WebAssembly للواجهة الأمامية: نظرة عميقة على أنماط التكامل لـ Rust و AssemblyScript

لسنوات عديدة، كانت JavaScript هي الملكة بلا منازع لتطوير الويب للواجهة الأمامية. لقد مكّنت ديناميكيتها ونظامها البيئي الواسع المطورين من بناء تطبيقات غنية وتفاعلية بشكل لا يصدق. ومع ذلك، مع تزايد تعقيد تطبيقات الويب - حيث تعالج كل شيء من تحرير الفيديو داخل المتصفح والعرض ثلاثي الأبعاد إلى تصور البيانات المعقدة والتعلم الآلي - يصبح سقف الأداء للغة المفسرة والمتغيرة النوعية واضحًا بشكل متزايد. أدخل WebAssembly (Wasm).

WebAssembly ليس بديلاً عن JavaScript، بل هو رفيق قوي. إنه تنسيق تعليمات منخفض المستوى وثنائي يعمل في آلة افتراضية معزولة داخل المتصفح، مما يوفر أداءً قريبًا من الأداء الأصلي للمهام المكثفة حسابيًا. هذا يفتح جبهة جديدة لتطبيقات الويب، مما يسمح للمنطق الذي كان محصورًا سابقًا في تطبيقات سطح المكتب الأصلية بالعمل مباشرة في متصفح المستخدم.

برزت لغتان كرائدتين في التجميع إلى WebAssembly للواجهة الأمامية: Rust، المشهورة بأدائها وسلامة الذاكرة وأدواتها القوية، و AssemblyScript، التي تستفيد من صيغة تشبه TypeScript، مما يجعلها سهلة الوصول بشكل لا يصدق للمجتمع الواسع من مطوري الويب.

سيتحرك هذا الدليل الشامل إلى ما وراء أمثلة "مرحباً بالعالم" البسيطة. سنستكشف أنماط التكامل الحاسمة التي تحتاجها لدمج وحدات Wasm المدعومة بـ Rust و AssemblyScript بشكل فعال في تطبيقات الواجهة الأمامية الحديثة الخاصة بك. سنغطي كل شيء بدءًا من المكالمات المتزامنة الأساسية إلى إدارة الحالة المتقدمة والتنفيذ خارج سلسلة الرسائل الرئيسية، مما يمنحك المعرفة لتحديد متى وكيف تستخدم WebAssembly لبناء تجارب ويب أسرع وأكثر قوة لجمهور عالمي.

فهم نظام WebAssembly البيئي

قبل الغوص في أنماط التكامل، من الضروري فهم المفاهيم الأساسية لنظام Wasm البيئي. فهم الأجزاء المتحركة سيزيل الغموض عن العملية ويساعدك على اتخاذ قرارات معمارية أفضل.

تنسيق Wasm الثنائي والآلة الافتراضية

في جوهرها، WebAssembly هو هدف تجميع. لا تكتب Wasm يدويًا؛ أنت تكتب الكود بلغة مثل Rust أو C++ أو AssemblyScript، ويقوم المترجم بترجمتها إلى ملف ثنائي .wasm مدمج وفعال. يحتوي هذا الملف على لغة آلية غير خاصة بأي بنية معالج معينة.

عندما يقوم المتصفح بتحميل ملف .wasm، فإنه لا يفسر الكود سطرًا بسطر كما يفعل مع JavaScript. بدلاً من ذلك، يتم ترجمة لغة Wasm الآلية بسرعة إلى الكود الأصلي للجهاز المضيف ويتم تنفيذها داخل آلة افتراضية (VM) آمنة ومعزولة. هذا العزل حاسم: وحدة Wasm ليس لديها وصول مباشر إلى DOM أو ملفات النظام أو موارد الشبكة. يمكنها فقط إجراء عمليات حسابية واستدعاء وظائف JavaScript محددة يتم توفيرها لها بشكل صريح.

حد JavaScript-Wasm: الواجهة الحاسمة

أهم مفهوم يجب فهمه هو الحد الفاصل بين JavaScript و WebAssembly. إنهما عالمان منفصلان يحتاجان إلى جسر مُدار بعناية للتواصل. لا تتدفق البيانات بحرية بينهما.

• أنواع بيانات محدودة: تفهم WebAssembly أنواعًا رقمية أساسية فقط: أعداد صحيحة بـ 32 بت و 64 بت وأرقام النقطة العائمة. أنواع البيانات المعقدة مثل السلاسل النصية والكائنات والمصفوفات لا توجد أصليًا في Wasm.
• الذاكرة الخطية: تعمل وحدة Wasm على كتلة متجاورة من الذاكرة، والتي تبدو من جانب JavaScript وكأنها ArrayBuffer كبير واحد. لتمرير سلسلة نصية من JS إلى Wasm، يجب عليك ترميز السلسلة إلى بايتات (مثل UTF-8)، وكتابة هذه البايتات في ذاكرة وحدة Wasm، ثم تمرير مؤشر (عدد صحيح يمثل عنوان الذاكرة) إلى دالة Wasm.

هذه التكلفة الإضافية للاتصال هي السبب في أن الأدوات التي تولد "كود ربط" مهمة جدًا. يتعامل هذا الكود JavaScript المُنشأ تلقائيًا مع إدارة الذاكرة المعقدة وتحويلات أنواع البيانات، مما يسمح لك باستدعاء دالة Wasm كما لو كانت دالة JS أصلية تقريبًا.

الأدوات الرئيسية لتطوير Wasm للواجهة الأمامية

لست وحدك عند بناء هذا الجسر. لقد طورت المجتمع أدوات استثنائية لتبسيط العملية:

• لـ Rust:
  • wasm-pack: أداة البناء الشاملة. تنسق مترجم Rust، وتشغل wasm-bindgen، وتحزم كل شيء في حزمة صديقة لـ NPM.
  • wasm-bindgen: العصا السحرية لتفاعل Rust-Wasm. تقرأ كود Rust الخاص بك (على وجه التحديد، العناصر المميزة بسمة #[wasm_bindgen]) وتنشئ كود الربط JavaScript الضروري للتعامل مع أنواع البيانات المعقدة مثل السلاسل النصية والهياكل والمتجهات، مما يجعل عبور الحدود سلسًا تقريبًا.
• لـ AssemblyScript:
  • asc: مترجم AssemblyScript. يأخذ الكود الشبيه بـ TypeScript الخاص بك ويقوم بتجميعه مباشرة إلى ملف ثنائي .wasm. كما يوفر وظائف مساعدة لإدارة الذاكرة والتفاعل مع مضيف JS.
• المجمعات (Bundlers): لدى مجمعات الواجهة الأمامية الحديثة مثل Vite و Webpack و Parcel دعم مدمج لاستيراد ملفات .wasm، مما يجعل التكامل في عملية البناء الحالية الخاصة بك بسيطًا نسبيًا.

اختيار سلاحك: Rust مقابل AssemblyScript

يعتمد الاختيار بين Rust و AssemblyScript بشكل كبير على متطلبات مشروعك، ومهارات فريقك الحالية، وأهداف الأداء الخاصة بك. لا يوجد خيار "أفضل" واحد؛ لكل منها مزايا مميزة.

Rust: قوة الأداء والسلامة

Rust هي لغة برمجة أنظمة مصممة للأداء والتزامن وسلامة الذاكرة. يزيل مترجمها الصارم ونموذج ملكيته فئات كاملة من الأخطاء في وقت التجميع، مما يجعلها مثالية للمنطق الحاسم والمعقد.

• المزايا:
  • أداء استثنائي: تسمح التجريدات بدون تكلفة وإدارة الذاكرة اليدوية (بدون جامع القمامة) بأداء ينافس C و C++.
  • سلامة الذاكرة المضمونة: مدقق الاستعارة يمنع سباقات البيانات، وإلغاء الإشارة إلى مؤشر فارغ، وأخطاء أخرى شائعة متعلقة بالذاكرة.
  • نظام بيئي ضخم: يمكنك الاستفادة من crates.io، مستودع حزم Rust، الذي يحتوي على مجموعة واسعة من المكتبات عالية الجودة لأي مهمة يمكن تخيلها تقريبًا.
  • أدوات قوية: يوفر wasm-bindgen تجريدات عالية المستوى وسهلة الاستخدام للاتصال بين JS و Wasm.
• العيوب:
  • منحنى تعلم حاد: يمكن أن تكون مفاهيم مثل الملكية والاستعارة وعمر البيانات صعبة على المطورين الجدد في برمجة الأنظمة.
  • أحجام ثنائية أكبر: يمكن أن تكون وحدة Rust Wasm بسيطة أكبر من نظيرتها AssemblyScript بسبب تضمين مكونات المكتبة القياسية وكود المخصص. ومع ذلك، يمكن تحسين هذا بشكل كبير.
  • أوقات تجميع أطول: يقوم مترجم Rust بالكثير من العمل لضمان السلامة والأداء، مما قد يؤدي إلى عمليات بناء أبطأ.
• الأفضل لـ: المهام المقيدة بوحدة المعالجة المركزية حيث يكون كل جزء من الأداء مهمًا. تشمل الأمثلة مرشحات معالجة الصور والفيديو، ومحركات الفيزياء لألعاب المتصفح، والخوارزميات التشفيرية، وتحليل البيانات على نطاق واسع أو المحاكاة.

AssemblyScript: الجسر المألوف لمطوري الويب

تم إنشاء AssemblyScript خصيصًا لجعل Wasm متاحًا لمطوري الويب. يستخدم صيغة TypeScript المألوفة ولكن مع أنواع بيانات أكثر صرامة ومكتبة قياسية مختلفة مُعدة للتجميع إلى Wasm.

• المزايا:
  • منحنى تعلم لطيف: إذا كنت تعرف TypeScript، يمكنك أن تكون منتجًا في AssemblyScript في غضون ساعات.
  • إدارة ذاكرة أبسط: تتضمن جامع قمامة (GC)، مما يبسط التعامل مع الذاكرة مقارنة بنهج Rust اليدوي.
  • أحجام ثنائية صغيرة: بالنسبة للوحدات الصغيرة، غالبًا ما ينتج AssemblyScript ملفات .wasm صغيرة جدًا.
  • تجميع سريع: المترجم سريع جدًا، مما يؤدي إلى دورة ملاحظات تطوير أسرع.
• العيوب:
  • قيود الأداء: يعني وجود جامع قمامة ونموذج تشغيل مختلف أنه بشكل عام لن يطابق الأداء الخام لـ Rust أو C++ المحسّنة.
  • نظام بيئي أصغر: نظام المكتبات لـ AssemblyScript ينمو ولكنه ليس واسعًا مثل crates.io الخاص بـ Rust بأي حال من الأحوال.
  • تفاعل منخفض المستوى: في حين أنه مريح، فإن التفاعل مع JS غالبًا ما يبدو يدويًا أكثر مما يقدمه wasm-bindgen لـ Rust.
• الأفضل لـ: تسريع خوارزميات JavaScript الحالية، وتنفيذ منطق أعمال معقد غير مقيد بوحدة المعالجة المركزية بشكل صارم، وبناء مكتبات أدوات حساسة للأداء، والنماذج الأولية السريعة لميزات Wasm.

مصفوفة قرار سريعة

لمساعدتك في الاختيار، ضع في اعتبارك هذه الأسئلة:

• هل هدفك الأساسي هو أقصى أداء "مباشر"؟ اختر Rust.
• هل يتكون فريقك بشكل أساسي من مطوري TypeScript الذين يحتاجون إلى أن يكونوا منتجين بسرعة؟ اختر AssemblyScript.
• هل تحتاج إلى تحكم يدوي ودقيق في كل تخصيص للذاكرة؟ اختر Rust.
• هل تبحث عن طريقة سريعة لنقل جزء حساس للأداء من قاعدة كود JS الخاصة بك؟ اختر AssemblyScript.
• هل تحتاج إلى الاستفادة من نظام بيئي غني من المكتبات الحالية لمهام مثل التحليل، والرياضيات، أو هياكل البيانات؟ اختر Rust.

نمط التكامل الأساسي: الوحدة المتزامنة

أبسط طريقة لاستخدام WebAssembly هي تحميل الوحدة عند بدء تشغيل تطبيقك ثم استدعاء دوالها المصدرة بشكل متزامن. هذا النمط بسيط وفعال للوحدات المساعدة الصغيرة والأساسية.

مثال Rust مع wasm-pack و wasm-bindgen

لإنشاء مكتبة Rust بسيطة تضيف رقمين.

1. إعداد مشروع Rust الخاص بك:

cargo new --lib wasm-calculator

2. إضافة تبعيات إلى Cargo.toml:

[dependencies]
wasm-bindgen = "0.2"

3. كتابة كود Rust في src/lib.rs:

نستخدم الماكرو #[wasm_bindgen] لإخبار سلسلة الأدوات بتعريض هذه الدالة لـ JavaScript.

            use wasm_bindgen::prelude::*;

#[wasm_bindgen]
pub fn add(a: i32, b: i32) -> i32 {
    a + b
}
            

              
                Copy
              
            
          

4. البناء باستخدام wasm-pack:

يقوم هذا الأمر بتجميع كود Rust إلى Wasm وإنشاء دليل pkg يحتوي على ملف .wasm، وكود الربط JS، وملف package.json.

wasm-pack build --target web

5. استخدامه في JavaScript:

الوحدة JS المُنشأة تصدر دالة init (وهي غير متزامنة ويجب استدعاؤها أولاً لتحميل ثنائي Wasm) وجميع دوالك المصدرة.

            import init, { add } from './pkg/wasm_calculator.js';

async function runApp() {
    await init(); // This loads and compiles the .wasm file

    const result = add(15, 27);
    console.log(`The result from Rust is: ${result}`); // The result from Rust is: 42
}

runApp();
            

              
                Copy
              
            
          

مثال AssemblyScript مع asc

الآن، لنفعل نفس الشيء مع AssemblyScript.

1. إعداد مشروعك وتثبيت المترجم:

npm install --save-dev assemblyscript
npx asinit .

2. كتابة كود AssemblyScript في assembly/index.ts:

الصيغة متطابقة تقريبًا مع TypeScript.

            export function add(a: i32, b: i32): i32 {
  return a + b;
}
            

              
                Copy
              
            
          

3. البناء باستخدام asc:

npm run asbuild (هذا يشغل سكريبت البناء المحدد في package.json)

4. استخدامه في JavaScript باستخدام Web API:

غالبًا ما يتضمن استخدام AssemblyScript واجهة برمجة تطبيقات WebAssembly الأصلية، وهي أكثر تفصيلاً قليلاً ولكنها تمنحك تحكمًا كاملاً.

            async function runApp() {
    const response = await fetch('./build/optimized.wasm');
    const buffer = await response.arrayBuffer();
    const wasmModule = await WebAssembly.instantiate(buffer);

    const { add } = wasmModule.instance.exports;

    const result = add(15, 27);
    console.log(`The result from AssemblyScript is: ${result}`); // The result from AssemblyScript is: 42
}

runApp();
            

              
                Copy
              
            
          

متى يتم استخدام هذا النمط

هذا النمط من التحميل المتزامن هو الأفضل للوحدات Wasm الصغيرة والحاسمة التي تكون مطلوبة فورًا عند تحميل التطبيق. إذا كانت وحدة Wasm الخاصة بك كبيرة، فإن await init() الأولي هذا يمكن أن يحظر عرض تطبيقك، مما يؤدي إلى تجربة مستخدم سيئة. بالنسبة للوحدات الأكبر، نحتاج إلى نهج أكثر تقدمًا.

النمط المتقدم 1: التحميل غير المتزامن والتنفيذ خارج سلسلة الرسائل الرئيسية

لضمان واجهة مستخدم سلسة وسريعة الاستجابة، يجب عليك أبدًا عدم إجراء مهام طويلة الأمد على سلسلة الرسائل الرئيسية. ينطبق هذا على تحميل وحدات Wasm الكبيرة وتنفيذ دوالها المكثفة حسابيًا. هنا يصبح التحميل الكسول و Web Workers أنماطًا أساسية.

الاستيرادات الديناميكية والتحميل الكسول

تسمح JavaScript الحديثة لك باستخدام import() الديناميكي لتحميل الكود عند الطلب. هذه هي الأداة المثالية لتحميل وحدة Wasm فقط عندما تكون هناك حاجة إليها فعليًا، على سبيل المثال، عندما ينتقل المستخدم إلى صفحة معينة أو ينقر على زر يشغل ميزة.

تخيل أن لديك تطبيق محرر صور. وحدة Wasm لتطبيق مرشحات الصور كبيرة ولا تحتاج إلا عندما يحدد المستخدم زر "تطبيق المرشح".

            const applyFilterButton = document.getElementById('apply-filter');

applyFilterButton.addEventListener('click', async () => {
    // The Wasm module and its JS glue are only downloaded and parsed now.
    const { apply_grayscale_filter } = await import('./pkg/image_filters.js');
    
    const imageData = getCanvasData();
    const filteredData = apply_grayscale_filter(imageData);
    renderNewImage(filteredData);
});
            

              
                Copy
              
            
          

هذا التغيير البسيط يحسن وقت تحميل الصفحة الأولي بشكل كبير. لا يتحمل المستخدم تكلفة وحدة Wasm حتى يستخدم الميزة بشكل صريح.

نمط Web Worker

حتى مع التحميل الكسول، إذا استغرقت دالة Wasm وقتًا طويلاً للتنفيذ (على سبيل المثال، معالجة ملف فيديو كبير)، فإنها ستظل تجمد واجهة المستخدم. الحل هو نقل العملية بأكملها - بما في ذلك تحميل وتنفيذ وحدة Wasm - إلى سلسلة رسائل منفصلة باستخدام Web Worker.

الهندسة المعمارية كالتالي: 1. سلسلة الرسائل الرئيسية: تنشئ Worker جديد. 2. سلسلة الرسائل الرئيسية: ترسل رسالة إلى Worker مع البيانات التي سيتم معالجتها. 3. سلسلة رسائل Worker: تستقبل الرسالة. 4. سلسلة رسائل Worker: تستورد وحدة Wasm وكود الربط الخاص بها. 5. سلسلة رسائل Worker: تستدعي دالة Wasm المكثفة باستخدام البيانات. 6. سلسلة رسائل Worker: بمجرد اكتمال الحساب، ترسل رسالة مرة أخرى إلى سلسلة الرسائل الرئيسية بالنتيجة. 7. سلسلة الرسائل الرئيسية: تستقبل النتيجة وتحدث واجهة المستخدم.

مثال: سلسلة الرسائل الرئيسية (main.js)

            const imageProcessorWorker = new Worker(new URL('./worker.js', import.meta.url), { type: 'module' });

// Listen for results from the worker
imageProcessorWorker.onmessage = (event) => {
    console.log('Received processed data from worker!');
    updateUIWithResult(event.data);
};

// When the user wants to process an image
document.getElementById('process-btn').addEventListener('click', () => {
    const largeImageData = getLargeImageData();
    console.log('Sending data to worker for processing...');
    // Send the data to the worker to process off the main thread
    imageProcessorWorker.postMessage(largeImageData);
});
            

              
                Copy
              
            
          

مثال: سلسلة رسائل Worker (worker.js)

            // Import the Wasm module *inside the worker*
import init, { process_image } from './pkg/image_processor.js';

async function main() {
    // Initialize the Wasm module once when the worker starts
    await init();

    // Listen for messages from the main thread
    self.onmessage = (event) => {
        console.log('Worker received data, starting Wasm computation...');
        const inputData = event.data;
        const result = process_image(inputData);

        // Send the result back to the main thread
        self.postMessage(result);
    };

    // Signal the main thread that the worker is ready
    self.postMessage('WORKER_READY');
}

main();
            

              
                Copy
              
            
          

هذا النمط هو المعيار الذهبي لدمج حسابات WebAssembly الثقيلة في تطبيق الويب. إنه يضمن بقاء واجهة المستخدم الخاصة بك سلسة وسريعة الاستجابة تمامًا، بغض النظر عن مدى كثافة المعالجة الخلفية. لسيناريوهات الأداء القصوى التي تتضمن مجموعات بيانات ضخمة، يمكنك أيضًا استكشاف استخدام SharedArrayBuffer للسماح للـ worker وسلسلة الرسائل الرئيسية بالوصول إلى نفس كتلة الذاكرة، مما يلغي الحاجة إلى نسخ البيانات ذهابًا وإيابًا. ومع ذلك، يتطلب هذا رؤوس أمان خادم محددة (COOP و COEP) ليتم تكوينها.

النمط المتقدم 2: إدارة البيانات والحالة المعقدة

يتم فتح القوة الحقيقية (والتعقيد) لـ WebAssembly عندما تتجاوز الأرقام البسيطة وتبدأ في التعامل مع هياكل بيانات معقدة مثل السلاسل النصية والكائنات والمصفوفات الكبيرة. يتطلب هذا فهمًا عميقًا لنموذج الذاكرة الخطية لـ Wasm.

فهم الذاكرة الخطية لـ Wasm

تخيل ذاكرة وحدة Wasm كـ ArrayBuffer JavaScript واحد ضخم ومتجاور. يمكن لكل من JavaScript و Wasm القراءة والكتابة إلى هذه الذاكرة، لكنهما يفعلان ذلك بطرق مختلفة. يعمل Wasm عليها مباشرة، بينما يحتاج JavaScript إلى إنشاء "عرض" مصفوفة مُقيدة (مثل `Uint8Array` أو `Float32Array`) للتفاعل معها.

إدارة هذا يدويًا أمر معقد وعرضة للأخطاء، وهذا هو السبب في أننا نعتمد على التجريدات التي توفرها سلاسل الأدوات الخاصة بنا.

تجريدات عالية المستوى مع wasm-bindgen (Rust)

wasm-bindgen هو تحفة من التجريد. يسمح لك بكتابة وظائف Rust التي تستخدم أنواعًا عالية المستوى مثل `String` و `Vec` وحتى `struct`s مخصصة، ويقوم تلقائيًا بإنشاء كود الربط JS للتعامل مع إدارة الذاكرة وتحويل البيانات.

مثال: تمرير سلسلة نصية إلى Rust وإرجاع سلسلة جديدة.

            use wasm_bindgen::prelude::*;

// This function takes a Rust string slice (&str) and returns a new owned String.
#[wasm_bindgen]
pub fn greet(name: &str) -> String {
    format!("Hello from Rust, {}!", name)
}

// This function takes a JavaScript object.
#[wasm_bindgen]
pub struct User {
    pub id: u32,
    pub name: String,
}

#[wasm_bindgen]
pub fn get_user_description(user: &User) -> String {
    format!("User ID: {}, Name: {}", user.id, user.name)
}
            

              
                Copy
              
            
          

في JavaScript الخاص بك، يمكنك استدعاء هذه الدوال كما لو كانت JS أصلية تقريبًا:

            import init, { greet, User, get_user_description } from './pkg/my_module.js';

await init();

const greeting = greet('World'); // wasm-bindgen handles the string conversion
console.log(greeting); // "Hello from Rust, World!"

const user = User.new(101, 'Alice'); // Create a Rust struct from JS
const description = get_user_description(user);
console.log(description); // "User ID: 101, Name: Alice"
            

              
                Copy
              
            
          

على الرغم من أنها مريحة بشكل لا يصدق، إلا أن هذا التجريد يأتي بتكلفة أداء. في كل مرة تمرر فيها سلسلة نصية أو كائن عبر الحد، يحتاج كود الربط الخاص بـ wasm-bindgen إلى تخصيص ذاكرة في وحدة Wasm، ونسخ البيانات، وغالبًا ما يتم تحريرها لاحقًا. بالنسبة للكود الحرج للأداء الذي يمرر كميات كبيرة من البيانات بشكل متكرر، قد تفضل نهجًا أكثر يدوية.

إدارة الذاكرة اليدوية والمؤشرات

لتحقيق أقصى قدر من الأداء، يمكنك تجاوز التجريدات عالية المستوى وإدارة الذاكرة مباشرة. يلغي هذا النمط نسخ البيانات عن طريق جعل JavaScript يكتب مباشرة في ذاكرة Wasm التي ستعمل عليها دالة Wasm.

التدفق العام هو: 1. Wasm: تصدير دوال مثل allocate_memory(size) و deallocate_memory(pointer, size). 2. JS: استدعاء allocate_memory للحصول على مؤشر (عنوان عدد صحيح) إلى كتلة ذاكرة داخل وحدة Wasm. 3. JS: الحصول على مقبض لذاكرة وحدة Wasm الكاملة (`instance.exports.memory.buffer`). 4. JS: إنشاء عرض `Uint8Array` (أو مصفوفة مقيدة أخرى) على تلك الذاكرة. 5. JS: كتابة بياناتك مباشرة في العرض عند الإزاحة المعطاة بواسطة المؤشر. 6. JS: استدعاء دالة Wasm الرئيسية، وتمرير المؤشر وطول البيانات. 7. Wasm: يقرأ البيانات من ذاكرته الخاصة عند هذا المؤشر، ويعالجها، وربما يكتب نتيجة في مكان آخر في الذاكرة، ويعيد مؤشرًا جديدًا. 8. JS: يقرأ النتيجة من ذاكرة Wasm. 9. JS: استدعاء deallocate_memory لتحرير مساحة الذاكرة، ومنع تسرب الذاكرة.

هذا النمط أكثر تعقيدًا بشكل كبير ولكنه ضروري للتطبيقات مثل برامج ترميز الفيديو داخل المتصفح أو المحاكاة العلمية حيث يتم معالجة مخازن البيانات الكبيرة في حلقة ضيقة. يدعم كل من Rust (بدون الميزات عالية المستوى لـ wasm-bindgen) و AssemblyScript هذا النمط.

نمط الحالة المشتركة: أين يعيش الحقيقة؟

عند بناء تطبيق معقد، يجب عليك تحديد مكان إدارة حالة تطبيقك. مع WebAssembly، لديك خياران معماريان أساسيان.

• الخيار أ: تعيش الحالة في JavaScript (Wasm كدالة نقية)

  هذا هو النمط الأكثر شيوعًا وغالبًا ما يكون الأبسط. تتم إدارة حالتك بواسطة إطار عمل JavaScript الخاص بك (على سبيل المثال، في حالة مكون React، أو مخزن Vuex، أو مخزن Svelte). عندما تحتاج إلى إجراء حساب مكثف، تمرر الحالة ذات الصلة إلى دالة Wasm. تعمل دالة Wasm كآلة حاسبة نقية وعديمة الحالة: تأخذ البيانات، وتقوم بإجراء حساب، وتعيد نتيجة. ثم يأخذ كود JavaScript هذه النتيجة ويحدث حالته، مما يعيد عرض واجهة المستخدم.

  استخدم هذا عندما: توفر وحدة Wasm الخاصة بك وظائف مساعدة أو تجري تحويلات منفصلة وعديمة الحالة على البيانات التي تديرها بنيتك الأمامية الحالية.

• الخيار ب: تعيش الحالة في WebAssembly (Wasm كمصدر للحقيقة)

  في هذا النمط الأكثر تقدمًا، تتم إدارة المنطق الأساسي وحالة تطبيقك بالكامل داخل وحدة Wasm. تصبح طبقة JavaScript طبقة عرض أو تقديم رفيعة. على سبيل المثال، في محرر مستندات معقد، يمكن أن يكون نموذج المستند بأكمله بنية Rust تعيش في ذاكرة Wasm. عندما يكتب المستخدم حرفًا، لا تقوم كود JS بتحديث كائن حالة محلي؛ بدلاً من ذلك، تستدعي دالة Wasm مثل `editor.insert_character('a', position)`. تقوم هذه الدالة بتعديل الحالة داخل ذاكرة Wasm. لتحديث واجهة المستخدم، يمكن لـ JS بعد ذلك استدعاء دالة أخرى مثل `editor.get_visible_portion()` التي تعيد تمثيلًا للحالة المطلوبة للعرض.

  استخدم هذا عندما: تقوم ببناء تطبيق معقد للغاية وله حالة، حيث يكون المنطق الأساسي حرجًا للأداء ويستفيد من سلامة وهيكلية لغة مثل Rust. تستند أطر عمل الواجهة الأمامية بالكامل مثل Yew و Dioxus إلى هذا المبدأ لـ Rust.

التكامل العملي مع أطر عمل الواجهة الأمامية

يتضمن دمج Wasm في أطر عمل مثل React أو Vue أو Svelte نمطًا مشابهًا: تحتاج إلى التعامل مع التحميل غير المتزامن لوحدة Wasm وجعل تصديراتها متاحة لمكوناتك.

React / Next.js

خطاف مخصص هو طريقة أنيقة لإدارة دورة حياة وحدة Wasm.

            import { useState, useEffect } from 'react';
import init, { add } from '../pkg/wasm_calculator.js';

const useWasm = () => {
  const [wasm, setWasm] = useState(null);

  useEffect(() => {
    const loadWasm = async () => {
      try {
        await init();
        setWasm({ add });
      } catch (err) {
        console.error("Error loading wasm module", err);
      }
    };
    loadWasm();
  }, []);

  return wasm;
};

function Calculator() {
  const wasmModule = useWasm();

  if (!wasmModule) {
    return 
Loading WebAssembly module...
;
  }

  return (
    

      Result from Wasm: {wasmModule.add(10, 20)}
    
  );
}
            

              
                Copy
              
            
          

Vue / Nuxt

في Composition API الخاص بـ Vue، يمكنك استخدام خطاف دورة حياة onMounted و ref.

            import { ref, onMounted } from 'vue';
import init, { add } from '../pkg/wasm_calculator.js';

export default {
  setup() {
    const wasm = ref(null);
    const result = ref(0);

    onMounted(async () => {
      await init();
      wasm.value = { add };
      result.value = wasm.value.add(20, 30);
    });

    return { result, isLoading: !wasm.value };
  }
}
            

              
                Copy
              
            
          

Svelte / SvelteKit

وظيفة onMount الخاصة بـ Svelte والعبارات التفاعلية هي مزيج مثالي.

            <script>
  import { onMount } from 'svelte';
  import init, { add } from '../pkg/wasm_calculator.js';

  let wasmModule = null;
  let result = 0;

  onMount(async () => {
    await init();
    wasmModule = { add };
  });

  $: if (wasmModule) {
    result = wasmModule.add(30, 40);
  }
</script>

{#if !wasmModule}
  <p>Loading WebAssembly module...</p>
{:else}
  <p>Result from Wasm: {result}</p>
{/if}
            

              
                Copy
              
            
          

أفضل الممارسات والأخطاء الشائعة التي يجب تجنبها

بينما تتعمق في تطوير Wasm، ضع في اعتبارك أفضل الممارسات هذه لضمان أن يكون تطبيقك فعالاً وقويًا وقابلاً للصيانة.

تحسين الأداء

• تقسيم الكود والتحميل الكسول: لا تقم أبدًا بشحن ثنائي Wasm أحادي. قم بتقسيم وظائفك إلى وحدات أصغر ومنطقية واستخدم الاستيرادات الديناميكية لتحميلها عند الطلب.
• التحسين للحجم: خاصة بالنسبة لـ Rust، يمكن أن يكون حجم الثنائي مصدر قلق. قم بتكوين Cargo.toml الخاص بك لبناء إصدارات مع lto = true (تحسين وقت الربط) و opt-level = 'z' (التحسين للحجم) لتقليل حجم الملف بشكل كبير. استخدم أدوات مثل twiggy لتحليل ثنائي Wasm الخاص بك وتحديد ضخامة حجم الكود.
• تقليل عبور الحدود: كل استدعاء دالة من JavaScript إلى Wasm له تكلفة إضافية. في الحلقات الحرجة للأداء، تجنب إجراء العديد من المكالمات الصغيرة "الثرثارة". بدلاً من ذلك، صمم دوال Wasm الخاصة بك للقيام بمزيد من العمل لكل استدعاء. على سبيل المثال، بدلاً من استدعاء process_pixel(x, y) 10,000 مرة، قم بتمرير مخزن الصور بأكمله إلى دالة process_image() مرة واحدة.

معالجة الأخطاء وتصحيح الأخطاء

• نشر الأخطاء برشاقة: سيؤدي الانهيار في Rust إلى تعطل وحدة Wasm الخاصة بك. بدلاً من الانهيار، أرجع Result من دوال Rust الخاصة بك. يمكن لـ wasm-bindgen تحويل هذا تلقائيًا إلى Promise JavaScript يحل بقيمة النجاح أو يرفض بالخطأ، مما يسمح لك باستخدام كتل try...catch القياسية في JS.
• الاستفادة من خرائط المصدر: يمكن لسلاسل الأدوات الحديثة إنشاء خرائط مصدر قائمة على DWARF لـ Wasm، مما يسمح لك بتعيين نقاط التوقف وفحص المتغيرات في كود Rust أو AssemblyScript الأصلي مباشرة داخل أدوات مطوري المتصفح. لا يزال هذا مجالًا متطورًا ولكنه يصبح قويًا بشكل متزايد.
• استخدام التنسيق النصي (.wat): عند الشك، يمكنك إلغاء تجميع ثنائي .wasm الخاص بك إلى تنسيق نص WebAssembly (.wat). هذا التنسيق القابل للقراءة من قبل الإنسان مفصل ولكنه يمكن أن يكون لا يقدر بثمن للتصحيح على مستوى منخفض.

اعتبارات الأمان

• ثق بتبعياتك: يمنع عزل Wasm الوحدة من الوصول إلى موارد النظام غير المصرح بها. ومع ذلك، مثل أي حزمة NPM، يمكن أن تحتوي وحدة Wasm الخبيثة على ثغرات أمنية أو تحاول استخراج البيانات من خلال دوال JavaScript التي توفرها لها. قم دائمًا بفحص تبعياتك.
• تمكين COOP/COEP للذاكرة المشتركة: إذا كنت تستخدم SharedArrayBuffer لمشاركة الذاكرة بدون نسخ مع Web Workers، فيجب عليك تكوين خادمك لإرسال رؤوس سياسة فتح الأصل المشترك (COOP) وسياسة تضمين الأصل المشترك (COEP) المناسبة. هذا إجراء أمني للتخفيف من هجمات التنفيذ التخميني مثل Spectre.

مستقبل WebAssembly للواجهة الأمامية

WebAssembly لا يزال تقنية ناشئة، ومستقبله مشرق للغاية. يتم توحيد العديد من المقترحات المثيرة التي ستجعلها أقوى وأكثر سلاسة في التكامل:

• WASI (واجهة نظام WebAssembly): في حين أن التركيز الأساسي هو تشغيل Wasm خارج المتصفح (على سبيل المثال، على الخوادم)، فإن توحيد واجهات WASI سيحسن قابلية النقل الشاملة ونظام Wasm البيئي.
• نموذج المكون: هذا هو على الأرجح الاقتراح الأكثر تحويلاً. يهدف إلى إنشاء طريقة عالمية ومحايدة للغة لوحدات Wasm للتواصل مع بعضها البعض والمضيف، مما يلغي الحاجة إلى كود ربط خاص باللغة. يمكن لمكون Rust استدعاء مكون Python مباشرة، والذي يمكنه استدعاء مكون Go، كل ذلك دون المرور عبر JavaScript.
• جامع القمامة (GC): سيسمح هذا الاقتراح لوحدات Wasm بالتفاعل مع جامع القمامة في بيئة المضيف. سيمكّن هذا لغات مثل Java أو C# أو OCaml من التجميع إلى Wasm بكفاءة أكبر والتفاعل بسلاسة أكبر مع كائنات JavaScript.
• Threads، SIMD، والمزيد: أصبحت ميزات مثل تعدد العمليات و SIMD (تعليمات فردية، بيانات متعددة) مستقرة، مما يفتح المزيد من التوازي والأداء للتطبيقات المكثفة للبيانات.

الخلاصة: فتح عصر جديد من أداء الويب

يمثل WebAssembly تحولًا جوهريًا فيما هو ممكن على الويب. إنها أداة قوية يمكنها، عند استخدامها بشكل صحيح، اختراق حواجز الأداء لـ JavaScript التقليدية، مما يسمح لفئة جديدة من التطبيقات الغنية والتفاعلية للغاية والمطالبة حسابيًا بالعمل في أي متصفح حديث.

لقد رأينا أن الاختيار بين Rust و AssemblyScript هو مقايضة بين القوة الخام وسهولة وصول المطور. توفر Rust أداءً وسلامة لا مثيل لهما للمهام الأكثر تطلبًا، بينما يوفر AssemblyScript نقطة انطلاق لطيفة لملايين مطوري TypeScript الذين يتطلعون إلى تعزيز تطبيقاتهم.

النجاح مع WebAssembly يعتمد على اختيار أنماط التكامل الصحيحة. بدءًا من الأدوات المتزامنة البسيطة وصولاً إلى التطبيقات المعقدة التي لها حالة وتعمل بالكامل خارج سلسلة الرسائل الرئيسية في Web Worker، فإن فهم كيفية إدارة الحد الفاصل بين JS و Wasm هو المفتاح. من خلال التحميل الكسول لوحداتك، ونقل العمل الثقيل إلى العمال، وإدارة الذاكرة والحالة بعناية، يمكنك دمج قوة Wasm دون المساس بتجربة المستخدم.

قد تبدو الرحلة إلى WebAssembly شاقة، ولكن الأدوات والمجتمعات أكثر نضجًا من أي وقت مضى. ابدأ بشكل صغير. حدد اختناقًا للأداء في تطبيقك الحالي - سواء كان حسابًا معقدًا، أو تحليل بيانات، أو حلقة عرض رسومات - وفكر في كيفية إمكانية أن تكون Wasm هي الحل. من خلال احتضان هذه التقنية، فإنك لا تحسن وظيفة؛ أنت تستثمر في مستقبل منصة الويب نفسها.