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关于javascript:WebAssembly及其-API-的完整介绍

jiezi

作者：Mahdhi Rezvi
译者：前端小智
起源：medium

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自从引入计算机以来，本地应用程序的性能有了微小的进步。相比之下，web 应用程序相当慢，因为 JS 一开始并不是为了速度而构建的。然而因为浏览器之间的强烈竞争以及 JS 引擎如 V8 的疾速开发，使得 JS 可能在机器上疾速运行。然而它依然不能超过本机应用程序的性能。这次要是因为 JS 代码必须经验几个过程能力生成机器码。

随着 WebAssembly 的引入，古代 Web 产生革命性的变动，这项技术十分快。让咱们看一下什么是 WebAssembly，以及如何与 JS 集成以构建疾速的应用程序。

什么是 WebAssembly？

在理解 WebAssembly 之前，让咱们看一下什么是 Assembly。

Assembly(汇编)是一种低级编程语言，它与体系结构的机器级指令有着十分亲密的分割。换句话说，它只需一个过程就能够转换为机器能够了解的代码，即 机器代码 。此转换过程称为 汇编。

WebAssembly能够简称为 Web 的汇编。它是一种相似于汇编语言的低级语言，具备紧凑的二进制格局，使您可能以相似本机的速度运行 Web 应用程序。它还为 C，C ++ 和 Rust 等语言提供了编译指标，从而使客户端应用程序可能以靠近本地的性能在 Web 上运行。

此外，WebAssembly 的呈现是与 JS 一起运行，而不是取代 JS。应用 WebAssembly JavaScript API，你能够交替地运行来自任一种语言的代码，来回没有任何问题。这为咱们提供了利用 WebAssembly 的弱小性能和性能以及 JS 的通用性和适应性的应用程序。这为 web 应用程序关上了一个全新的世界，它能够运行最后并不打算用于 web 的代码和性能。

有什么区别

Lin Clark 预测，2017 年 WebAssembly 的引入可能会引发 web 开发生命中的一个新的拐点。晚期的另一个拐点 生在引入 JITs 编译的时候，JIT 编译使 JS 的速度进步了近 10 倍。

如果将 WebAssembly 的编译过程与 JS 的编译过程进行比拟，会留神到几个过程已被剥离，其余过程已被修剪，如下所示：

JIT 是使 JavaScript 运行更快的一种伎俩，通过监督代码的运行状态，把 hot 代码（反复执行屡次的代码）进行优化。通过这种形式，能够使 JavaScript 利用的性能晋升很多倍。

认真比拟上图，留神到, 从新参加 WebAssembly 曾经齐全被剥夺掉了。这次要是因为编译器不须要对 WebAssembly 代码做任何假如, 因为诸如数据类型是在代码中明确提及。

然而 JS 不是这样的，因为 JIT 应该做一些假如来运行代码，如果假如失败，它须要从新优化它的代码。

如何获取 WebAssembly 代码

WebAssembly是一项平凡的技术，咱们须要如何利用 WebAssembly 的弱小性能呢？

有几种办法：

  • 不举荐从头编写 WebAssembly 代码，除非你十分理解基本知识
  • 从 C 编译为 WebAssembly
  • 从 C++ 编译为 WebAssembly
  • 从 Rust 编译为 WebAssembly
  • 应用 AssemblyScript 将 Typescript 编译为 WebAssembly。对于不相熟 C/C ++ 或 Rust 的 Web 开发人员来说，这是一个不错的抉择
  • 反对更多的语言选项。

此外，还有 Emscripten 和 WebAssembly Studio 之类的工具能够帮忙您实现上述过程。

JS 的 WebAssembly API

为了充分利用 WebAssembly 的个性，咱们必须将其与 JS 代码集成在一起，这能够在 JavaScript WebAssembly API 的帮忙下实现。

模块编译和实例化

WebAssembly 代 码驻留在 .wasm 文 件中。这个文件应该被编译成特定于它所运行的机器的机器码。咱们能够应用 WebAssembly.compile 办法来编译 WebAssembly 模块。

WebAssembly.instantiate办法实例化已编译模块。另外，咱们也能够从 .wasm 文件取得的数组缓冲区传递到 WebAssembly.instantiate 办法中。这也实用，因为实例化办法有两个重载。

let exports

fetch('sample.wasm').then(response =>
  response.arrayBuffer()).then(bytes =>
  WebAssembly.instantiate(bytes)
).then(results => {exports = results.instance.exports})

上述办法的毛病之一是这些办法不能间接拜访字节码，因而在编译 / 实例化 wasm 模块之前，须要采取额定的步骤将响应转换为ArrayBuffer。

相同，咱们能够应用 WebAssembly.compileStreaming / WebAssembly.instantiateStreaming 办法来实现与上述雷同的性能，其长处是能够间接拜访字节码，而无需将响应转换为ArrayBuffer。

let exports

WebAssembly.instantiateStreaming(fetch('sample.wasm'))
.then(obj => {exports = obj.instance.exports})

留神，WebAssembly.instantiate和 WebAssembly.instantiateStreaming 会返回实例以及已编译的模块，它们可用于疾速启动模块的实例。

let exports;
let compiledModule;

WebAssembly.instantiateStreaming(fetch('sample.wasm'))
.then(obj => {
  exports = obj.instance.exports;
  //access compiled module
  compiledModule = obj.module;
})

导入对象

实例化 WebAssembly 模块实例时，能够抉择传递一个导入对象，该对象将蕴含要导入到新创建的模块实例中的值，有 4 种类型：

  • global values
  • functions
  • memory
  • tables

能够将导入对象视为提供给模块实例的工具，以帮忙它实现其工作。如果没有提供导入对象，编译器将调配默认值。

Global

WebAssembly.Global 对象示意一个全局变量实例, 能够被 JavaScript 和importable/exportable 拜访 , 逾越一个或多个WebAssembly.Module 实例. 他容许被多个 modules 动静连贯.

能够应用 WebAssembly.Global() 构造函数创立全局实例。

const global = new WebAssembly.Global({
    value: 'i64',
    mutable: true
}, 20)

语法

var myGlobal = new WebAssembly.Global(descriptor, value)

global 构造函数承受两个参数。

descriptor

GlobalDescriptor 蕴含 2 个属性的表:

  • value: A USVString 示意全局变量的数据类型. 能够是i32, i64, f32, 或 f64
  • mutable: 布尔值决定是否能够批改. 默认是 false

value
能够是任意变量值，须要其类型与变量类型匹配. 如果变量没有定义, 应用 0 代替

const global = new WebAssembly.Global({
    value: 'i64',
    mutable: true
}, 20);

let importObject = {
    js: {global}
};

WebAssembly.instantiateStreaming(fetch('global.wasm'), importObject)

全局实例应该传递给importObject，以便在 WebAssembly 模块实例中能够拜访它。

Memory

当 WebAssembly 模块被实例化时，它须要一个 memory 对象。你能够创立一个新的 WebAssembly.Memory 并传递该对象。如果没有创立 memory 对象，在模块实例化的时候将会主动创立，并且传递给实例。

JS 引擎创立一个 ArrayBuffer 来做这件事件。ArrayBuffer 是 JS 援用的 JavaScript 对象。JS 为你分配内存。你通知它须要多少内存，它会创立一个对应大小的ArrayBuffer

ArrayBuffer 做了两件事件，一件是做 WebAssembly 的内存，另外一件是做 JavaScript 的对象。

  1. 它使 JS 和 WebAssembly 之间传递内容更不便。
  2. 使内存治理更平安。

Table

WebAssembly.Table() 构造函数依据给定的大小和元素类型创立一个 Table 对象。

这是一个包装了 WebAssemble Table 的 Javascript 包装对象，具备类数组构造，存储了多个函数援用。在 JS 或者 WebAssemble 中创立 Table 对象能够同时被 JS 或WebAssemble 拜访和更改。

引入 Table 的次要起因是进步了安全性。咱们能够应用 set()、grow() 和get()办法来操作表。

事例

为了演示，我将应用 WebAssembly Studio 应用程序将 C 文件编译为.wasm。

我曾经在 wasm 文件中创立了一个函数来计算一个数字的幂。我将必要的值传递给函数，而后用 JavaScript 接管输入。

同样，我在 wasm 中进行了一些字符串操作。须要留神，wasm没有字符串类型。因而，它将应用 ASCII 值。返回到 JS 的值将指向存储输入的内存地位。因为内存对象是ArrayBuffer，因而我要进行迭代，直到收到字符串中的所有字符为止。

JavaScript 文件

let exports;
let buffer;
(async() => {let response = await fetch('../out/main.wasm');
  let results = await WebAssembly.instantiate(await response.arrayBuffer());
  //or
  // let results = await WebAssembly.instantiateStreaming(fetch('../out/main.wasm'));
  let instance = results.instance;
  exports = instance.exports;
  buffer = new Uint8Array(exports.memory.buffer);

  findPower(5,3);
  
  printHelloWorld();})();

const findPower = (base = 0, power = 0) => {console.log(exports.power(base,power));
}

const printHelloWorld = () => {let pointer = exports.helloWorld();
  let str = "";
  for(let i = pointer;buffer[i];i++){str += String.fromCharCode(buffer[i]);
  }
  console.log(str);
}

C 文件

#define WASM_EXPORT __attribute__((visibility("default")))
#include <math.h>


WASM_EXPORT
double power(double number,double power_value) {return pow(number,power_value);
}

WASM_EXPORT
char* helloWorld(){return "hello world";}

利用

WebAssembly 更适宜用于写模块，承接各种简单的计算，如图像处理、3D 运算、语音辨认、视音频编码解码这种工作，主体程序还是要用 javascript 来写的。

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