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你想要的WebAssembly入门与实践

jiezi

写在开头

  • 不为了追寻潮流而学习某个技术, 本人仅做最基础的入门与实践讲解
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WebAssembly 是什么，可以吃吗？

官网介绍：

  • WebAssembly 是由主流浏览器厂商组成的 W3C 社区团体 制定的一个新的规范
  • WebAssembly/wasm WebAssembly 或者 wasm 是一个可移植、体积小、加载快并且兼容 Web 的全新格式

webAssembly 的特点

高效

  • WebAssembly 有一套完整的语义，实际上 wasm 是体积小且加载快的二进制格式，其目标就是充分发挥硬件能力以达到原生执行效率

安全

  • WebAssembly 运行在一个沙箱化的执行环境中，甚至可以在现有的 JavaScript 虚拟机中实现。在 web 环境中，WebAssembly 将会严格遵守同源策略以及浏览器安全策略。

开放

  • WebAssembly 设计了一个非常规整的文本格式用来、调试、测试、实验、优化、学习、教学或者编写程序。可以以这种文本格式在 web 页面上查看 wasm 模块的源码。

标准

  • WebAssembly 在 web 中被设计成无版本、特性可测试、向后兼容的。WebAssembly 可以被 JavaScript 调用，进入 JavaScript 上下文，也可以像 Web API 一样调用浏览器的功能。当然，WebAssembly 不仅可以运行在浏览器上，也可以运行在非 web 环境下。

正式开始(要凑字数, 理解)

  • Node.js 有 C ++ 插件，Addon 模块，还能调用 C# 插件，go 插件, 还能跟他们通信
  • 我 show 一段我之前写的代码吧. 用子进程调起 c# 插件, 然后通信.(其实这个是我写的当时 windows 平台的截图插入到自研的文本编辑器中, 桌面软件)
`// Node.js 主进程中调起子进程
 await screen_window();
 
//function screen_window
import {execFile} from 'child_process';
import path from 'path';
import ipcSend from '../main/utils/ipcSender';
function screen_window() {return new Promise((resolve, reject) => {const screen_window = execFile(path.resolve($dirname, '../screenshot/PrintScr.exe'));
    screen_window.on('exit', function(code) {if (code === 1) {ipcSend.insertImage();
      }
      resolve();});
  });
}

export default screen_window;`

既然 Node.js 有拓展能力，那么浏览器环境呢？必然也需要

  • 当时为了处理一个 speex 格式的音频在 H5 中实现动态播放，我封装了一个 7000 行的库，里面大量的 8 进制 … 泪
  • 不过最后帮助到了很多人, 希望对你有用https://github.com/JinJieTan/speex-in-h5
  • 处理音视频的时候，多考虑下各种插件，webAssembly…

什么情况需要考虑到使用webAssembly?

  • 首先给大家一个链接,https://www.wasm.com.cn/demo/Tanks/，这是 坦克!,Unity 教程 中的一个游戏 导出成 WebAssembly 的游戏.
  • 很流程，丝滑般顺畅

怎么理解 webAssembly 这个技术?

  • 写到这里，还是很多人不理解，到底什么是 webAssembly 啊！
  • Node.js 可以直接运行 C# C++ 代码吗？当然不可以，只能调用操作系统能力，或者 + 中间层或者其他方式调用。
  • 浏览器可以运行 C++ 代码，rust 吗？当然也不可以（如果可以的话，你告诉我，我把这里改了）
  • 那么，webAssembly 模块必然是要被编译成浏览器可以识别的语言，然后被 JS 调用，可以看成 C ++ ADDON 一样的形式吧，我个人理解

在这里，我要强调一件事

  • Electron 中，虽然分主进程和渲染进程，但是主进程阻塞，同样会阻塞渲染进程，GC 也是会阻塞的。回收 300MB，需要 1S 还是多久，忘记了，去年做过实验
  • 那么浏览器中，这种调用 webAssembly 模块的情况下，理论上如果 webAssembly 模块被阻塞了，那么 JS 主解析线程也是会阻塞的。可是我在国外网站上看到的内容是说：每个 WebAssembly 线程都在 Web Worker 中运行，相当于跟 JS 主解析线程是分开的，不会阻塞 JS 主线程的解析
  • 最近看到又新引入的 SharedArrayBuffer 和原子操作使开发人员能跨多个线程使用共享的内存了。这样以来就能实现更细粒度的并发算法，避免过于硬核引发不适，可以自行跳转https://hacks.mozilla.org/2017/06/a-crash-course-in-memory-management/

如何编写 webAssembly 模块

  • 将下面这段代码复制到浏览器控制台 就可以运行了
WebAssembly.compile(new Uint8Array(`
  00 61 73 6d  01 00 00 00  01 0c 02 60  02 7f 7f 01
  7f 60 01 7f  01 7f 03 03  02 00 01 07  10 02 03 61
  64 64 00 00  06 73 71 75  61 72 65 00  01 0a 13 02
  08 00 20 00  20 01 6a 0f  0b 08 00 20  00 20 00 6c
  0f 0b`.trim().split(/[\s\r\n]+/g).map(str => parseInt(str, 16))
)).then(module => {const instance = new WebAssembly.Instance(module)
  const {add, square} = instance.exports

  console.log('2 + 4 =', add(2, 4))
  console.log('3^2 =', square(3))
  console.log('(2 + 5)^2 =', square(add(2 + 5)))

})``
  • 输出结果：

这里应该大家能看出来,webAssembly 模块，其实就是二进制文件

  • 你编写的 webAssembly 模块，无论是什么语言，他最终应该是一段二进制文件，然后被前端通过 ajax 获取
  • 如何编译:https://www.wasm.com.cn/getting-started/developers-guide/

如何加载 / 运行 webAssembly 模块?

  • 在未来计划中，WebAssembly 模块可以使用 ES6 模块 (使用<script type="module">) 加载，WebAssembly 目前只能通过 JavaScript 来加载和编译。基础的加载，只需要 3 步：

    • 获取 .wasm 二进制文件，将它转换成类型数组或者 ArrayBuffer
    • 将二进制数据编译成一个 WebAssembly.Module
    • 使用 imports 实例化这个 WebAssembly.Module，获取 exports。

使用 webAssembly 模块示例:

  • 首先定义加载 webAssembly 的功能函数:
`/**
 * @param {String} path wasm 文件路径
 * @param {Object} imports 传递到 wasm 代码中的变量
 */
function loadWebAssembly (path, imports = {}) {return fetch(path)
    .then(response => response.arrayBuffer())
    .then(buffer => WebAssembly.compile(buffer))
    .then(module => {imports.env = imports.env || {}

      // 开辟内存空间
      imports.env.memoryBase = imports.env.memoryBase || 0
      if (!imports.env.memory) {imports.env.memory = new WebAssembly.Memory({ initial: 256})
      }

      // 创建变量映射表
      imports.env.tableBase = imports.env.tableBase || 0
      if (!imports.env.table) {
        // 在 MVP 版本中 element 只能是 "anyfunc"
        imports.env.table = new WebAssembly.Table({initial: 0, element: 'anyfunc'})
      }

      // 创建 WebAssembly 实例
      return new WebAssembly.Instance(module, imports)
    })
}`
  • 然后外部调用, 传入存放这个 WebAssembly 模块的资源接口
`loadWebAssembly('path/to/math.wasm')
  .then(instance => {const { add, square} = instance.exports
    // ...
  })`
  • 只要通过请求获取到了它，然后处理后，就可以获取到 exports 出来的内容了

想要更深入了解的，可以参考下 webAssembly 和 ffmpeg 实现前端转码

  • 导出一个入口函数到上层 js
  • 传入函数参数来控制 ffmpeg 命令行参数
  • 通过虚拟文件系统传入输入文件以及获取输出文件
  • https://zhuanlan.zhihu.com/p/27910351 使用方法:

`self.importScripts('ffmpeg.js');
onmessage = function(e) {console.log('ffmpeg_run', ffmpeg_run);
  var files = e.data;
  console.log(files);
  ffmpeg_run({arguments: ['-i', '/input/' + files[0].name, '-b:v', '64k', '-bufsize', '64k', '-vf', 'showinfo', '-strict', '-2', 'out.mp4'],
    files: files,
  }, function(results) {console.log('result',results);
    self.postMessage(results[0].data, [results[0].data]);
  });
}`
  • 涉及到转码，压缩这些事情的时候，就要多考虑 webAssembly 了，当然 node.js 本身命令传参调用 ffmpeg 也可以，像图片压缩这种事情，Node.js 也做不好的，就算上了 C ++ 插件也不行，CPU 吃得很，并发稍微上去点,CPU 就打到百分百.

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