
设计Democracy区域的目的是处理链上的投票和管理
在Toolbox区域可以测试Substrate的JSON RPC
你可以会困惑，哪些预配置的账户是哪里来的。事实上，这些账户，包括运行时逻辑自身的编译代码，都是保存在一个Chain Specification文件中，也被称为chain spec。
链配置是一个大型JSON对象，使用substrate的build-spec命令生成。该命令将提取节点引入的运行时模块的配置项，有些是空值，有些则提供了默认值。
基本上，运行时模块可以依赖于创世配置，也就是在区块链初始化时我们提供的配置。区块链状态是由创世区块 —— 链的第一个区块 —— 来初始化的。chain specJSON文件的工作，就是定义这个初始状态。
一旦生成配置文件，我们就可以打开该文件，根据我们的需要进行修改。
节点提供了purge-chain命令来复位区块链，这通常用于开发中：
~$ substrate purge-chain --dev
框架提供了三个默认的链规格，也就是配置：dev、local和staging。
dev：dev规格提供了主要用于开发，该配置中包含了一组账户以及运行时模块
local：local规格类似于dev，主要用于私有链。
staging：staging规格更加保守一些，定义了有限数量的账户，需要自己定义 模块相关的配置。当构建产品链时，应当选择这个规格。
我们现在要做的，就是使用build-spec命令创建一个新的chainspec，将输出结果存入单独的文件。例如，将规格写入当前用户主目录的my-chainspec.json文件：
~$ substrate build-spec --chain=dev > ~/my-chainspec.json
在文件编辑器里打开这个文件，查看可用的配置选项。
id：可以改为你自己的名字
name：给人看的名字
telemetryEndpoints：提供Telemetry服务的访问端结点
...
一旦修改完chainspec文件，我们可以用--raw标志将其转化为原始编码状态：
~$ substrate build-spec --chain ~/chainspec.json --raw > ~/mychain.json
最终，我们使用这个链规格文件来启动我们的substrate链。以下假设你运行了一个自定义编译的substrate节点，使用节点的路径替换下面的<node_path>：
<node_path> --chain ~/mychain.json --validator
接下来让我们看看如何初始化并编译自定义的Substrate节点。
到目前位置，我们已经使用了预编译的Substrate节点。对于测试一下开发链很好，但是这限制了我们使用自己的运行时模块以及自定义配置。为解决此问题，我们需要下载Substrate源代码。
有两种方法来着手我们的自定义Substrate链：
下载一个已经配置好的节点模板，例如使用下载脚本完整安装时包含的测试网节点模板
使用Substrate脚本，下载官方的节点模板
基本上所有的Substrate项目都会基于官方的节点模板展开，除非一些特殊情况。
用下面的命令生成一个新的节点模板：
~$ substrate-node-new my-node "Ross Bulat"
命令执行需要花点时间 —— 要拉取最新的Substrate源码并且进行编译。
一旦完成，可以修改runtime/src目录下的lib.rs文件。同时也包含了运行时模块的模板template.rs。 接下来我们看一下运行时模块。
在节点目录中，在使用cargo编译出二进制程序之前，使用build.sh脚本将节点编译为wasm：
# build wasm ./scripts/build.sh # build binary cargo build --release
节点程序现在位于./target/release/ 目录。
之前我们已经使用substrate调用了一些命令，现在可以使用我们新编译出来的程序。要复位区块链并重新运行，执行如下命令：
# clear chain state ./target/release/<node_name> purge-chain --dev # run in dev mode ./target/release/<node_name> --dev
我们要介绍的最后一部分内容，是运行时模块。让我们看看什么是运行时模块以及如何在substrate节点中引入运行时模块。
Substrate的通用和模块化结构使其实用性大大增强，开发人员可以将功能以插件形式加载到节点运行时，从而可以轻松地创建满足个性化需求的区块链。
这些插件化的功能包被称为模块，或者更确切地说，运行时模块。Substrate预置的运行时模块集合被称为Substrate运行时模块库 —— SRML。
这些模块非常有用，它们实现了其他区块链框架中的很多功能，可以在github浏览这些模块的代码。有了这些模块，开发人员不需要重新发明轮子，可以节省大量时间。当实现新特性时，也是以运行时模块的形式开发的。
SRML模块由Substrate统一维护，因此可靠性得到保障。下面是现在可用的一些模块：
Assets：提供类似ERC20代币支持的资产模块
Balances：管理账户余额的模块
Staking：: 网络维护者管理抵押资金的模块
你会注意到这些模块都是Rust crate格式，该格式被设计用于Substrate运行时环境。
每个SRML模块都打包为crates，并在模块名前加以srml_前缀，在Parity的crate库的左侧菜单中，可以找到这些模块。
每个模块都是定义在它自己的src/lib.rs文件中，遵循约定的结果。我们可以看一下一个substrate模块的顶层特征：
一个模块通常自身是一个crate，但不是必须要求
一个模块可以定义为单一文件module-name.rs，或者更常见的lib.rs，如果模块 是一个crate。一个模块也可以有其他支持文件
一个模块必须遵守特定的结构，依赖于特定的Substrate API
最后一点指的是什么？一个模块为你的区块链增加功能，功能可以多种形式的组件提供：
事件：一个模块可以声明自定义事件，当特定条件满足时触发，例如，当你铸造非同质化通证时，可能是一个TokenCreated事件。事件被封装在 decl_event! 宏里:
decl_event!(
pub enum Event<T>
where
<T as system::Trait>::AccountId,
<T as system::Trait>::Hash
{
TokenCreated(AccountId, Hash),
}
);存储：一个模块可以定义链上的持久化数据结构，例如映射表、列表等等。存储条目定义 在decl_storage!宏里：
decl_storage! {
trait Store for Module<T: Trait> as NFTStorage {
TokenToOwner get(token): map T::Hash => Token<T::Hash, T::Hash>;
TokenIndex get(get_token_by_index): map u64 => T::Hash;
TotalTokens get(total_tokens): u64;
...
}
}可分发函数：JSON RPC可以调用的函数。
公开/私有函数：模块可以提供在运行时环境中可调用的公开函数，以及只可以在模块中调用的私有函数。
结构：模块可以定义结构，例如，在一个跟踪全球运输的区块链实现中，可能会定义一个ShipmenItem结构。
#[derive(Encode, Decode, Default, Clone, PartialEq)]
pub struct ShipmentItem<Hash, Balance> {
id: Hash,
container_id: Hash,
price: Balance,
weight: u64
}类似于substrate-node-new工具，我们也下载了substrate-module-new工具。在节点运行时目录，使用下面的命令准备一个新的模块：
substrate-module-new <module_name>
让我们将其命名为my-module：
cd runtime/src substrate-module-new my-module > SRML module created as ./my-module.rs and added to git. > Ensure that you include in your ./lib.rs the line: > mod my_module;
结果文件my-module，将和最初目录中包含的template.rs文件一致。但是使用substrate-module-new是初始化一个新的运行时模块的官方推荐的方式。
现在我们可以开发这个模块，打包称create，甚至分发到github以便大家都可以维护。
以上就是如何理解Substrate区块链开发框架，小编相信有部分知识点可能是我们日常工作会见到或用到的。希望你能通过这篇文章学到更多知识。更多详情敬请关注亿速云行业资讯频道。
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