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WebAssembly 系列(六):WebAssembly 的现在与未来

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作者:Lin Clark
译者:@胡子大哈
英文原文:Where is WebAssembly now and what’s next?
译文地址:WebAssembly 系列(六)WebAssembly 的现在与未来
责编:陈秋歌,关注前端开发等领域,寻求报道或者投稿请发邮件至chenqg#csdn.net。

本文是关于 WebAssembly 系列的第六篇文章(本系列其他文章请见文末“相关阅读”),也同时是本系列的收尾文章。

2017 年 2 月 28 日,四个主要的浏览器一致同意宣布 WebAssembly 的MVP 版本已经完成,它是一个浏览器可以搭载的稳定版本。

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它提供了浏览器可以搭载的稳定核,这个核并没有包含 WebAssembly 组织所计划的所有特征,而是提供了可以使 WebAssembly 稳定运行的基本版本。

这样一来开发者就可以使用 WebAssembly 代码了。对于旧版本的浏览器,开发者可以通过 asm.js 来向下兼容代码,asm.js 是 JavaScript 的一个子集,所有 JS 引擎都可以使用它。另外,通过 Emscripten 工具,你可以把你的应用编译成 WebAssembly 或者 asm.js。

尽管是第一个版本,WebAssembly 已经能发挥出它的优势了,未来通过不断地改善和融入新特征,WebAssembly 会变的更快。

提升浏览器中 WebAssembly 的性能

随着各种浏览器都使自己的引擎支持 WebAssembly,速度提升就变成自然而然的了,目前各大浏览器厂商都在积极推动这件事情。

JavaScript 和 WebAssembly 之间调用的中间函数

目前,在 JS 中调用 WebAssembly 的速度比本应达到的速度要慢。这是因为中间需要做一次“蹦床运动”。JIT 没有办法直接处理 WebAssembly,所以 JIT 要先把 WebAssembly 函数发送到懂它的地方。这一过程是引擎中比较慢的地方。

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按理来讲,如果 JIT 知道如何直接处理 WebAssembly 函数,那么速度会有百倍的提升。

如果你传递的是单一任务给 WebAssembly 模块,那么不用担心这个开销,因为只有一次转换,也会比较快。但是如果是频繁地从 WebAssembly 和 JavaScript 之间切换,那么这个开销就必须要考虑了。

快速加载

JIT 必须要在快速加载和快速执行之间做权衡。如果在编译和优化阶段花了大量的时间,那么执行的必然会很快,但是启动会比较慢。目前有大量的工作正在研究,如何使预编译时间和程序真正执行时间两者平衡。

WebAssembly 不需要对变量类型做优化假设,所以引擎也不关心在运行时的变量类型。这就给效率的提升提供了更多的可能性,比如可以使编译和执行这两个过程并行。

加之最新增加的 JavaScript API 允许 WebAssembly 的流编译,这就使得在字节流还在下载的时候就启动编译。

FireFox 目前正在开发两个编译器系统。一个编译器先启动,对代码进行部分优化。在代码已经开始运行时,第二个编译器会在后台对代码进行全优化,当全优化过程完毕,就会将代码替换成全优化版本继续执行。

添加后续特性到 WebAssembly 标准的过程

WebAssembly 的发展是采用小步迭代的方式,边测试边开发,而不是预先设计好一切。

这就意味着有很多功能还在襁褓之中,没有经过彻底思考以及实际验证。它们想要写进标准,还要通过所有的浏览器厂商的积极参与。

这些特性叫做:未来特性。这里列出几个。

直接操作 DOM

目前 WebAssembly 没有任何方法可以与 DOM 直接交互。就是说你还不能通过比如element.innerHTML 的方法来更新节点。

想要操作 DOM,必须要通过 JS。那么你就要在 WebAssembly 中调用 JavaScript 函数(WebAssembly 模块中,既可以引入 WebAssembly 函数,也可以引入 JavaScript 函数)。

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不管怎么样,都要通过 JS 来实现,这比直接访问 DOM 要慢得多,所以这是未来一定要解决的一个问题。

共享内存的并发性

提升代码执行速度的一个方法是使代码并行运行,不过有时也会适得其反,因为不同的线程在同步的时候可能会花费更多的时间。

这时如果能够使不同的线程共享内存,那就能降低这种开销。实现这一功能 WebAssembly 将会使用 JavaScript 中的 SharedArrayBuffer,而这一功能的实现将会提高程序执行的效率。

SIMD(单指令,多数据)

如果你之前了解过 WebAssembly 相关的内容,你可能会听说过 SIMD,全称是:Single Instruction, Multiple Data(单指令,多数据),这是并行化的另一种方法。

SIMD 在处理存放大量数据的数据结构有其独特的优势。比如存放了很多不同数据的 vector(容器),就可以用同一个指令同时对容器的不同部分做处理。这种方法会大幅提高复杂计算的效率,比如游戏或者 VR。

这对于普通 web 应用开发者不是很重要,但是对于多媒体、游戏开发者非常关键。

异常处理

许多语言都仿照 C++ 式的异常处理,但是 WebAssembly 并没有包含异常处理。

如果你用 Emscripten 编译代码,就知道它会模拟异常处理,但是这一过程非常之慢,慢到你都想用“DISABLEEXCEPTIONCATCHING” 标记把异常处理关掉。

如果异常处理加入到了 WebAssembly,那就不用采用模拟的方式了。而异常处理对于开发者来讲又特别重要,所以这也是未来的一大功能点。

其他改进——使开发者开发起来更简单

一些未来特性不是针对性能的,而是使开发者开发 WebAssembly 更方便。

  • 一流的开发者工具。目前在浏览器中调试 WebAssembly 就像调试汇编一样,很少的开发者可以手动地把自己的源代码和汇编代码对应起来。我们在致力于开发出更加适合开发者调试源代码的工具。
  • 垃圾回收。如果你能提前确定变量类型,那就可以把你的代码变成 WebAssembly,例如 TypeScript 代码就可以编译成 WebAssembly。但是现在的问题是 WebAssembly 没办法处理垃圾回收的问题,WebAssembly 中的内存操作都是手动的。所以 WebAssembly 会考虑提供方便的 GC 功能,以方便开发者使用。
  • ES6 模块集成。目前浏览器在逐渐支持用 script 标记来加载 JavaScript 模块。一旦这一功能被完美执行,那么像

总结

WebAssembly 执行起来更快,随着浏览器逐步支持了 WebAssembly 的各种特性,WebAssembly 将会变得更快。

相关阅读

WebAssembly 系列(一):生动形象地介绍 WebAssembly

WebAssembly 系列(二):JavaScript Just-in-time (JIT) 工作原理

WebAssembly 系列(三):编译器如何生成汇编

WebAssembly 系列(四):WebAssembly 工作原理

WebAssembly 系列(五):为什么 WebAssembly 更快?


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