Что такое WebAssembly?

Представьте мир, где ваши веб-приложения могут работать так же гладко, как нативные десктопные приложения. Добро пожаловать в царство WebAssembly (Wasm), новейшего веб-стандарта, призванного революционизировать способ создания и запуска веб-приложений. Выпущенный в 2017 году и официально стандартизированный W3C в 2019 году, WebAssembly — это двоичный формат инструкций, который меняет правила игры для веб-разработчиков.

Зачем нужен WebAssembly?

На протяжении десятилетий JavaScript был королём сети, но у него есть свои ограничения. Для сложных задач, таких как редактирование видео, 3D-игры, виртуальная и дополненная реальность и научные симуляции, JavaScript может быть слишком медленным и громоздким. Именно здесь вступает WebAssembly, предлагая способ компилировать код из таких языков, как C, C++ и Rust, в двоичный формат, который может выполняться веб-браузерами со скоростью, близкой к скорости выполнения нативных приложений.

Как работает WebAssembly

Файлы WebAssembly (.wasm) содержат низкоуровневые двоичные инструкции, которые могут выполняться виртуальной машиной. Эти инструкции упакованы в модули, которые представляют собой объекты, которые непосредственно выполняются браузером. Каждый модуль может быть создан несколько раз на веб-странице, а функции, определённые внутри этих модулей, перечислены в специальном массиве, называемом «Таблица». Соответствующие данные содержатся в другой структуре, известной как ArrayBuffer.

Одной из ключевых особенностей WebAssembly является его способность проверяться и компилироваться за один проход, что позволяет проводить «потоковую компиляцию». Это означает, что браузер может начать компилировать и выполнять код WebAssembly сразу после его загрузки, подобно потоковой передаче фильма. В отличие от этого, файлы JavaScript должны быть полностью проанализированы и проверены, прежде чем они могут быть преобразованы в байт-код, что может занять больше времени.

Модули WebAssembly не заменяют JavaScript, а дополняют его. Они не могут напрямую обращаться к DOM и не могут совершать системные вызовы или читать память браузера. Вместо этого они работают в изолированной среде и взаимодействуют с внешним миром через интерфейсы JavaScript. Это означает, что модули WebAssembly обычно будут выполнять тяжёлую работу, такую как интенсивные вычисления, в то время как JavaScript обрабатывает взаимодействие с DOM и другими веб-API.

Чтобы использовать WebAssembly, вы обычно компилируете свой код из высокоуровневых языков, таких как C, C++ или Rust, в формат .wasm. Одним из популярных инструментов для этого является Emscripten SDK. Вот пошаговый пример того, как можно скомпилировать простую программу на C в WebAssembly:

// hello.c
#include <stdio.h>

int main() {
    printf("Hello, WebAssembly!\n");
    return 0;
}

Вы можете скомпилировать это с помощью Emscripten:

emcc hello.c -o hello.wasm

После того как у вас есть файл .wasm, вы можете использовать его в своём HTML-файле с помощью JavaScript. Вот пример:

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>WebAssembly Example</title>
</head>
<body>
    <script>
        WebAssembly.instantiateStreaming(fetch('hello.wasm'))
            .then(module => {
                module.instance.exports.main();
            });
    </script>
</body>
</html>

Ключевые концепции включают:

  • Модуль: скомпилированный объект, который может быть выполнен браузером.
  • Память: ArrayBuffer, содержащий данные. Память можно явно выделить с помощью вызова WebAssembly.memory().
  • Таблица: типизированный массив, хранящий ссылки на функции.
  • Экземпляр: объект, содержащий экспортированные функции модуля, которые можно вызвать из JavaScript.

WebAssembly работает в безопасной среде песочницы, которая обеспечивает безопасность веб-приложений.

WebAssembly особенно полезен для приложений, требующих высокой производительности, таких как игры, редактирование видео и научные симуляторы. Отладка WebAssembly может быть немного сложнее, чем отладка JavaScript, но существуют инструменты, упрощающие процесс. Например, можно использовать текстовый формат WebAssembly (WAT) для отладки и тестирования.