?譯者 | 陳峻

審校 | 孫淑娟

二十多年來，有一種編程語言一直在Web瀏覽器中以原生的方式被使用至今。這便是JavaScript。期間，我們見證了諸如Java和Flash的ActionScript等第三方二進制插件，從興起到逐漸消亡。而作為另一類Web語言的CoffeeScript，最終仍然會被編譯成JavaScript?？梢姡挥蠮avaScript才是Web開發(fā)界的王者，并骨灰級地被沿用著。

不過，我們現(xiàn)在有了一種新的可選項：WebAssembly（簡稱為Wasm）。作為一種小型且快速的二進制格式編程語言，它可以為Web應(yīng)用提供接近原生的性能。此外，WebAssembly旨在成為任何語言的編譯目標，而JavaScript只是目標中的一種。也就是說，鑒于每一種主流瀏覽器都能支持WebAssembly，我們有必要開始認真地考慮，如何編寫出各種可以被編譯為WebAssembly的客戶端應(yīng)用。

值得注意的是，WebAssembly應(yīng)用程序并不打算（至少目前并沒有）取代JavaScript應(yīng)用程序。相反，鑒于JavaScript具有靈活、動態(tài)類型、以及源代碼可讀等交付特性，WebAssembly旨在提供高速、強類型，以及緊湊二進制式的交付特性。因此，WebAssembly可以被視為JavaScript的輔助“伙伴”。

在實際中，開發(fā)人員可以考慮將WebAssembly運用到諸如：游戲、音樂流、視頻編輯、以及CAD應(yīng)用等性能敏感型的用例中。目前，許多Web服務(wù)已經(jīng)開始采用WebAssembly了。例如，為了縮短加載的時間與執(zhí)行的速度，谷歌地球和協(xié)作式繪圖與圖表應(yīng)用Figma，都采用了較新的WebAssembly。

1.WebAssemzbly的工作原理 

由W3C開發(fā)的WebAssembly，用其創(chuàng)建者的話來說是一個“編譯的目標”。開發(fā)人員不必直接編寫WebAssembly。他們可以選用自己熟悉的語言編寫代碼，然后編譯成WebAssembly類型的字節(jié)碼。字節(jié)碼通常運行在客戶端的Web瀏覽器中，并被翻譯成可被高速執(zhí)行的原生機器代碼。

WebAssembly代碼旨在實現(xiàn)比JavaScript更快的加載、解析和執(zhí)行。當使用WebAssembly時，Web瀏覽器仍然存在下載Wasm模塊，以及予以設(shè)置的開銷。雖然對于較大的Wasm項目而言，此類模塊會因為在運行過程中產(chǎn)生了幾兆字節(jié)，而出現(xiàn)延遲。但是在其他同等條件的中小型項目中，WebAssembly會運行得更快一些。

同時，WebAssembly也提供了一個沙盒執(zhí)行模型，該模型與JavaScript的現(xiàn)有安全模型非常相似。也就是說，Wasm應(yīng)用程序無法直接訪問到沙箱之外的任何內(nèi)容，甚至是它們正在運行的網(wǎng)頁上的DOM。因此，如果應(yīng)用程序需要與系統(tǒng)中的其他部分進行交互，就必須使用類似WebAssembly系統(tǒng)接口（WASI，https://wasi.dev/）的各種ABI（應(yīng)用程序二進制接口）。WASI為程序提供了常被用于文件、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)時鐘、以及其他系統(tǒng)服務(wù)的受控式訪問。

目前，雖然在Web瀏覽器中運行WebAssembly，是其最常見的一種使用場景，但是WebAssembly遠不僅僅是基于Web的解決方案。例如：Wasmer項目就可以在服務(wù)器端運行WebAssembly應(yīng)用程序。這與Node.js運行時（runtime）在瀏覽器之外運行JavaScript的方式非常類似。

2.用例 

WebAssembly的最基本用例就是被開發(fā)者用來編寫瀏覽器內(nèi)的軟件。我們可以用各種語言來編寫出可以被編譯成WebAssembly的組件，然后通過JavaScript，將WebAssembly的最終、有效負載傳遞給客戶端。

如前文所述，WebAssembly在設(shè)計時就考慮到了各種性能密集型、基于瀏覽器的用例。其中包括：游戲、音樂流、視頻編輯、CAD、加密、以及圖像識別等等?？偟恼f來，WebAssembly用例通常適合如下三個領(lǐng)域：

• 已存在于目標語言中的高性能代碼。例如，如果你有一個已用C語言編寫的高效數(shù)學函數(shù)，并且需要將它合并到某個Web應(yīng)用程序中，那么，你就可以將它部署為一個WebAssembly模塊。同時，您可將該應(yīng)用中，那些對于性能不太敏感的、面向用戶的部分，保留為JavaScript。
• JavaScript代碼不夠理想，需要從頭開始編寫的高性能代碼。過去，開發(fā)人員會使用asm.js（http://asmjs.org/）來改寫此類代碼。如今，您可以通過WebAssembly來實現(xiàn)該目的。
• 將桌面應(yīng)用移植到Web環(huán)境中。雖然asm.js和WebAssembly都可以在技術(shù)上實現(xiàn)此類需求，但是WebAssembly可以提供比使用HTML呈現(xiàn)GUI更為基礎(chǔ)的應(yīng)用。對此，您可以查看WebDSP和瀏覽器中的Windows 2000這兩個示例，來進一步了解其功效。

總之，WebAssembly開發(fā)往往能夠達到比現(xiàn)有JavaScript應(yīng)用程序更快的運行效果。

3.WebAssembly的語言支持 

顧名思義，WebAssembly不可被直接編寫，它更像是一種匯編語言，一種供機器使用、而非高級的、用戶友好的編程語言。與C或Java相比，WebAssembly更接近由LLVM語言編譯器的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)所生成的中間代碼表示（intermediate representation，IR）。

通常，大多數(shù)使用WebAssembly的場景都會涉及到使用如下三種基本方式中的一種，把那些由高級語言編寫的代碼，轉(zhuǎn)換為WebAssembly：

• 直接編譯。通過本語言自帶的編譯器工具鏈，源代碼可以被直接翻譯成WebAssembly。例如：Rust、C/C++、Kotlin/Native、以及D都可以通過原生方式，從支持此類語言的編譯器處，直接編譯出Wasm。
• 第三方工具。Java、Lua和.Net等語言雖然并不提供原生的、支持Wasm的工具鏈，但它們可以使用第三方實用程序，將代碼轉(zhuǎn)換為Wasm。
• 基于WebAssembly的解釋器。它并非是將現(xiàn)有語言的代碼翻譯成WebAssembly，而是用由WebAssembly編寫的語言解釋器，去運行代碼。由于解釋器本身就占有幾兆字節(jié)的代碼空間，因此，該方法較為臃腫。當然，它保留了那些原有語言編寫的代碼，在無需轉(zhuǎn)換的情況下，被運行起來。例如，Python（往往是通過PyScript）和Ruby都擁有翻譯成Wasm的解釋器。

4.WebAssembly即將推出的功能 

不可否認，WebAssembly仍處于早期階段。其工具鏈和實現(xiàn)，更接近于概念性的驗證（proof-of-concept）。目前，WebAssembly正努力通過如下方面的舉措，讓其更加實用：

垃圾回收的原語（Primitives）

WebAssembly目前并不直接支持那些使用垃圾回收內(nèi)存模型（garbage-collected memory model）的語言。我們只能通過限制功能集，或?qū)⒄麄€運行時（runtime）嵌入WebAssembly的可執(zhí)行文件，以支持Lua或Python等語言。當然，WebAssembly正在緊鑼密鼓地研發(fā)其支持垃圾回收內(nèi)存模型的功能。

線程（Threading）

對線程的原生支持，在Rust和C++等語言中十分常見。而WebAssembly缺乏對于線程的支持，就意味著那些以WebAssembly為最終目標的應(yīng)用代碼的整個類，我們都不能使用Rust和C++等語言來編寫。目前，已有人提出使用C++線程模型，向WebAssembly添加線程。

大容量內(nèi)存操作和SIMD

大容量內(nèi)存操作和SIMD（單指令與多數(shù)據(jù)，single instruction, multiple data）的并行性，對于需要處理大量數(shù)據(jù)、并需要通過原生CPU加速，來防止阻塞的應(yīng)用程序（如機器學習或數(shù)據(jù)科學應(yīng)用）而言，是必不可少的。目前，WebAssembly正努力添加此類功能。

高級語言結(jié)構(gòu)

同時，WebAssembly正在對標高級語言結(jié)構(gòu)，并不斷完善如下功能：

• 異常（Exceptions）可以在WebAssembly中被模擬，但是不能通過WebAssembly的指令集被原生地實現(xiàn)。目前，WebAssembly正計劃創(chuàng)建與C++異常模型相兼容的異常原語，以便被編譯為WebAssembly的那些語言代碼所使用。
• 參考類型（Reference types）可以輕松地向主機環(huán)境傳遞被用作參考的對象。它能夠使得垃圾回收和其他高級功能，更容易地在WebAssembly中實現(xiàn)。
• 尾調(diào)用（Tail calls）是一種在多種語言中被用到的設(shè)計模式。
• 能返回多個值的函數(shù)，如Python或C#中的元組（tuples，或稱數(shù)組）。
• 符號擴展運算符（Sign-extension operators），一種實用的低級數(shù)學運算。LLVM能夠支持它。

調(diào)試和分析工具

如您所知，被轉(zhuǎn)譯的JavaScript存在著一個巨大問題：由于無法在轉(zhuǎn)譯代碼和源代碼之間建立關(guān)聯(lián)，因此我們難以進行調(diào)試和分析。目前，WebAssembly正努力通過源地圖支持的方式，來解決此類問題。

原文鏈接：https://dzone.com/articles/what-is-webassembly

譯者介紹

陳峻 （Julian Chen），51CTO社區(qū)編輯，具有十多年的IT項目實施經(jīng)驗，善于對內(nèi)外部資源與風險實施管控，專注傳播網(wǎng)絡(luò)與信息安全知識與經(jīng)驗；持續(xù)以博文、專題和譯文等形式，分享前沿技術(shù)與新知；經(jīng)常以線上、線下等方式，開展信息安全類培訓與授課。?