Labs 導(dǎo)讀

WebAssembly（簡稱Wasm）是一種可在Web瀏覽器中運(yùn)行的低級字節(jié)碼格式，它在瀏覽器中執(zhí)行速度快、占用資源少，并且可以與JavaScript無縫集成，為開發(fā)者提供了一種新的選擇，可以將現(xiàn)有的代碼和工具遷移到Web平臺，提供更好的性能和更廣泛的應(yīng)用場景。、

Part 01、  背景 

WebAssembly（簡稱Wasm）是一種可在Web瀏覽器中運(yùn)行的低級字節(jié)碼格式。它的發(fā)展伴隨著Web平臺上的一系列關(guān)鍵事件，2011年asm.js作為使用JavaScript的子集來提高性能技術(shù)，它通過限制JavaScript的特性和引入類型注解，使得現(xiàn)有的C/C++代碼可以在瀏覽器中運(yùn)行得更快。2013年Emscripten工具鏈將C/C++代碼編譯為JavaScript或WebAssembly，它利用LLVM編譯器，將原生代碼轉(zhuǎn)換為JavaScript或WebAssembly模塊。2015年通過asm.js和Emscripten結(jié)合，將C/C++代碼編譯為asm.js格式，再在瀏覽器中運(yùn)行，實現(xiàn)了更高效的Web應(yīng)用。2017年WebAssembly標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布標(biāo)志著一個重要的里程碑。

WebAssembly定義了一種二進(jìn)制格式，可以直接在瀏覽器中執(zhí)行，而無需通過解釋器或即時編譯器。目前它提供了一種有效且安全的方式，將高性能的編程語言（如C++、Rust、Go等）編譯為Web平臺可識別、可移植、高性能的字節(jié)碼的格式，并且可以在不同瀏覽器，不同的設(shè)備和操作系統(tǒng)上運(yùn)行。WebAssembly在瀏覽器中執(zhí)行速度快、占用資源少，并且可以與JavaScript無縫集成，為開發(fā)者提供了一種新的選擇，可以將現(xiàn)有的代碼和工具遷移到Web平臺，提供更好的性能和更廣泛的應(yīng)用場景。

Part 02、 工具棧 

2.1 編譯器和工具鏈

• Emscripten：一個常用的C/C++到WebAssembly的編譯器，它使用LLVM將C/C++代碼編譯成JavaScript或WebAssembly。
• Rust：Rust編程語言提供了內(nèi)置的WebAssembly支持，通過rustc編譯器可以將Rust代碼直接編譯成WebAssembly模塊。

2.2 運(yùn)行時環(huán)境

• WebAssembly JavaScript API：提供了與JavaScript進(jìn)行交互的API，允許在JavaScript中加載和執(zhí)行WebAssembly模塊。
• WebAssembly System Interface (WASI)：一個與操作系統(tǒng)無關(guān)的WebAssembly執(zhí)行環(huán)境，提供了標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)調(diào)用接口，使得WebAssembly可以直接與底層操作系統(tǒng)進(jìn)行交互。

2.3 調(diào)試和性能優(yōu)化工具

• WebAssembly Binary Toolkit (wabt)：一個用于處理和分析WebAssembly二進(jìn)制文件的工具集，包括編譯、反編譯、驗證等功能。
• Chrome DevTools：Chrome瀏覽器提供了WebAssembly的調(diào)試支持，可以在DevTools中進(jìn)行斷點調(diào)試、性能分析等操作。

Part 03、  研發(fā)示例  

當(dāng)將C/C++代碼帶入Web平臺并在瀏覽器中執(zhí)行時，可以按照以下步驟進(jìn)行操作：

（1）安裝 Emscripten：Emscripten 是一個常用的將 C/C++ 代碼編譯為 WebAssembly 的工具鏈。首先，前往 Emscripten 官網(wǎng)（https://emscripten.org/）按照指南安裝 Emscripten。

（2）編寫 C/C++ 代碼：創(chuàng)建一個 C/C++ 源文件（例如 example.c），并添加以下示例代碼：

（3）編譯為 WebAssembly 模塊：在終端中執(zhí)行以下命令，使用 Emscripten 將 C/C++ 代碼編譯為 WebAssembly 模塊：

（4）創(chuàng)建 HTML 文件：創(chuàng)建一個 HTML 文件（例如 index.html），并添加以下內(nèi)容：

（5）在瀏覽器中運(yùn)行：使用任意靜態(tài)文件服務(wù)器（如 VS Code Live Server 插件或 Python 的 http.server 模塊）啟動本地服務(wù)器，并在瀏覽器中打開 index.html 文件。打開瀏覽器開發(fā)者工具：在瀏覽器的開發(fā)者工具中查看控制臺輸出，應(yīng)該會顯示 Result: 5。

Part 04、 工程應(yīng)用  

? Web應(yīng)用加速：通過將計算密集型任務(wù)委托給WebAssembly模塊，可以在Web應(yīng)用程序中提供更快的性能和更好的用戶體驗。例如，圖像和視頻處理、音頻編解碼、數(shù)據(jù)壓縮等任務(wù)可以使用WebAssembly模塊來提高性能。

? 游戲開發(fā)：WebAssembly為游戲開發(fā)者提供了一個高性能的平臺，使得復(fù)雜的3D游戲可以在瀏覽器中運(yùn)行。游戲引擎如Unity和Unreal Engine已經(jīng)開始支持WebAssembly，使得開發(fā)者可以將游戲直接發(fā)布到Web平臺。

? 跨平臺應(yīng)用程序：WebAssembly可以在不同的操作系統(tǒng)和設(shè)備上運(yùn)行，為跨平臺應(yīng)用程序提供了一種可移植的解決方案。通過將現(xiàn)有的C/C++代碼編譯為WebAssembly模塊，開發(fā)者可以快速將應(yīng)用程序移植到Web平臺，實現(xiàn)跨平臺的部署。

? 科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理：對于需要進(jìn)行大量計算和數(shù)據(jù)處理的科學(xué)和工程應(yīng)用，WebAssembly提供了高性能和并行計算的能力。從數(shù)值模擬到數(shù)據(jù)分析，WebAssembly可以加速各種科學(xué)計算任務(wù)。

? 虛擬現(xiàn)實和增強(qiáng)現(xiàn)實：WebAssembly為虛擬現(xiàn)實（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）應(yīng)用提供了一種可行的解決方案。通過在瀏覽器中運(yùn)行WebAssembly模塊，用戶可以直接在Web平臺上體驗虛擬現(xiàn)實和增強(qiáng)現(xiàn)實內(nèi)容，無需額外的軟件安裝。

Part 05、  未來發(fā)展  

WebAssembly技術(shù)正處于快速發(fā)展階段，并且有著廣闊的未來發(fā)展前景。以下是一些WebAssembly技術(shù)未來可能的發(fā)展方向：

? 性能優(yōu)化：繼續(xù)改進(jìn)WebAssembly的執(zhí)行性能，包括加載速度、運(yùn)行時性能和內(nèi)存占用等方面。這將進(jìn)一步推動WebAssembly的廣泛應(yīng)用。

? 擴(kuò)展功能：將來的WebAssembly版本可能會引入新的功能和特性，如多線程支持、垃圾回收等，以滿足更多復(fù)雜應(yīng)用的需求。

? 生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展：WebAssembly的生態(tài)系統(tǒng)將繼續(xù)發(fā)展壯大，包括工具鏈、框架、庫等，以提供更多的開發(fā)和優(yōu)化選擇。

? 更多領(lǐng)域的應(yīng)用：隨著WebAssembly技術(shù)的不斷成熟，它將在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用，如人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等。

? 標(biāo)準(zhǔn)化和跨平臺支持：WebAssembly的標(biāo)準(zhǔn)化將會進(jìn)一步完善，并得到更多平臺和設(shè)備的廣泛支持，包括移動設(shè)備、嵌入式系統(tǒng)等。

總體而言，WebAssembly技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用前景，并將在Web開發(fā)和跨平臺應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。隨著技術(shù)的發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)的成熟，我們可以預(yù)期更多創(chuàng)新和工程應(yīng)用的涌現(xiàn)。