10分钟入门WebAssembly

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导语 自从JS创建到现在，每10年都会有新的变化，下一个10年的爆点在哪，可能就是WebAssembly ！本文将带你抓住爆点，10分钟掌握webassembly～

了解WebAssembly

什么是WebAssembly？

官网定义：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（二进制）。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。

发展历史

微软的 TypeScript 谷歌的 Dart 火狐的 asm.js
特点 通过为 JS 加入静态类型检查来改进 JS 松散的语法，提升代码健壮性 为浏览器引入新的虚拟机去直接运行 Dart 程序以提升性能 取 JS 的子集，通过避免JS引擎某些难以优化的机制和模式（主要是垃圾回收和类型判断），达到引擎运行优化的目的，文件类型是文本
缺点 只是解决了 JS 语法松散的问题，但还是需要编译成 JS 去运行，对性能没有明显提升 Dart只能在 内嵌 V8 的 Chrome 浏览器中支持，目前主要应用在flutter场景中 asm.js只是JavaScript，因此必须完全符合JavaScript规范，逃不过需要编译成机器码步骤（耗时）
中心思想 实现一个强类型的语言，然后把它编译成 Javacript 实现一个强类型的语言，然后把它编译成 Javacript 每当遇到变量时，在注释中加上类型，然后JS引擎在解析时自动识别注释中的类型，这样相当于JS变成了一种强类型的语言

我们熟知的四大主流浏览器厂商 Google Chrome、Apple Safari、Microsoft Edge 和 Mozilla FireFox ,觉得Mozilla FireFox所推出的 asm.js 很有前景，为了让大家都能使用，于是他们就共同参与开发，基于asm.js制定一个标准，也就是WebAssembly。

WebAssembly影响

工作原理

WebAssembly的工作原理简要来说是将C，C++, Rust等静态语言通过编译器的程序编译成浏览器能够运行的wasm二进制文件，当浏览器加载wasm文件后编译为本地机器码后运行。

为什么能提升当前js的性能？

正常的JS：在浏览器中，对JavaScript源码进行解析，生成抽象语法树或者字节码（parse），JIT编译器会对生成的代码进行编译优化，当然后当发生去优化时，再去重新编译优化，最后执行。

WebAssembly：则省去了比较耗时的解析和编译的过程，是直接生成的二进制可执行机器码进行执行。

浏览器支持

由图可见，无论是PC、移动端还是服务器，都已经开始支持WebAssembly了，这也说明WebAssembly已经开始普及～

实战演练

语言选择

实战开始：首先确认你选择开发的语言：

确认好你要选择的语言语种，应该总有一款适合你的～～如果还不够，请移位这里

环境准备

根据官网的引导，使用C/C++来编写部分代码，并在浏览器中运行，以下均是在MacOS环境下进行的操作。

首先搭建Emscripten

  1. 没有升级过python环境的同学，电脑会有个默认的版本python2.7.x，此时需要到phthon官网下载最新的python版本进行安装
  2. 在应用程序中，双击“install Certificates.command”，否则会出现证书验证异常，导致无法后续步骤
  #通过一个 git 克隆获取 emscripten
git clone https://github.com/juj/emsdk.git

#下载，安装并激活 sdk，这个步骤可能需要一点时间
cd emsdk
./emsdk install latest
./emsdk activate latest

#让环境生效
source ./emsdk_env.sh

#确认安装的内容可以正常运行
emcc --version

OK，可以进行代码编写了

样例编写

1. 用C语言编写的斐波那契数列（递归）：

#include <stdio.h>

int fib(int n) {
    return n <= 1
        ? 1
        : fib(n - 1) + fib(n - 2);
}

2.编译生成wasm

emcc fib.c -O3 -s WASM=1 -s SIDE_MODULE=1 -s EXPORTED_FUNCTIONS='["_fib"]' -o fib.wasm

（注：emcc就是Emscripten编译器指令，fib.c是输入文件，-s SIDE_MODULE=1表示这就是一个模块， -s EXPORTED_FUNCTIONS表示导出的接口函数，-o fib.wasm`是输出的文件，更多的命令字可参考官网）

通过以上命令可生成名字为fib的wasm文件，可在js中进行引用，并且调用。

3.如何加载wasm

直接引用到页面中，官网是推荐两种，一个是fetch，一个是XMLHttpRequest，本文以fetch为例，在html页面中引入上面的文件，如下：

fetch('你引入wasm路径')
.then(res => {return res.arrayBuffer()})  //引入到内存中,使其在array buffer中可用
.then(WebAssembly.instantiate)  //编译和实例化 WebAssembly 代码
.then(module => { 
  //写你引用此模块的目的
})

将fib.c生成的fib.wasm后，在html中引用如下：

fetch('./wasm/fib.wasm')
.then(res => {return res.arrayBuffer()})
.then(WebAssembly.instantiate) 
.then(module => { 
  // console.log(module.instance.exports.fib(value))
  let res = module.instance.exports.fib(value);
  $("#result").text(res);
  let endtime = new Date().getTime();
  $("#period").text(endtime - starttime);
})

以上，环境和相关demo已经写好了，下面来看一下webassembly的执行性能

性能比较

在demo页面中同样用js写了一个递归的方法，和同时引用fib.wasm，做了以下性能比较

为了减少误差性，在代码中分别用js和wasm做定时请求N次，来看他们的耗时，如下图所示：

可以看到，同样是计算40的递归算法，js时间基本上都是在1270ms左右，而编译生成的wasm基本上都在680ms左右，也就是说在处理40的递归下，性能提升至原来的1.87倍。

同时，为了进行性能上的对比，对递归数做了不同的取值，来看请求结果及耗时，如下图所示：

可以看到，递归数越大，也就是运算层次越多，webassembly相比于JS的优势就越明显，也就是在比较复杂的JS运算或者处理中，用webassembly会更合适。

如何同JS互通

交互离不开相互调用，在浏览器中，了解到了在js中如何调用webassembly中的接口，那在webassembly中如何引用js相关函数呢？下面简单和您介绍下。

方法调用

Emscripten提供两种方法让C/C++调用JavaScript：

• 使用 emscriptenrunscript() 运行js脚本，一种是写“内联JavaScript”。

emscripten_run_script("alert('hi')");

• 用EM_ASM() 和其他相关宏写内联JavaScript，稍快，这个是推荐的写法

#include <emscripten.h>

int main() {
  EM_ASM(
    alert('hello world!');
    throw 'all done';
  );
  return 0;
}

示例demo

#include

命令行，生成可执行的html文件：

emcc test.c -s WASM=1 -o test.html

运行结果：

可以看到，无论是哪种引用方式，都可以运行出你想要的结果。

总结

体积小，速度快，二进制文件，执行效率高

参考链接：

https://developer.ibm.com/zh/technologies/web-development/articles/wa-lo-webassembly-status-and-reality/

https://zhuanlan.zhihu.com/p/49464798

https://blog.csdn.net/liubiggun/article/details/79848948

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