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新葡亰496net:幕后掀起,及其应用景况

发布时间:2019-11-05 00:38编辑:新葡亰官网浏览(187)

    webassembly 的那些事

    2018/01/23 · JavaScript · webassembly

    原文出处: 刘艳   

    简介

    JS于1995年问世,设计的初衷不是为了执行起来快。直到08年性能大战中,许多浏览器引入了即时编译 JIT(just-in-time编译器),JavaScript 代码的运行渐渐变快。正是由于这些 JIT 的引入,使得 JavaScript 的性能达到了一个转折点,JS 代码执行速度快了 20 — 50倍。

    JIT 是使 JavaScript 运行更快的一种手段,通过监视代码的运行状态,把 hot 代码(重复执行多次的代码)进行优化。通过这种方式,可以使 JavaScript 应用的性能提升很多倍。

    更多JIT工作原理,有兴趣请移步:)

     

    随着性能的提升,JavaScript 可以应用到以前根本没有想到过的领域,比如用于后端开发的 Node.js。性能的提升使得 JavaScript 的应用范围得到很大的扩展。

    JavaScript的无类型是JavaScript引擎的性能瓶颈之一,在过去几年,我们看到越来越多的项目问世,它们试图通过开发编译程序,将其他语言代码转化为 JavaScript,以此让开发者克服 JavaScript 自身存在的一些短板。其中一些项目专注于给编程语言增加新的功能,比如微软的 TypeScript 和 Google 的 Dart,【设计一门新的强类型语言并强制开发者进行类型指定】或是加快 JavaScript 的执行速度,例如 Mozilla 的 asm.js 项目和Google的PNaCI【给现有的JavaScript加上变量类型】。

    现在通过 WebAssembly,我们很有可能正处于第二个拐点。新葡亰496net 1

     

    什么是webAssembly?

    WebAssembly是一种新的适合于编译到Web的,可移植的,大小和加载时间高效的格式,是一种新的字节码格式。它的缩写是”.wasm”,.wasm 为文件名后缀,是一种新的底层安全的“二进制”语法。它被定义为“精简、加载时间短的格式和执行模型”,并且被设计为Web 多编程语言目标文件格式。 这意味着浏览器端的性能会得到极大提升,它也使得我们能够实现一个底层构建模块的集合.

    webAssembly的优势

    webassembly相较于asm.js的优势主要是涉及到性能方面。根据WebAssembly FAQ的描述:在移动设备上,对于很大的代码库,asm.js仅仅解析就需要花费20-40秒,而实验显示WebAssembly的加载速度比asm.js快了20倍,这主要是因为相比解析 asm.js 代码,JavaScript 引擎破译二进制格式的速度要快得多。

    主流的浏览器目前均支持webAssembly。

    • Safari 支持 WebAssembly的第一个版本是11
    • Edge 支持 WebAssembly的第一个版本是16
    • Firefox 支持 WebAssembly的第一个版本是 52
    • chrome 支持 WebAssembly的第一个版本是 57

    使用WebAssembly,我们可以在浏览器中运行一些高性能、低级别的编程语言,可用它将大型的C和C 代码库比如游戏、物理引擎甚至是桌面应用程序导入Web平台。

    悄悄掀起 WebAssembly 的神秘面纱

    2018/09/05 · JavaScript · webassembly

    原文出处: WebAssembly   

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    前端开发人员想必对现代浏览器都已经非常熟悉了吧?HTML5,CSS4,JavaScript ES6,这些已经在现代浏览器中慢慢普及的技术为前端开发带来了极大的便利。

    得益于 JIT(Just-in-time)技术,JavaScript 的运行速度比原来快了 10 倍,这也是 JavaScript 被运用得越来越广泛的原因之一。但是,这是极限了吗?

    随着浏览器技术的发展,Web 游戏眼看着又要“卷土重来”了,不过这一次不是基于 Flash 的游戏,而是充分利用了现代 HTML5 技术实现。JavaScript 成为了 Web 游戏的开发语言,但是对于游戏这样需要大量运算的程序来说,即便是有 JIT 加持,JavaScript 的性能还是不能满足人类贪婪的欲望。

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    WebAssembly 对比 JavaScript 及其使用场景

    2018/05/17 · JavaScript · 滚动

    原文出处: Alexander Zlatkov   译文出处:Troland   

    开发前准备工作(MAC系统)

    1.安装 cmake brew install cmake

    2.安装 pyhton brew insatll python

    3.安装 Emscripten (调整下电脑的休眠时间,不要让电脑进入休眠,安装时间较长)

    安装步骤如下:

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    执行 source ./emsdkenv.sh,并将shell中的内容添加到环境变量中(~/.bashprofile):

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    执行: source ~/.bash_profile

    4.安装 WABT(将.wast文件转成 .wasm文件)新葡亰496net 6

    5.浏览器设置

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    如果浏览器太旧,请更新浏览器,或者安装激进版浏览器来体验新技术。

    6.一个本地web服务器.

    Emscripten,它基于 LLVM ,可以将 C/C 编译成 asm.js,使用 WASM 标志也可以直接生成 WebAssembly 二进制文件(后缀是 .wasm)

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    注:emcc 在 1.37 以上版本才支持直接生成 wasm 文件

    Binaryen 是一套更为全面的工具链,是用C 编写成用于WebAssembly的编译器和工具链基础结构库。WebAssembly是二进制格式(Binary Format)并且和Emscripten集成,因此该工具以Binary和Emscript-en的末尾合并命名为Binaryen。它旨在使编译WebAssembly容易、快速、有效。

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    • wasm-as:将WebAssembly由文本格式编译成二进制格式;
    • wasm-dis:将二进制格式的WebAssembly反编译成文本格式;
    • asm2wasm:将asm.js编译到WebAssembly文本格式,使用Emscripten的asm优化器;
    • s2wasm:在LLVM中开发,由新WebAssembly后端产生的.s格式的编译器;
    • wasm.js:包含编译为JavaScript的Binaryen组件,包括解释器、asm2wasm、S表达式解析器等。

    WABT工具包支持将二进制WebAssembly格式转换为可读的文本格式。其中wasm2wast命令行工具可以将WebAssembly二进制文件转换为可读的S表达式文本文件。而wast2wasm命令行工具则执行完全相反的过程。

    • wat2wasm: webAssembly文本格式转换为webAssembly二进制格式(.wast 到 .wasm)
    • wasm2wat: 将WebAssembly二进制文件转换为可读的S表达式文本文件(.wat)
    • wasm-objdump: print information about a wasm binary. Similiar to objdump.
    • wasm-interp: 基于堆栈式解释器解码和运行webAssembly二进制文件
    • wat-desugar: parse .wat text form as supported by the spec interpreter
    • wasm-link: simple linker for merging multiple wasm files.
    • wasm2c: 将webAssembly二进制文件转换为C的源文件

    JavaScript 在浏览器中是怎么跑起来的?

    对于现在的计算机来说,它们只能读懂“机器语言”,而人类的大脑能力有限,直接编写机器语言难度有点大,为了能让人更方便地编写程序,人类发明了大量的“高级编程语言”,JavaScript 就属于其中特殊的一种。

    为什么说是特殊的一种呢?由于计算机并不认识“高级编程语言”写出来的东西,所以大部分“高级编程语言”在写好以后都需要经过一个叫做“编译”的过程,将“高级编程语言”翻译成“机器语言”,然后交给计算机来运行。但是,JavaScript 不一样,它没有“编译”的过程,那么机器是怎么认识这种语言的呢?

    实际上,JavaScript 与其他一部分脚本语言采用的是一种“边解释边运行”的姿势来运行的,将代码一点一点地翻译给计算机。

    那么,JavaScript 的“解释”与其他语言的“编译”有什么区别呢?不都是翻译成“机器语言”吗?简单来讲,“编译”类似于“全文翻译”,就是代码编写好后,一次性将所有代码全部编译成“机器语言”,然后直接交给计算机;而“解释”则类似于“实时翻译”,代码写好后不会翻译,运行到哪,翻译到哪。

    “解释”和“编译”两种方法各有利弊。使用“解释”的方法,程序编写好后就可以直接运行了,而使用“编译”的方法,则需要先花费一段时间等待整个代码编译完成后才可以执行。这样一看似乎是“解释”的方法更快,但是如果一段代码要执行多次,使用“解释”的方法,程序每次运行时都需要重新“解释”一遍,而“编译”的方法则不需要了。这样一看,“编译”的整体效率似乎更高,因为它永远只翻译一次,而“解释”是运行一次翻译一次。并且,“编译”由于是一开始就对整个代码进行的,所以可以对代码进行针对性的优化。

    JavaScript 是使用“解释”的方案来运行的,这就造成了它的效率低下,因为代码每运行一次都要翻译一次,如果一个函数被循环调用了 10 次、100 次,这个执行效率可想而知。

    好在聪明的人类发明了 JIT(Just-in-time)技术,它综合了“解释”与“编译”的优点,它的原理实际上就是在“解释”运行的同时进行跟踪,如果某一段代码执行了多次,就会对这一段代码进行编译优化,这样,如果后续再运行到这一段代码,则不用再解释了。

    JIT 似乎是一个好东西,但是,对于 JavaScript 这种动态数据类型的语言来说,要实现一个完美的 JIT 非常难。为什么呢?因为 JavaScript 中的很多东西都是在运行的时候才能确定的。比如我写了一行代码:const sum = (a, b, c) => a b c;,这是一个使用 ES6 语法编写的 JavaScript 箭头函数,可以直接放在浏览器的控制台下运行,这将声明一个叫做 sum 的函数。然后我们可以直接调用它,比如:console.log(sum(1, 2, 3)),任何一个合格的前端开发人员都能很快得口算出答案,这将输出一个数字 6。但是,如果我们这样调用呢:console.log(sum('1', 2, 3)),第一个参数变成了一个字符串,这在 JavaScript 中是完全允许的,但是这时得到的结果就完全不同了,这会导致一个字符串和两个数字进行连接,得到 "123"。这样一来,针对这一个函数的优化就变得非常困难了。

    虽说 JavaScript 自身的“特性”为 JIT 的实现带来了一些困难,但是不得不说 JIT 还是为 JavaScript 带来了非常可观的性能提升。

    你听说过 WebAssembly 吗?这是由 Google , Microsoft , Mozilla , Apple 等几家大公司合作发起的一个关于 面向Web的通用二进制和文本格式 的项目。 现在就让我们来看看WebAssembly到底是个啥?为什么它的出现和未来的发展跟我们每个人都息息相关,即使你并不是一个程序猿/媛~

    WebAssembly 对比 JavaScript 及其使用场景

    这是 JavaScript 工作原理的第六章。

    现在,我们将会剖析 WebAssembly 的工作原理,而最重要的是它和 JavaScript 在性能方面的比对:加载时间,执行速度,垃圾回收,内存使用,平台 API 访问,调试,多线程以及可移植性。

    我们构建网页程序的方式正面临着改革-这只是个开始而我们对于网络应用的思考方式正在发生改变。

    webAssembly的方法

    WebAssembly

    为了能让代码跑得更快,WebAssembly 出现了(并且现在主流浏览器也都开始支持了),它能够允许你预先使用“编译”的方法将代码编译好后,直接放在浏览器中运行,这一步就做得比较彻底了,不再需要 JIT 来动态得进行优化了,所有优化都可以在编译的时候直接确定。

    WebAssembly 到底是什么呢?

    首先,它不是直接的机器语言,因为世界上的机器太多了,它们都说着不同的语言(架构不同),所以很多情况下都是为各种不同的机器架构专门生成对应的机器代码。但是要为各种机器都生成的话,太复杂了,每种语言都要为每种架构编写一个编译器。为了简化这个过程,就有了“中间代码(Intermediate representation,IR)”,只要将所有代码都翻译成 IR,再由 IR 来统一应对各种机器架构。

    实际上,WebAssembly 和 IR 差不多,就是用于充当各种机器架构翻译官的角色。WebAssembly 并不是直接的物理机器语言,而是抽象出来的一种虚拟的机器语言。从 WebAssembly 到机器语言虽说也需要一个“翻译”过程,但是在这里的“翻译”就没有太多的套路了,属于机器语言到机器语言的翻译,所以速度上已经非常接近纯机器语言了。

    这里有一个 WebAssembly 官网上提供的 Demo,是使用 Unity 开发并发布为 WebAssembly 的一个小游戏:,可以去体验体验。

    至少在某种程度上,它将改变Web生态。

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    首先,认识下 WebAssembly 吧

    WebAssembly(又称 wasm) 是一种用于开发网络应用的高效,底层的字节码。

    WASM 让你在其中使用除 JavaScript 的语言以外的语言(比如 C, C , Rust 及其它)来编写应用程序,然后编译成(提早) WebAssembly。

    构建出来的网络应用加载和运行速度都会非常快。

    webAssembly.validate

    webAssembly.validate() 方法验证给定的二进制代码的 typed array 是否是合法的wasm module.返回布尔值。新葡亰496net 12

    使用

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    webAssembly.Module

    WebAssembly.Module() 构造函数可以用来同步编译给定的 WebAssembly 二进制代码。不过,获取 Module 对象的主要方法是通过异步编译函数,如 WebAssembly.compile(),或者是通过 IndexedDB 读取 Module 对象.新葡亰496net 14

    参数: 一个包含你想编译的wasm模块二进制代码的 typed array(类型数组) or ArrayBuffer(数组缓冲区).

    重要提示:由于大型模块的编译可能很消耗资源,开发人员只有在绝对需要同步编译时,才使用 Module() 构造函数;其他情况下,应该使用异步 WebAssembly.compile() 方法。

    .wasm 文件 与 .wat 文件

    WebAssembly 是通过 *.wasm 文件进行存储的,这是编译好的二进制文件,它的体积非常的小。

    在浏览器中,提供了一个全局的 window.WebAssembly 对象,可以用于实例化 WASM 模块。

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    WebAssembly 是一种“虚拟机器语言”,所以它也有对应的“汇编语言”版本,也就是 *.wat 文件,这是 WebAssembly 模块的文本表示方法,采用“S-表达式(S-Expressions)”进行描述,可以直接通过工具将 *.wat 文件编译为 *.wasm 文件。熟悉 LISP 的同学可能对这种表达式语法比较熟悉。

    JavaScript–Web世界的汇编语言

    我们有许多面向Web应用的开发规范,这些设计优良的规范让Web开发者们的工作变得更加的简单。我们很难想象自己所创建和网站或应用没有任何规则、编程语言、框架和开发理念可以遵循。

    而将所有这些事情组合到一起的Web规范有一个众所周知的名字: JavaScript !

    JavaScript基本上已经成为了Web平台的标准开发语言。而随着越来越多的软件成为了Web应用,JavaScript更是获得了极大的发展。

    但在过去几年,我们看到越来越多的项目问世,它们试图通过开发编译程序,将其他语言代码转化为 JavaScript,以此让开发者克服 JavaScript自身存在的一些短板。其中一些项目专注于给编程语言增加新的功能,比如微软的 TypeScript 和Google的 Dart ,或是加快 JavaScript的执行速度,例如 Mozilla 的 asm.js 项目和Google的 PNaCI 。

    在默认环境下,JavaScript文档其实就是简单的文本文件,先是从服务器下载,然后由浏览器中的 JavaScript引擎解析并编译。用户可以通过Ajax技术在浏览网页时与服务器进行通信。

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    在浏览器端目前是使用JavaScript来实现与用户进行动态交互等功能,虽然很多JavaScript框架都致力于性能优化,但是一套基于字节码的系统仍然会有更快更好的性能表现。

    加载时间

    为了加载 JavaScript,浏览器必须加载所有文本格式的 js 文件。

    浏览器会更加快速地加载 WebAssembly,因为 WebAssembly 只会传输已经编译好的 wasm 文件。而且 wasm 是底层的类汇编语言,具有非常紧凑的二进制格式。

    webAssembly.compile

    WebAssembly.compile() 方法编译WebAssembly二进制代码到一个WebAssembly.Module 对象。新葡亰496net 17

    一个非常简单的例子

    我们来看一个非常简单的例子,这个已经在 Chrome 69 Canary 和 Chrome 70 Canary 中测试通过,理论上可以在所有已经支持 WebAssembly 的浏览器中运行。(在后文中有浏览器的支持情况)

    首先,我们先使用 S-表达式 编写一个十分简单的程序:

    ;; test.wat (module (import "env" "mem" (memory 1)) ;; 这里指定了从 env.mem 中导入一个内存对象 (func (export "get") (result i32) ;; 定义并导出一个叫做“get”的函数,这个函数拥有一个 int32 类型的返回值,没有参数 memory.size)) ;; 最终返回 memory 对象的“尺寸”(单位为“页”,目前规定 1 页 = 64 KiB = 65536 Bytes)

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    ;; test.wat
    (module
      (import "env" "mem" (memory 1)) ;; 这里指定了从 env.mem 中导入一个内存对象
      (func (export "get") (result i32)  ;; 定义并导出一个叫做“get”的函数,这个函数拥有一个 int32 类型的返回值,没有参数
        memory.size))  ;; 最终返回 memory 对象的“尺寸”(单位为“页”,目前规定 1 页 = 64 KiB = 65536 Bytes)

    可以使用 wabt 中的 wasm2wat 工具将 wasm 文件转为使用“S-表达式”进行描述的 wat 文件。同时也可以使用 wat2wasm 工具将 wat 转为 wasm。

    在 wat 文件中,双分号 ;; 开头的内容都是注释。

    上面这个 wat 文件定义了一个 module,并导入了一个内存对象,然后导出了一个叫做“get”的函数,这个函数返回当前内存的“尺寸”。

    在 WebAssembly 中,线性内存可以在内部直接定义然后导出,也可以从外面导入,但是最多只能拥有一个内存。这个内存的大小并不是固定的,只需要给一个初始大小 initial,后期还可以根据需要调用 grow 函数进行扩展,也可以指定最大大小 maximum(这里所有内存大小的单位都是“页”,目前规定的是 1 页 = 64 KiB = 65536 Bytes。)

    上面这个 wat 文件使用 wat2wasm 编译为 wasm 后生成的文件体积非常小,只有 50 Bytes:

    $ wat2wasm test.wat $ xxd test.wasm 00000000: 0061 736d 0100 0000 0105 0160 0001 7f02 .asm.......`.... 00000010: 0c01 0365 6e76 036d 656d 0200 0103 0201 ...env.mem...... 00000020: 0007 0701 0367 6574 0000 0a06 0104 003f .....get.......? 00000030: 000b ..

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    $ wat2wasm test.wat
    $ xxd test.wasm
    00000000: 0061 736d 0100 0000 0105 0160 0001 7f02  .asm.......`....
    00000010: 0c01 0365 6e76 036d 656d 0200 0103 0201  ...env.mem......
    00000020: 0007 0701 0367 6574 0000 0a06 0104 003f  .....get.......?
    00000030: 000b                                     ..

    为了让这个程序能在浏览器中运行,我们还必须使用 JavaScript 编写一段“胶水代码(glue code)”,以便这个程序能被加载到浏览器中并执行:

    // main.js const file = await fetch('./test.wasm'); const memory = new window.WebAssembly.Memory({ initial: 1 }); const mod = await window.WebAssembly.instantiateStreaming(file, { env: { mem: memory, }, }); let result; result = mod.instance.exports.get(); // 调用 WebAssembly 模块导出的 get 函数 console.log(result); // 1 memory.grow(2); result = mod.instance.exports.get(); // 调用 WebAssembly 模块导出的 get 函数 console.log(result); // 3

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    // main.js
     
    const file = await fetch('./test.wasm');
    const memory = new window.WebAssembly.Memory({ initial: 1 });
    const mod = await window.WebAssembly.instantiateStreaming(file, {
      env: {
        mem: memory,
      },
    });
    let result;
    result = mod.instance.exports.get();  // 调用 WebAssembly 模块导出的 get 函数
    console.log(result);  // 1
    memory.grow(2);
    result = mod.instance.exports.get();  // 调用 WebAssembly 模块导出的 get 函数
    console.log(result);  // 3
     

    这里我使用了现代浏览器都已经支持的 ES6 语法,首先,使用浏览器原生提供的 fetch 函数加载我们编译好的 test.wasm 文件。注意,这里根据规范,HTTP 响应的 Content-Type 中指定的 MIME 类型必须为 application/wasm

    接下来,我们 new 了一个 WebAssembly.Memory 对象,通过这个对象,可以实现 JavaScript 与 WebAssembly 之间互通数据。

    再接下来,我们使用了 WebAssembly.instantiateStreaming 来实例化加载的 WebAssembly 模块,这里第一个参数是一个 Readable Stream,第二个参数是 importObject,用于指定导入 WebAssembly 的结构。因为上面的 wat 代码中指定了要从 env.mem 导入一个内存对象,所以这里就得要将我们 new 出来的内存对象放到 env.mem 中。

    WebAssembly 还提供了一个 instantiate 函数,这个函数的第一个参数可以提供一个 ArrayBuffer 或是 TypedArray。但是这个函数是不推荐使用的,具体原因做过流量代理转发的同学可能会比较清楚,这里就不具体解释了。

    最后,我们就可以调用 WebAssembly 导出的函数 get 了,首先输出的内容为 memoryinitial 的值。然后我们调用了 memory.grow 方法来增长 memory 的尺寸,最后输出的内容就是增长后内存的大小 1 2 = 3

    所以,WebAssembly到底是个什么鬼?

    WebAssembly是一种新的字节码格式。它的缩写是".wasm", .wasm 为文件名后缀,是一种新的底层安全的二进制语法。。它被定义为“精简、加载时间短的格式和执行模型”,并且被设计为Web 多编程语言目标文件格式。 这意味着浏览器端的性能会得到极大提升,它也使得我们能够实现一个底层构建模块的集合,例如,强类型和块级作用域。(原文: And it gives us access to a set of low level building blocks, such as a range of types and operations. 这句话我实在不知如何翻译。。。) 不过别搞错了,这并不意味着WebAssmbly是为了取代 JavaScript而生哟~ 就像Bjarne Stroustup说的:“JS会活得很好,因为世界上只有两种类型的语言:一类语言被人们不断的地吐槽,而另一类语言压根儿没人用!”而 Eric Elliott 认为:“最好不要把WebAssembly仅仅当做一门编程语言,实际上它更像是一个编译器。”

    执行速度

    如今 Wasm 运行速度只比原生代码慢 20%。无论如何,这是一个令人惊喜的结果。它是这样的一种格式,会被编译进沙箱环境中且在大量的约束条件下运行以保证没有任何安全漏洞或者使之强化。和真正的原生代码比较,执行速度的下降微乎其微。另外,未来将会更加快速。

    更让人高兴的是,它具备很好的浏览器兼容特性-所有主流浏览器引擎都支持 WebAssembly 且运行速度相关无几。

    为了理解和 JavaScript 对比,WebAssembly 的执行速度有多快,你应该首先阅读之前的 JavaScript 引擎工作原理的文章。

    让我们快速浏览下 V8 的运行机制:

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    V8 技术:懒编译

    左边是 JavaScript 源码,包含 JavaScript 函数。首先,源码先把字符串转换为记号以便于解析,之后生成一个语法抽象树。

    语法抽象树是你的 JavaScript 程序逻辑的内存中图示。一旦生成图示,V8 直接进入到机器码阶段。你基本上是遍历树,生成机器码然后获得编译后的函数。这里没有任何真正的尝试来加速这一过程。

    现在,让我们看一下下一阶段 V8 管道的工作内容:

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    V8 管道设计

    现在,我们拥有 TurboFan ,它是 V8 的优化编译程序之一。当 JavaScript 运行的时候,大量的代码是在 V8 内部运行的。TurboFan 监视运行得慢的代码,引起性能瓶颈的地方及热点(内存使用过高的地方)以便优化它们。它把以上监视得到的代码推向后端即优化过的即时编译器,该编译器把消耗大量 CPU 资源的函数转换为性能更优的代码。

    它解决了性能的问题,但是缺点即是分析代码及辨别哪些代码需要优化的过程也是会消耗 CPU 资源的。这也即意味着更多的耗电量,特别是在手机设备。

    但是,wasm 并不需要以上的全部步骤-它如下所示插入到执行过程中:

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    V8 管道设计 WASM

    wasm 在编译阶段就已经通过了代码优化。总之,解析也不需要了。你拥有优化后的二进制代码可以直接插入到后端(即时编译器)并生成机器码。编译器在前端已经完成了所有的代码优化工作。

    由于跳过了编译过程中的不少步骤,这使得 wasm 的执行更加高效。

    webAssembly.Instance

    WebAssembly.Instance实例对象是有状态,可执行的 WebAssembly.Module实例。实例中包含了所有可以被 JavaScript调用的WebAssembly 代码导出的函数。

    重要提示:由于大型模块的实例化可能很消耗资源,开发人员只有在绝对需要同步编译时,才使用 Instance() 构造函数;其他情况下,应该使用异步 WebAssembly.instantiate()方法。

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    • module: 需要被实例化的webAssembly module
    • importObject: 需要导入的变量

    一个 WebAssembly 与 JavaScript 数据互通交互的例子

    在 WebAssembly 中有一块内存,这块内存可以是内部定义的,也可以是从外面导入的,如果是内部定义的,则可以通过 export 进行导出。JavaScript 在拿到这块“内存”后,是拥有完全操作的权利的。JavaScript 使用 DataView 对 Memory 对象进行包装后,就可以使用 DataView 下面的函数对内存对象进行读取或写入操作。

    这里是一个简单的例子:

    ;; example.wat (module (import "env" "mem" (memory 1)) (import "js" "log" (func $log (param i32))) (func (export "example") i32.const 0 i64.const 8022916924116329800 i64.store (i32.store (i32.const 8) (i32.const 560229490)) (call $log (i32.const 0))))

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    ;; example.wat
    (module
      (import "env" "mem" (memory 1))
      (import "js" "log" (func $log (param i32)))
      (func (export "example")
        i32.const 0
        i64.const 8022916924116329800
        i64.store
        (i32.store (i32.const 8) (i32.const 560229490))
        (call $log (i32.const 0))))

    这个代码首先从 env.mem 导入一个内存对象作为默认内存,这和前面的例子是一样的。

    然后从 js.log 导入一个函数,这个函数拥有一个 32 位整型的参数,不需要返回值,在 wat 内部被命名为“$log”,这个名字只存在于 wat 文件中,在编译为 wasm 后就不存在了,只存储一个偏移地址。

    后面定义了一个函数,并导出为“example”函数。在 WebAssembly 中,函数里的内容都是在栈上的。

    首先,使用 i32.const 0 在栈内压入一个 32 位整型常数 0,然后使用 i64.const 8022916924116329800 在栈内压入一个 64 位整型常数 8022916924116329800,之后调用 i64.store 指令,这个指令将会将栈顶部第一个位置的一个 64 位整数存储到栈顶部第二个位置指定的“内存地址”开始的连续 8 个字节空间中。

    TL; DR; 简而言之,就是在内存的第 0 个位置开始的连续 8 个字节的空间里,存入一个 64 位整型数字 8022916924116329800。这个数字转为 16 进制表示为:0x 6f 57 20 6f 6c 6c 65 48,但是由于 WebAssembly 中规定的字节序是使用“小端序(Little-Endian Byte Order)”来存储数据,所以,在内存中第 0 个位置存储的是 0x48,第 1 个位置存储的是 0x65……所以,最终存储的实际上是 0x 48 65 6c 6c 6f 20 57 6f,对应着 ASCII 码为:“Hello Wo”。

    然后,后面的一句指令 (i32.store (i32.const 8) (i32.const 560229490)) 的格式是上面三条指令的“S-表达式”形式,只不过这里换成了 i32.store 来存储一个 32 位整型常数 560229490 到 8 号“内存地址”开始的连续 4 个字节空间中。

    实际上这一句指令的写法写成上面三句的语法是完全等效的:

    i32.const 8 i32.const 560229490 i32.store

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    3
    i32.const 8
    i32.const 560229490
    i32.store

    类似的,这里是在内存的第 8 个位置开始的连续 4 个字节的空间里,存入一个 32 位整型数字 560229490。这个数字转为 16 进制表示位:0x 21 64 6c 72,同样采用“小端序”来存储,所以存储的实际上是 0x 72 6c 64 21,对应着 ASCII 码为:“rld!“。

    所以,最终,内存中前 12 个字节中的数据为 0x 48 65 6c 6c 6f 20 57 6f 72 6c 64 21,连起来就是对应着 ASCII 码:“Hello World!“。

    将这个 wat 编译为 wasm 后,文件大小为 95 Bytes:

    $ wat2wasm example.wat $ xxd example.wasm 00000000: 0061 736d 0100 0000 0108 0260 017f 0060 .asm.......`...` 00000010: 0000 0215 0203 656e 7603 6d65 6d02 0001 ......env.mem... 00000020: 026a 7303 6c6f 6700 0003 0201 0107 0b01 .js.log......... 00000030: 0765 7861 6d70 6c65 0001 0a23 0121 0041 .example...#.!.A 00000040: 0042 c8ca b1e3 f68d c8ab ef00 3703 0041 .B..........7..A 00000050: 0841 f2d8 918b 0236 0200 4100 1000 0b .A.....6..A....

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    $ wat2wasm example.wat
    $ xxd example.wasm
    00000000: 0061 736d 0100 0000 0108 0260 017f 0060  .asm.......`...`
    00000010: 0000 0215 0203 656e 7603 6d65 6d02 0001  ......env.mem...
    00000020: 026a 7303 6c6f 6700 0003 0201 0107 0b01  .js.log.........
    00000030: 0765 7861 6d70 6c65 0001 0a23 0121 0041  .example...#.!.A
    00000040: 0042 c8ca b1e3 f68d c8ab ef00 3703 0041  .B..........7..A
    00000050: 0841 f2d8 918b 0236 0200 4100 1000 0b    .A.....6..A....

    接下来,还是使用 JavaScript 编写“胶水代码”:

    JavaScript

    // example.js const file = await fetch('./example.wasm'); const memory = new window.WebAssembly.Memory({ initial: 1 }); const dv = new DataView(memory); const log = offset => { let length = 0; let end = offset; while(end < dv.byteLength && dv.getUint8(end) > 0) { length; end; } if (length === 0) { console.log(''); return; } const buf = new ArrayBuffer(length); const bufDv = new DataView(buf); for (let i = 0, p = offset; p < end; i, p) { bufDv.setUint8(i, dv.getUint8(p)); } const result = new TextDecoder('utf-8').decode(buf); console.log(result); }; const mod = await window.WebAssembly.instantiateStreaming(file, { env: { mem: memory, }, js: { log }, }); mod.instance.exports.example(); // 调用 WebAssembly 模块导出的 example 函数

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    // example.js
     
    const file = await fetch('./example.wasm');
    const memory = new window.WebAssembly.Memory({ initial: 1 });
    const dv = new DataView(memory);
    const log = offset => {
      let length = 0;
      let end = offset;
      while(end < dv.byteLength && dv.getUint8(end) > 0) {
         length;
         end;
      }
      if (length === 0) {
        console.log('');
        return;
      }
      const buf = new ArrayBuffer(length);
      const bufDv = new DataView(buf);
      for (let i = 0, p = offset; p < end; i, p) {
        bufDv.setUint8(i, dv.getUint8(p));
      }
      const result = new TextDecoder('utf-8').decode(buf);
      console.log(result);
    };
    const mod = await window.WebAssembly.instantiateStreaming(file, {
      env: {
        mem: memory,
      },
      js: { log },
    });
    mod.instance.exports.example();  // 调用 WebAssembly 模块导出的 example 函数

    这里,使用 DataViewmemory 进行了一次包装,这样就可以方便地对内存对象进行读写操作了。

    然后,这里在 JavaScript 中实现了一个 log 函数,函数接受一个参数(这个参数在上面的 wat 中指定了是整数型)。下面的实现首先是确定输出的字符串长度(字符串通常以 '' 结尾),然后将字符串复制到一个长度合适的 ArrayBuffer 中,然后使用浏览器中的 TextDecoder 类对其进行字符串解码,就得到了原始字符串。

    最后,将 log 函数放入 importObject 的 js.log 中,实例化 WebAssembly 模块,最后调用导出的 example 函数,就可以看到打印的 Hello World

    新葡亰496net 22

    通过 WebAssembly,我们可以将很多其他语言编写的类库直接封装到浏览器中运行,比如 Google Developers 就给了一个使用 WebAssembly 加载一个使用 C 语言编写的 WebP 图片编码库,将一张 jpg 格式的图片转换为 webp 格式并显示出来的例子:。

    这个例子使用 Emscripten 工具对 C 语言代码进行编译,这个工具在安装的时候需要到 GitHub、亚马逊 S3 等服务器下载文件,在国内这神奇的网络环境下速度异常缓慢,总共几十兆的文件可能挂机一天都下不完。可以尝试修改 emsdk 文件(Python),增加代理配置(但是效果不明显),或是在下载的过程中会提示下载链接和存放路径,使用其他工具下载后放到指定地方,重新安装会自动跳过已经下载的文件。

    从asm.js到WebAssembly?

    asm.js 是一个JavaScript的一个严格的子集,可以被用来作为一个底层的、高效的编译器目标语言。asm.js提供了一个类似于C/C 虚拟机的抽象实现,包括一个可有效负载和存储的大型二进制堆、整型和浮点运算、高阶函数定义、函数指针等。

    asm.js的思想是使用它所规定的方法来编写JavaScript代码,支持asm.js的引擎会将代码转变为十分高效的机器码。如果你是将C 代码编译为asm.js,将在浏览器端获得极大的性能提升。新葡亰496net 23webassembly相较于asm.js的优势主要是涉及到性能方面。根据 WebAssembly FAQ 的描述:在移动设备上,对于很大的代码库,asm.js仅仅解析就需要花费20-40秒,而 实验 显示WebAssembly的加载速度比asm.js快了20倍,这主要是因为相比解析 asm.js 代码,JavaScript引擎破译二进制格式的速度要快得多。

    内存模型

    新葡亰496net 24

    WebAssembly 可信和不可信状态

    举个栗子,一个 C 的程序的内存被编译为 WebAssembly,它是整段连续的没有空洞的内存块。wasam 中有一个可以用来提升代码安全性的功能即执行堆栈和线性内存隔离的概念。在 C 程序中,你有一块动态内存区,你从其底部分配获得内存堆栈,然后从其顶部获得内存来增加内存堆栈的大小。你可以获得一个指针然后在堆栈内存中遍历以操作你不应该接触到的变量。

    这是大多数可疑软件可以利用的漏洞。

    WebAssembly 采用了完全不同的内存模型。执行堆栈和 WebAssembly 程序本身是隔离开来的,所以你无法从里面进行修改和改变诸如变量值的情形。同样地,函数使用整数偏移而不是指针。函数指向一个间接函数表。之后,这些直接的计算出的数字进入模块中的函数。它就是这样运行的,这样你就可以同时引入多个 wasm 模块,偏移所有索引且每个模块都运行良好。

    更多关于 JavaScript 内存模型和管理的文章详见这里。

    webAssembly.instantiate新葡亰496net 25

    WebAssembly 的现状与未来

    目前 WebAssembly 的二进制格式版本已经确定,未来的改进也都将以兼容的形式进行更新,这表示 WebAssembly 已经进入现代标准了。

    新葡亰496net 26

    现在的 WebAssembly 还并不完美,虽说已经有使用 WebAssembly 开发的 Web 游戏出现了,但是还有很多不完美的地方。

    比如,现在的 WebAssembly 还必须配合“JavaScript glue code”来使用,也就是必须使用 JavaScript 来 fetch WebAssembly 的文件,然后调用 window.WebAssembly.instantiatewindow.WebAssembly.instantiateStreaming 等函数进行实例化。部分情况下还需要 JavaScript 来管理堆栈。官方推荐的编译工具 Emscripten 虽然使用了各种黑科技来缩小编译后生成的代码的数量,但是最终生成的 JavaScript Glue Code 文件还是至少有 15K。

    未来,WebAssembly 将可能直接通过 HTML 标签进行引用,比如:<script src="./wa.wasm"></script>;或者可以通过 JavaScript ES6 模块的方式引用,比如:import xxx from './wa.wasm';

    线程的支持,异常处理,垃圾收集,尾调用优化等,都已经加入 WebAssembly 的计划列表中了。

    这玩意儿到底好在哪?

    你很可能会问:“为啥所有人都在谈论WebAssembly?”这是因为WebAssembly对于JS来说绝对是一个巨大的改进,但我们常常会问自己:“这样,就够了吗?”当然不是,WebAssembly对于浏览器来说也有着非同一般的意义。 支持WebAssembly的浏览器可以识别二进制格式的文本,它有能力编译比JS文本小得多的二进制包。 这将给web应用带来类似与本地应用的性能体验!这四不四听起来很棒啊?!如果浏览器不得不解析完整的JS代码,这将会耗去好多时间(特别是在移动平台上),而浏览器对WebAssembly格式的解码速度显然要快得多得多得多:) 下面献上JS作者BE大神的演讲视频地址(油管,需翻墙): Brendan Eich on JavaScript Taking Both the High and Low Roads - O'Reilly Fluent 2014

    内存垃圾回收

    你已经知晓 JavaScript 的内存管理是由内存垃圾回收器处理的。

    WebAssembly 的情况有点不太一样。它支持手动操作内存的语言。你也可以在你的 wasm 模块中内置内存垃圾回收器,但这是一项复杂的任务。

    目前,WebAssembly 是专门围绕 C 和 RUST 的使用场景设计的。由于 wasm 是非常底层的语言,这意味着只比汇编语言高一级的编程语言会容易被编译成 WebAssembly。C 语言可以使用 malloc,C 可以使用智能指针,Rust 使用完全不同的模式(一个完全不同的话题)。这些语言没有使用内存垃圾回收器,所以他们不需要所有复杂运行时的东西来追踪内存。WebAssembly 自然就很适合于这些语言。

    另外,这些语言并不能够 100% 地应用于复杂的 JavaScript 使用场景比如监听 DOM 变化 。用 C 来写整个的 HTML 程序是毫无意义的因为 C 并不是为此而设计的。大多数情况下,工程师用使用 C 或 Rust 来编写 WebGL 或者高度优化的库(比如大量的数学运算)。

    然而,将来 WebAssembly 将会支持不带内存垃圾回功能的的语言。

    webAssembly.Memory

    当 WebAssembly 模块被实例化时,它需要一个 memory 对象。你可以创建一个新的WebAssembly.Memory并传递该对象。如果没有创建 memory 对象,在模块实例化的时候将会自动创建,并且传递给实例。新葡亰496net 27

    memoryDescriptor (object)

    • initial
    • maximum 可选

    小结

    WebAssembly 的出现,使得前端不再只能使用 JavaScript 进行开发了,C、C 、Go 等等都可以为浏览器前端贡献代码。

    这里我使用 wat 文件来编写的两个例子仅供参考,实际上在生产环境不大可能直接使用 wat 来进行开发,而是会使用 C、C 、Go 等语言编写模块,然后发布为 WebAssembly。

    WebAssembly 的出现不是要取代 JavaScript,而是与 JavaScript 相辅相成,为前端开发带来一种新的选择。将计算密集型的部分交给 WebAssembly 来处理,让浏览器发挥出最大的性能!

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    新葡亰496net 28

    都有谁入了WebAssembly的坑?

    包括Google, Microsoft,Mozilla只是这一长串名单中的少数几家公司。项目带头人们发起了 WebAssembly Community Group 这一社区,这个团队的愿景是“在一种新的,轻量的web编码格式的基础上,促进浏览器厂商们的合作.” 不过,WebAssembly项目还只是刚刚启动,虽然它有一个美妙的开头,但在WebAssembly成为一个大众认可的web标准之前,它还有很长的路要走。

    平台接口访问

    依赖于执行 JavaScript 的运行时环境,可以通过 JavaScript 程序来直接访问这些平台所暴露出的指定接口。比如,当你在浏览器中运行 JavaScript,网络应用可以调用一系列的网页接口来控制浏览器/设备的功能且访问 DOM,CSSOM,WebGL,IndexedDB,Web Audio API 等等。

    然而,WebAssembly 模块不能够访问任何平台的接口。所有的这一切都得由 JavaScript 来进行协调。如果你想在 WebAssembly 模块内访问一些指定平台的接口,你必须得通过 JavaScript 来进行调用。

    举个栗子,如果你想要使用 console.log,你就得通过JavaScript 而不是 C 代码来进行调用。而这些 JavaScript 调用会产生一定的性能损失。

    情况不会一成不变的。规范将会为在未来为 wasm 提供访问指定平台的接口,这样你就可以不用在你的程序中内置 JavaScript。

    webAssembly.Table新葡亰496net 29

    tableDescriptor (object)

    • element,当前只支持一个值。 ‘anyfunc’
    • initial, WebAssembly Table的初始元素数
    • maximum(可选), 允许的最大元素数

    为啥这玩意会影响每一个web开发者

    因为webassembly让开发者有能力选择之前那些不能用来开发web应用的语言来进行web开发,或者他们也可以继续使用简单易用的JavaScript! W3C WebAssembly Community group给出了一些WebAssembly的用例,它们展示了WebAssembly如何使得web开发者更加轻松的工作:

    • 一些执行效率更高的语言可以被编译成在Web平台上执行的代码。

    • 提供了在浏览器端的开发者工具

    • 更加快捷的企业级应用客户端(例如:数据库)

    WebAssembly的用途很多。举几个栗子:WebAssembly可以被嵌入到已经开发好的JavaScript/HTML代码中;或者某款应用的主要框架可以使用 WebAssembly 模块(如动画、可视化和压缩等),而用户界面仍然可以主要使用 JavaScript/HTML语言编写。

    源码映射

    当你压缩了 JavaScript 代码的时候,你需要有合适的方法来进行调试。

    这时候源码映射就派上用场了。

    大体上,源码映射就是把合并/压缩了的文件映射到未构建状态的一种方式。当你为生产环境进行代码构建的时候,与压缩和合并 JavaScript 一起,你会生成源码映射用来保存原始文件信息。当你想在生成的 JavaScript 代码中查询特定的行和列的代码的时候,你可以在源码映射中进行查找以返回代码的原始位置。

    由于没有规范定义源码映射,所以目前 WebAssembly 并不支持,但最终会有的(可能快了)。

    当你在 C 代码中设置了断点,你将会看到 C 代码而不是 WebAssembly。至少,这是 WebAssembly 源码映射的目标吧。

    webAssembly使用

    WebAssembly 与其他的汇编语言不一样,它不依赖于具体的物理机器。可以抽象地理解成它是概念机器的机器语言,而不是实际的物理机器的机器语言。浏览器把 WebAssembly 下载下来后,可以迅速地将其转换成机器汇编代码。

    新葡亰496net 30

    快速体验webAssembly

    新葡亰496net 31

    使用C/C

    hello.c

    新葡亰496net 32

    编译:

    新葡亰496net 33

    • -s WASM=1 — 指定我们想要的wasm输出形式。如果我们不指定这个选项,Emscripten默认将只会生成asm.js。
    • -o hello.html — 指定这个选项将会生成HTML页面来运行我们的代码,并且会生成wasm模块以及编译和实例化wasim模块所需要的“胶水”js代码,这样我们就可以直接在web环境中使用了。

    编译后新葡亰496net 34

     

    1. 二进制的wasm模块代码 (hello.wasm)
    2. 一个包含了用来在原生C函数和JavaScript/wasm之间转换的胶水代码的JavaScript文件 (hello.js)
    3. 一个用来加载,编译,实例化你的wasm代码并且将它输出在浏览器显示上的一个HTML文件 (hello.html)

    调用C 中的方法

    hello.c

    新葡亰496net 35

    如果想调用hello2.c中的myFunction方法,则需要将ccall方法从Moudule导出。使用下面的编译命令:新葡亰496net 36

    • htmltemplate/shellminimal.html 指定为HTML模板。
    • -s ‘EXTRAEXPORTEDRUNTIME_METHODS=[“ccall”]’ 从Module中导出 ccall

    将 ccall 方法导出之后,就可以使用 Module.ccall来调用C 中的函数了。新葡亰496net 37

    精简的代码,更好的性能,更少的bug?

    据WebAssembly的开发团队描述,使用WebAssembly意味着更少的原代码。与asm.js相比,它减少了大约25%的代码量。

    WebAssembly 作为一个门新的语言,已经得到了许多 Javascript 引擎的支持。WebAssembly的目标是为了让 C 和 C 这样的编译型语言更容易地在浏览器上运行。而让我感到激动的特性是计算性能和内存操作上的优化,这样让 Javascript 可以实现更为快速的浮点数计算而不用等到 TC39 方案的到来。在这里,借助于 NodeJS 我将会为你展示一些初级的 WebAssembly 示例。并进行一些基本的测试示例来显示其在性能方面的影响作用。

    注:文中的所有只在 Node 7.2.1 中进行了测试,并开启了 --expose-wasm参数,其它环境可能无法运行。

    通过开启 --expose-wasm参数,在 NodeJS 就可以访问全局对象 Wasm, 通过它可以来创建 WebAssembly 模块。

    $ ~/Workspace/node-v7.2.1-linux-x64/bin/node --expose-wasm
    > Wasm
    { verifyModule: [Function],
      verifyFunction: [Function],
      instantiateModule: [Function],
      experimentalVersion: 11 }
    >
    

    通过 Wasm.instantiateModule() 和 Uint8Array 来创建 WebAssembly 模块。

    $ ~/Workspace/node-v7.2.1-linux-x64/bin/node --expose-wasm
    > Wasm.instantiateModule(new Uint8Array([0x00, 0x61, 0x73, 0x6d, 0x0b, 0x00, 0x00, 0x00]));
    {}
    >
    

    为了创建一个最基本的 WebAssembly 模块,你需要传递一组 16进制的数据给 instaniateModule 来得到,如上创建的是一个最小的 WebAssembly 模块,因为每一个 .wasm 文件都必须以这一组16进制数据开始。

    多线程

    JavaScript 是单线程的。有很多方法来利用事件循环和使用在之前的文章中有提到的异步编程。

    JavaScript 也使用 Web Workers 但是只有在极其特殊的情况下-大体上,可以把任何可能阻塞 UI 主线程的密集的 CPU 计算移交给 Web Worker 执行以获得更好的性能。但是,Web Worker 不能够访问 DOM。

    目前 WebAssembly 不支持多线程。但是,这有可能是接下来 WebAssembly 要实现的。Wasm 将会接近实现原生的线程(比如,C 风格的线程)。拥有真正的线程将会在浏览器中创造出很多新的机遇。并且当然,会增加滥用的可能性。

    更直观的例子

    上面的例子中,编译后即可直接运行。但是生成的代码体积较大,不容易看懂具体做了什么。因此下面提供一个更直观的例子。

    math.c新葡亰496net 38

    emcc math.c-Os-s WASM=1-s SIDE_MODULE=1-o math.wasm

    -s SIDE_MODULE=1 直接由C生成wasm文件

    目前只有一种方式能调用 wasm 里的提供接口,那就是:用 javascript !

    两个数字求和

    有许多的编译工具可以直接将 C, C 和 Rust 代码编译成 WebAssembly,这样我们就不用手写字节码了。也存在一种名为'WebAssembly AST'(简称wast)的中间代码格式,如下为一个简单的支持两个参数的求和函数 wast 代码。

    (module
      (func $addTwo (param i32 i32) (result i32)
        (i32.add
          (get_local 0)
          (get_local 1)))
      (export "addTwo" $addTwo))
    

    你可以使用这个在线工具将 wast 代码转换为 wasm 二进制代码。你也可以直接从这里下载 .wasm源码。

    接下来如何用 Node.js 来运行 .wasm 文件呢?为了使用 .wasm文件,你需要通过文件模块将 .wasm 文件转换成 ArrayBuffer 格式。

    const fs = require('fs');
    const buf = fs.readFileSync('./addTwo.wasm');
    const lib = Wasm.instantiateModule(toUint8Array(buf)).exports;
    
    // `Wasm` does **not** understand node buffers, but thankfully a node buffer
    // is easy to convert to a native Uint8Array.
    function toUint8Array(buf) {
      var u = new Uint8Array(buf.length);
      for (var i = 0; i < buf.length;   i) {
        u[i] = buf[i];
      }
      return u;
    }
    
    console.log(lib.addTwo(2, 2)); // Prints '4'
    console.log(lib.addTwo.toString()); // Prints 'function addTwo() { [native code] }'
    

    上面的 addTwo 方法与原生的 Javascript 方法相比,性能如何呢?如下为我们的测试结果:

    const fs = require('fs');
    const buf = fs.readFileSync('./addTwo.wasm');
    const lib = Wasm.instantiateModule(toUint8Array(buf)).exports;
    
    const Benchmark = require('benchmark');
    
    const suite = new Benchmark.Suite;
    
    suite.
      add('wasm', function() {
        lib.addTwo(2, 2);
      }).
      add('js', function() {
        addTwo(2, 2);
      }).
      on('cycle', function(event) {
        console.log(String(event.target));
      }).
      on('complete', function() {
        console.log('Fastest is '   this.filter('fastest').map('name'));
      }).
      run();
    
    function addTwo(a, b) {
      return a   b;
    }
    
    function toUint8Array(buf) {
      var u = new Uint8Array(buf.length);
      for (var i = 0; i < buf.length;   i) {
        u[i] = buf[i];
      }
      return u;
    }
    
    $ ~/Workspace/node-v7.2.1-linux-x64/bin/node --expose-wasm ./addTwo.js
    4
    wasm x 43,497,742 ops/sec ±0.77% (88 runs sampled)
    js x 66,021,200 ops/sec ±1.28% (83 runs sampled)
    Fastest is js
    

    可移植性

    现在 JavaScript 几乎可以运行于任意的地方,从浏览器到服务端甚至在嵌入式系统中。

    WebAssembly 设计旨在安全性和可移植性。正如 JavaScript 那样。它将会在任何支持 wasm 的环境(比如每个浏览器)中运行。

    WebAssembly 拥有和早年 Java 使用 Applets 来实现可移植性的同样的目标。

    编写加载函数(loader)新葡亰496net 39

    完成了上边的操作,就可以直接使用 loadWebAssembly 这个方法加载 wasm 文件了,它相当于是一个 wasm-loader ;返回值是一个 Promise.新葡亰496net 40

    更完善的loader新葡亰496net 41

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

    1. 它使 JS 和 WebAssembly 之间传递内容更方便。
    2. 使内存管理更安全。

    这个 loadWebAssembly 函数还接受第二个参数,表示要传递给 wasm 的变量,在初始化 WebAssembly 实例的时候,可以把一些接口传递给 wasm 代码。

    阶乘

    从上面的例子,我们可以看到 WebAssembly 并没有显示出性能上的优势。接下来我们进行阶乘计算来进一步的测试:

    (module
      (func $fac (param i32) (result i32)
        (if (i32.lt_s (get_local 0) (i32.const 1))
          (then (i32.const 1))
          (else
            (i32.mul
              (get_local 0)
              (call $fac
                (i32.sub
                  (get_local 0)
                  (i32.const 1)))))))
      (export "fac" $fac))
    

    下面是计算 100!的测试比较结果。

    const fs = require('fs');
    const buf = fs.readFileSync('./factorial.wasm');
    const lib = Wasm.instantiateModule(toArrayBuffer(buf)).exports;
    
    const Benchmark = require('benchmark');
    
    const suite = new Benchmark.Suite;
    
    suite.
      add('wasm', function() {
        lib.fac(100);
      }).
      add('js', function() {
        fac(100);
      }).
      on('cycle', function(event) {
        console.log(String(event.target));
      }).
      on('complete', function() {
        console.log('Fastest is '   this.filter('fastest').map('name'));
      }).
      run();
    
    function fac(n) {
      if (n <= 0) {
        return 1;
      }
      return n * fac(n - 1);
    }
    
    function toArrayBuffer(buf) {
      var ab = new ArrayBuffer(buf.length);
      var view = new Uint8Array(ab);
      for (var i = 0; i < buf.length;   i) {
        view[i] = buf[i];
      }
      return ab;
    }
    
    $ ~/Workspace/node-v7.2.1-linux-x64/bin/node --expose-wasm ./factorial.js
    wasm x 2,484,967 ops/sec ±2.09% (87 runs sampled)
    js x 1,088,426 ops/sec ±2.63% (80 runs sampled)
    Fastest is wasm
    

    这里我们可以看到,因为计算的复杂度上升,wasm 的优势就显示出来了。

    WebAssembly 使用场景

    WebAssembly 的最初版本主要是为了解决大量计算密集型的计算的(比如处理数学问题)。最为主流的使用场景即游戏-处理大量的像素。

    你可以使用你熟悉的 OpenGL 绑定来编写 C /Rust 程序,然后编译成 wasm。之后,它就可以在浏览器中运行。

    浏览下(在火孤中运行)-。这是运行于Unreal engine(这是一个可以用来开发虚拟现实的开发套件)中的。

    另一个合理使用 WebAssembly (高性能)的情况即实现一些处理计算密集型的库。比如,一些图形操作。

    正如之前所提到的,wasm 可以有效减少移动设备的电力损耗(依赖于引擎),这是由于大多数的步骤已经在编译阶段提前处理完成。

    未来,你可以直接使用 WASM 二进制库即使你没有编写编译成它的代码。你可以在 NPM 上面找到一些开始使用这项技术的项目。

    针对操作 DOM 和频繁使用平台接口的情况 ,使用 JavaScript 会更加合理,因为它不会产生额外的性能开销且它原生支持各种接口。

    在 SessionStack 我们一直致力于持续提升 JavaScript 的性能以编写高质量和高效的代码。我们的解决方案必须拥有闪电般的性能因为我们不能够影响用户程序的性能。一旦你把 SessionStack 整合进你的网络应用或网站的生产环境,它会开始记录所有的一切:所有的 DOM 变化,用户交互,JavaScript 异常,堆栈追踪,失败的网络请求和调试数据。所有的这一切都是在你的生产环境中产生且没有影响到你的产品的任何交互和性能。我们必须极大地优化我们的代码并且尽可能地让它异步执行。

    我们不仅仅有库,还有其它功能!当你在 SessionStack 中重放用户会话,我们必须渲染问题产生时你的用户的浏览器所发生的一切,而且我们必须重构整个状态,允许你在会话时间线上来回跳转。为了使之成为可能,我们大量地使用异步操作,因为 JavaScript 中没有比这更好的替代选择了。

    有了 WebAssembly,我们就可以把大量的数据计算和渲染的工作移交给更加合适的语言来进行处理而把数据收集和 DOM 操作交给 JavaScript 进行处理。

    asm.js

    asm.js 是 javascript 的子集,是一种语法。用了很多底层语法来标注数据类型,目的是提高 javascript 的运行效率,本身就是作为 C/C 编译的目标设计的(不是给人写的)。 WebAssembly 借鉴了这个思路,做的更彻底一些,直接跳过 javascript ,设计了一套新的平台指令。

    目前只有 asm.js 才能转成 wasm,普通 javascript 是不行的。虽然 Emscripten 能生成 asm.js 和 wasm ,但是却不能把 asm.js 转成 wasm 。想要把 asm.js 编译成 WebAssembly,就要用到他们官方提供的 Binaryen 和 WABT (WebAssembly Binary Toolkit) 工具。新葡亰496net 42

    下一步?

    从上面的测试例子可以看到通过 WebAssembly 可以很好的优化JS代码,不过这里的测试例子还比较简单,不能覆盖很多的情况,同时 WebAssembly 还并没有推出稳定版本,所以不要莽撞的在应用中使用 WebAssembly。但是我们可以提前试用一下,尤其已经可以在NodeJS中试用了。

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    新葡亰496net 43

    番外篇

    打开 webassembly 官网就可以在头部醒目地看到显示它兼容的浏览器。分别是火孤,Chrome,Safari,IE Edge。点开 learn more 可以查看到这是于 2017/2/28 达成一致推出浏览器预览版。现在各项工作开始进入实施阶段了,相信在未来的某个时刻就可以在生产环境使用它了。官网上面介绍了一个 JavaScript 的子集 asm.js。另外,这里有一个 WebAssembly 和 JavaScript 进行性能比对的测试网站。

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    新葡亰496net 44

    Rust编译为webAssembly

    1.安装Rustup

    Rustup是一个命令行应用,能够下载并在不同版本的Rust工具链中进行切换新葡亰496net 45

    cargo可以将整个工程编译为wasm,首先使用cargo创建工程:

    cargonewproject

    下一步,把下面的代码加到 Cargo.toml 中新葡亰496net 46

    2.demo:

    编译:

    cargo nightly build--target wasm32-unknown-unknown--release

    编译出来的wasm大小为82Kb,使用wasm-gc压缩 small-wasm_astar.wasm 的大小为 67Kb

    wasm-gc wasm_astar.wasm small-wasm_astar.wasm

     

    新葡亰496net 47

    为什么WebAssembly更快

    JS 引擎在图中各个部分所花的时间取决于页面所用的 JavaScript 代码。图表中的比例并不代表真实情况下的确切比例情况。

     

    新葡亰496net 48

    • 新葡亰496net:幕后掀起,及其应用景况。Parse: 把源代码变成解释器可以运行的代码所花的时间;
    • Compiling optimizing: 基线编译器和优化编译器花的时间;
    • Re-optimize: 当 JIT 发现优化假设错误,丢弃优化代码所花的时间。
    • Execut:执行代码的时间
    • Garbage collection: 垃圾回收,清理内存的时间

    文件获取:

    WebAssembly比JS的压缩了更高,所以文件获取更快。

    解析:

    到达浏览器时,JS源代码被解析成了抽象语法树,浏览器采用懒加载的方式进行,只解析真正需要的部分,,而对于浏览器暂时不需要的函数只保留它的桩,解析过后 AST (抽象语法树)就变成了中间代码(叫做字节码),提供给 JS 引擎编译。

    而WebAssembly不需要这种转换,因为它本身就是中间代码,它要做的只是解码并且检查确认代码没有错误即可。

    新葡亰496net 49

    编译和优化

    JavaScript 是在代码的执行阶段编译的。因为它是弱类型语言,当变量类型发生变化时,同样的代码会被编译成不同版本。

    不同浏览器处理 WebAssembly 的编译过程也不同。不论哪种方式,WebAssembly 都更贴近机器码,所以它更快.

    1. 在编译优化代码之前,它不需要提前运行代码以知道变量都是什么类型。
    2. 编译器不需要对同样的代码做不同版本的编译。
    3. 很多优化在 LLVM 阶段就已经做完了,所以在编译和优化的时候没有太多的优化需要做。

    新葡亰496net 50

    重优化

    JS的代码由于类型的不确定性,有些情况下,JIT会返回进行 “抛弃优化代码重优化”过程。

    而WebAssembly中,类型都是确定了的,因为没有重优化阶段。

    执行

    WebAssembly 就是为了编译器而设计的,开发人员不直接对其进行编程,这样就使得 WebAssembly 专注于提供更加理想的指令给机器。

    执行效率方面,不同的代码功能有不同的效果,一般来讲执行效率会提高 10% – 800%。

    新葡亰496net 51

    垃圾回收

    WebAssembly不支持垃圾回收,内存操作需要手动控制,因此WebAssembly没有垃圾回收。

    应用

    WebAssembly 更适合用于写模块,承接各种复杂的计算,如图像处理、3D运算、语音识别、视音频编码解码这种工作,主体程序还是要用 javascript 来写的。

    未来功能

    • 直接操作DOM
    • 支持多数据(SIMD):SIMD的使用可以获取大的数据结构,例如不同数目的向量,并且同时将相同的指令应用于不同的部分。这样,它可以大大加快各种复杂计算的游戏或VR的运行速度。
    • ES6模块集成:浏览器目前正在添加对使用script标签加载JavaScript模块的支持。 添加此功能后,即使URL指向WebAssembly模块,

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