关于webassembly:如何在-Deno-应用程序中调用-Rust-函数

作者：Michael Yuan
原文链接：https://www.infoq.com/article…

如何在 Deno TypeScript 应用程序拜访 Rust 函数？

要点：

• Deno 和 Node.js 都在基于 C/C ++ 的运行时上执行 JavaScript 以实现高性能。
• Deno 是单个二进制应用程序，与 NPM 模块不兼容，并且没有简略的办法能将本机模块合并到应用程序中。
• WebAssembly 提供了一种在 Deno 应用程序中运行高性能代码的办法。
• WebAssembly 用于服务端应用程序，是平安、轻便且轻量级的容器。
• Rust 编译器工具链为 WebAssembly 提供了弱小的反对。

备受期待的 Deno 我的项目不久前公布了 1.0 版本。Deno 由 Node.js 的创建者之一 Ryan Dahl 发动，解决 Ryan 所认为的“我为 Node.js 感到遗憾的十件事”。

Deno 没有采纳 NPM 和臭名远扬的 node_modules。Deno 是一个繁多的二进制可执行文件，运行用 TypeScript 和 JavaScript 编写的应用程序。

然而，只管 TypeScript 和 JavaScript 实用于大多数的 Web 应用程序，但它们不能满足计算密集型工作，例如神经网络训练和推理、机器学习和密码学。实际上，Node.js 常常须要应用本地库来执行这些工作（例如，应用 openssl 进行加密）。

如果没有相似 NPM 的零碎来合并本机模块，咱们如何在 Deno 上编写须要本机性能的服务端应用程序呢？WebAssembly 将提供帮忙！在本文中，咱们用 Rust 编写高性能函数，将 Rust 函数编译为 WebAssembly，而后在 Deno 应用程序中运行它们。

TL;DR

在 GitHub 上 clone 或者 fork Deno starter 模板。依照上面的阐明进行操作，只需 5 分钟，就能够在 Deno 中运行 WebAssembly 函数（由 Rust 编写）。

背景常识

Node.js 之所以十分胜利，是因为它为开发人员带来了两败俱伤的劣势：JavaScript 的易用性（尤其是基于事件的异步应用程序）以及 C/C ++ 的高性能。Node.js 应用程序是用 JavaScript 编写的，然而在基于 C / C ++ 的本机运行时中执行，例如，Google V8 JavaScript 引擎和许多本机库模块。Deno 心愿复制此公式以取得成功，但不同的是，Deno 用 TypeScript 和 Rust 反对古代技术堆栈。

Deno 是用 Rust 编写的，基于 V8 的 JavaScript 和 TypeScript 的简略、古代且平安的运行时。-deno.land 网站。

在 《我对 Node.js 感到遗憾的十件事 》这个驰名演讲中，Node.js 的创建者 Ryan Dahl 解释了为什么要开始 Deno 并将 Deno 看做 Node.js 的竞争对手甚至替代者。Dahl 的遗憾集中在 Node.js 如何治理第三方代码和模块上。

• 用于将 C 模块连贯到 Node.js 的简单构建零碎。
• package.json，node_modules，index.js 以及其余 NPM 工件非常复杂，然而这并不是必须的。

因而，Deno 在治理依赖项时做出了一些十分无意识和盲目的抉择。

• Deno 是单个二进制可执行文件。
• 应用程序应用 TypeScript 或 JavaScript 编写，并且在代码中将依赖关系明确申明为 import 语句，并带有残缺 URL 连贯到依赖关系的源代码。
• Deno 与 Node.js 模块不兼容。

这很好。然而，须要更高性能的应用程序应该怎么做呢？特地是须要在几秒钟之内执行简单的神经网络模型的 AI 即服务应用程序，该如何解决呢？在 Deno 和 Node.js 中，许多函数都是通过 TypeScript 或 JavaScript API 调用的，然而这些函数都是在用 Rust 或 C 语言编写的本机代码执行。在 Node.js 中，始终能够抉择从 JavaScript API 调用第三方的本地库。然而咱们目前无奈在 Deno 中执行此操作吗？

Deno 中的 WebAssembly 反对

WebAssembly 是一种轻量级虚拟机，旨在以靠近本机的速度执行可移植的字节码。你能够将 Rust 或 C C ++ 函数编译为 WebAssembly 字节码，而后从 TypeScript 拜访这些函数。对于某些工作，这种形式比执行 TypeScript 编写的等效函数要快得多。例如，IBM 公布的钻研发现在某些数据处理算法中应用 Rust 和 WebAssembly，能够将 Node.js 的执行速度进步 1200% 至 1500%。

Deno 外部应用 Google V8 引擎。V8 不仅是 JavaScript 运行时，还是 WebAssembly 虚拟机。Deno 开箱即用地反对 WebAssembly。Deno 为 TypeScript 应用程序提供了一个 API，以调用 WebAssembly 中的函数。

实际上，WebAssembly 中曾经实现了一些风行的 Deno 组件。例如，应用 Emscripten 将 sqlite 的 C 源代码编译到 WebAssembly 中来创立 Deno 中的 sqlite 模块。Deno WASI 组件使 WebAssembly 应用程序能够拜访底层操作系统资源，例如文件系统。本文将展现如何在 Rust 和 WebAssembly 中编写高性能 Deno 应用程序。

设置

第一步当然是装置 Deno，在大多数操作系统中，只须要一行命令

$ curl -fsSL https://deno.land/x/install/install.sh | sh

既然咱们要用 Rust 写函数，也须要装置 Rust 语言的编译器与工具.

$ curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh

最初，ssvmup 工具主动执行构建过程并生成所有工件，使 Deno 应用程序能够轻松调用 Rust 函数。同样，须要装置 ssvmup 依赖项。

$ curl https://raw.githubusercontent.com/second-state/ssvmup/master/installer/init.sh -sSf | sh

留神：ssvmup 应用 wasm-bindgen 在 JavaScript 和 Rust 源代码之间主动生成“胶水”代码，以便 JavaScript 和 Rust 能够应用各自的本机数据类型进行通信。没有 ssvmup，函数参数和返回值将限于 WebAssembly 本地反对的简略类型（即 32 位整数）。例如，如果没有 ssvmup 和 wasm-bindgen，则无奈应用字符串或数组。

Hello world

首先，让咱们看一下 Deno 的 hello world 示例，从 GitHub 获取 hello world 源代码和应用程序模板。

Rust 函数位于 src/lib.rs 文件中，只需在输出字符串前加上“hello”即可。留神，say() 函数应用#[wasm_bindgen] 进行了正文，从而使 ssvmup 能够生成必要的“管道”。基于此，咱们能够从 TypeScript 调用 Rust 函数。

#[wasm_bindgen]
pub fn say(s: &str) -> String {let r = String::from("hello");
  return r + s;
}

Deno 应用程序位于 deno / server.ts 文件中。该应用程序从 pkg / functions_lib.js 文件导入 Rust 的 say() 函数，该文件由 ssvmup 工具生成。functions_lib.js 文件名取决于 Cargo.toml 文件中定义的 Rust 项目名称。

import {serve} from "https://deno.land/std@0.54.0/http/server.ts";
import {say} from '../pkg/functions_lib.js';

type Resp = {body: string;}

const s = serve({port: 8000});
console.log("http://localhost:8000/");
for await (const req of s) {let r = {} as Resp;
  r.body = say ("World\n");
  req.respond(r);
}

当初，运行 ssvmup 将 Rust 函数构建为 Deno WebAssembly 函数。

$ ssvmup build --target deno

ssvmup 胜利实现后，您能够查看 pkg / functions_lib.js 文件，理解如何应用 Deno WebAssembly API 执行已编译的 WebAssembly 文件 pkg / functions_lib.wasm。

接下来，运行 Deno 应用程序。Deno 须要读取文件系统的权限，因为它须要加载 WebAssembly 文件。同时，Deno 也须要拜访网络，因为它须要接管和响应 HTTP 申请。

$ deno run --allow-read --allow-net deno/server.ts

当初，在另一个终端窗口中，能够拜访 Deno Web 应用程序，通过 HTTP 连贯 say hello！

$ curl http://localhost:8000/

hello World

一个简单的例子

这个入门模板我的项目包含许多具体的示例，展现了如何在 Deno TypeScript 和 Rust 函数之间传递简单的数据。这是 src/lib.rs 中其余的 Rust 函数。请留神，它们都用 #[wasm_bindgen] 正文。

#[wasm_bindgen]
pub fn obfusticate(s: String) -> String {(&s).chars().map(|c| {
    match c {'A' ..= 'M' | 'a' ..= 'm' => ((c as u8) + 13) as char,
      'N' ..= 'Z' | 'n' ..= 'z' => ((c as u8) - 13) as char,
      _ => c
    }
  }).collect()}

#[wasm_bindgen]
pub fn lowest_common_denominator(a: i32, b: i32) -> i32 {let r = lcm(a, b);
  return r;
}

#[wasm_bindgen]
pub fn sha3_digest(v: Vec<u8>) -> Vec<u8> {return Sha3_256::digest(&v).as_slice().to_vec();
}

#[wasm_bindgen]
pub fn keccak_digest(s: &[u8]) -> Vec<u8> {return Keccak256::digest(s).as_slice().to_vec();
}

兴许最乏味的是 create_line() 函数。这个函数须要两个 JSON 字符串。每个字符串代表一个 Point 构造，并返回一个代表 Line 构造的 JSON 字符串。留神，Point 和 Line 构造都应用 Serialize 和 Deserialize 进行了正文，以便 Rust 编译器主动生成必要的代码来反对它们与 JSON 字符串之间的转换。

use wasm_bindgen::prelude::*;
use serde::{Serialize, Deserialize};

#[derive(Serialize, Deserialize, Debug)]
struct Point {
  x: f32,
  y: f32
}

#[derive(Serialize, Deserialize, Debug)]
struct Line {
  points: Vec<Point>,
  valid: bool,
  length: f32,
  desc: String
}

#[wasm_bindgen]
pub fn create_line (p1: &str, p2: &str, desc: &str) -> String {let point1: Point = serde_json::from_str(p1).unwrap();
  let point2: Point = serde_json::from_str(p2).unwrap();
  let length = ((point1.x - point2.x) * (point1.x - point2.x) + (point1.y - point2.y) * (point1.y - point2.y)).sqrt();

  let valid = if length == 0.0 {false} else {true};
  let line = Line {points: vec![point1, point2], valid: valid, length: length, desc: desc.to_string()};
  return serde_json::to_string(&line).unwrap();}

#[wasm_bindgen]
pub fn say(s: &str) -> String {let r = String::from("hello");
  return r + s;
}

接下来，让咱们检查一下 JavaScript 程序 deno/test.ts，这显示了如何调用 Rust 函数。String 和 &str 是 JavaScript 中的简略字符串，i32 是数字，而 Vec <u8> 或 &[8] 是 JavaScript Uint8Array。JavaScript 对象须要先通过 JSON.stringify() 或 JSON.parse() 能力传入 Rust 函数或从 Rust 函数返回。

import {say, obfusticate, lowest_common_denominator, sha3_digest, keccak_digest, create_line} from '../pkg/functions_lib.js';

const encoder = new TextEncoder();

console.log(say("SSVM") );
console.log(obfusticate("A quick brown fox jumps over the lazy dog") );
console.log(lowest_common_denominator(123, 2) );
console.log(sha3_digest(encoder.encode("This is an important message")) );
console.log(keccak_digest(encoder.encode("This is an important message")) );

var p1 = {x:1.5, y:3.8};
var p2 = {x:2.5, y:5.8};
var line = JSON.parse(create_line(JSON.stringify(p1), JSON.stringify(p2), "A thin red line"));
console.log(line);

运行 ssvmup 构建 Rust 库之后，在 Deno 运行时中运行 deno/test.ts 会产生以下输入：

$ ssvmup build --target deno
... Building the wasm file and JS shim file in pkg/ ...

$ deno run --allow-read deno/test.ts
hello SSVM
N dhvpx oebja sbk whzcf bire gur ynml qbt
246
Uint8Array(32) [
  87, 27, 231, 209, 189, 105, 251,  49,
  ... ...
]
Uint8Array(32) [
  126, 194, 241, 200, 151, 116, 227,
  ... ...
]
{points: [ { x: 1.5, y: 3.8}, {x: 2.5, y: 5.8} ],
  valid: true,
  length: 2.2360682,
  desc: "A thin red line"
}

接下来是什么？

当初，咱们能够创立 Rust 函数，并从 Deno TypeScript 应用程序拜访 Rust 函数。接下来，咱们能够用 Rust 函数编写计算密集型工作，并通过 Deno 提供高性能和平安的 Web 服务。此类服务的示例包含机器学习和图像识别。