WebAssembly相关技术介绍

本文将介绍Wasm的背景、工具栈、研发示例、工程应用以及未来发展。

Labs 导读

WebAssembly（简称Wasm）是一种可在Web浏览器中运行的低级字节码格式，它在浏览器中执行速度快、占用资源少，并且可以与JavaScript无缝集成，为开发者提供了一种新的选择，可以将现有的代码和工具迁移到Web平台，提供更好的性能和更广泛的应用场景。、

Part 01、??背景?

WebAssembly（简称Wasm）是一种可在Web浏览器中运行的低级字节码格式。它的发展伴随着Web平台上的一系列关键事件，2011年asm.js作为使用JavaScript的子集来提高性能技术，它通过限制JavaScript的特性和引入类型注解，使得现有的C/C++代码可以在浏览器中运行得更快。2013年Emscripten工具链将C/C++代码编译为JavaScript或WebAssembly，它利用LLVM编译器，将原生代码转换为JavaScript或WebAssembly模块。2015年通过asm.js和Emscripten结合，将C/C++代码编译为asm.js格式，再在浏览器中运行，实现了更高效的Web应用。2017年WebAssembly标准的发布标志着一个重要的里程碑。

WebAssembly定义了一种二进制格式，可以直接在浏览器中执行，而无需通过解释器或即时编译器。目前它提供了一种有效且安全的方式，将高性能的编程语言（如C++、Rust、Go等）编译为Web平台可识别、可移植、高性能的字节码的格式，并且可以在不同浏览器，不同的设备和操作系统上运行。WebAssembly在浏览器中执行速度快、占用资源少，并且可以与JavaScript无缝集成，为开发者提供了一种新的选择，可以将现有的代码和工具迁移到Web平台，提供更好的性能和更广泛的应用场景。

Part 02、?工具栈?

2.1 编译器和工具链

• Emscripten：一个常用的C/C++到WebAssembly的编译器，它使用LLVM将C/C++代码编译成JavaScript或WebAssembly。
• Rust：Rust编程语言提供了内置的WebAssembly支持，通过rustc编译器可以将Rust代码直接编译成WebAssembly模块。

2.2 运行时环境

• WebAssembly JavaScript API：提供了与JavaScript进行交互的API，允许在JavaScript中加载和执行WebAssembly模块。
• WebAssembly System Interface (WASI)：一个与操作系统无关的WebAssembly执行环境，提供了标准的系统调用接口，使得WebAssembly可以直接与底层操作系统进行交互。

2.3 调试和性能优化工具

• WebAssembly Binary Toolkit (wabt)：一个用于处理和分析WebAssembly二进制文件的工具集，包括编译、反编译、验证等功能。
• Chrome DevTools：Chrome浏览器提供了WebAssembly的调试支持，可以在DevTools中进行断点调试、性能分析等操作。

Part 03、??研发示例??

当将C/C++代码带入Web平台并在浏览器中执行时，可以按照以下步骤进行操作：

（1）安装 Emscripten：Emscripten 是一个常用的将 C/C++ 代码编译为 WebAssembly 的工具链。首先，前往 Emscripten 官网（https://emscripten.org/）按照指南安装 Emscripten。

（2）编写 C/C++ 代码：创建一个 C/C++ 源文件（例如 example.c），并添加以下示例代码：

（3）编译为 WebAssembly 模块：在终端中执行以下命令，使用 Emscripten 将 C/C++ 代码编译为 WebAssembly 模块：

（4）创建 HTML 文件：创建一个 HTML 文件（例如 index.html），并添加以下内容：

（5）在浏览器中运行：使用任意静态文件服务器（如 VS Code Live Server 插件或 Python 的 http.server 模块）启动本地服务器，并在浏览器中打开 index.html 文件。打开浏览器开发者工具：在浏览器的开发者工具中查看控制台输出，应该会显示 Result: 5。

Part 04、?工程应用??

? Web应用加速：通过将计算密集型任务委托给WebAssembly模块，可以在Web应用程序中提供更快的性能和更好的用户体验。例如，图像和视频处理、音频编解码、数据压缩等任务可以使用WebAssembly模块来提高性能。

? 游戏开发：WebAssembly为游戏开发者提供了一个高性能的平台，使得复杂的3D游戏可以在浏览器中运行。游戏引擎如Unity和Unreal Engine已经开始支持WebAssembly，使得开发者可以将游戏直接发布到Web平台。

? 跨平台应用程序：WebAssembly可以在不同的操作系统和设备上运行，为跨平台应用程序提供了一种可移植的解决方案。通过将现有的C/C++代码编译为WebAssembly模块，开发者可以快速将应用程序移植到Web平台，实现跨平台的部署。

? 科学计算和数据处理：对于需要进行大量计算和数据处理的科学和工程应用，WebAssembly提供了高性能和并行计算的能力。从数值模拟到数据分析，WebAssembly可以加速各种科学计算任务。

? 虚拟现实和增强现实：WebAssembly为虚拟现实（VR）和增强现实（AR）应用提供了一种可行的解决方案。通过在浏览器中运行WebAssembly模块，用户可以直接在Web平台上体验虚拟现实和增强现实内容，无需额外的软件安装。

Part 05、??未来发展??

WebAssembly技术正处于快速发展阶段，并且有着广阔的未来发展前景。以下是一些WebAssembly技术未来可能的发展方向：

? 性能优化：继续改进WebAssembly的执行性能，包括加载速度、运行时性能和内存占用等方面。这将进一步推动WebAssembly的广泛应用。

? 扩展功能：将来的WebAssembly版本可能会引入新的功能和特性，如多线程支持、垃圾回收等，以满足更多复杂应用的需求。

? 生态系统发展：WebAssembly的生态系统将继续发展壮大，包括工具链、框架、库等，以提供更多的开发和优化选择。

? 更多领域的应用：随着WebAssembly技术的不断成熟，它将在更多领域得到应用，如人工智能、物联网、区块链等。

? 标准化和跨平台支持：WebAssembly的标准化将会进一步完善，并得到更多平台和设备的广泛支持，包括移动设备、嵌入式系统等。

总体而言，WebAssembly技术有着广泛的应用前景，并将在Web开发和跨平台应用领域发挥重要作用。随着技术的发展和生态系统的成熟，我们可以预期更多创新和工程应用的涌现。?