WebAssembly-Funktionserkennung: Überprüfung der Laufzeitfähigkeiten

WebAssembly (Wasm) hat die Webentwicklung revolutioniert, indem es eine nahezu native Leistung in den Browser bringt. Die sich ständig weiterentwickelnde Natur von Wasm und seiner Browser-Unterstützung bedeutet jedoch, dass Entwickler die Funktionserkennung sorgfältig berücksichtigen müssen, um sicherzustellen, dass ihre Anwendungen in verschiedenen Umgebungen reibungslos laufen. Dieser Artikel untersucht das Konzept der Überprüfung von Laufzeitfähigkeiten in WebAssembly und bietet praktische Techniken und Beispiele für die Erstellung robuster und plattformübergreifender Webanwendungen.

Warum die Funktionserkennung bei WebAssembly wichtig ist

WebAssembly ist eine sich schnell entwickelnde Technologie. Neue Funktionen werden ständig vorgeschlagen, implementiert und von verschiedenen Browsern in unterschiedlichem Tempo übernommen. Nicht alle Browser unterstützen die neuesten Wasm-Funktionen, und selbst wenn sie es tun, kann die Implementierung leicht abweichen. Diese Fragmentierung erfordert einen Mechanismus, mit dem Entwickler zur Laufzeit feststellen können, welche Funktionen verfügbar sind, und ihren Code entsprechend anpassen können.

Ohne eine ordnungsgemäße Funktionserkennung könnte Ihre WebAssembly-Anwendung:

• Abstürzen oder in älteren Browsern nicht laden.
• Aufgrund fehlender Optimierungen eine schlechte Leistung erbringen.
• Inkonsistentes Verhalten auf verschiedenen Plattformen zeigen.

Daher ist das Verständnis und die Implementierung der Funktionserkennung entscheidend für die Erstellung robuster und leistungsstarker WebAssembly-Anwendungen.

WebAssembly-Funktionen verstehen

Bevor wir uns mit den Techniken zur Funktionserkennung befassen, ist es wichtig, die verschiedenen Arten von Funktionen zu verstehen, die WebAssembly bietet. Diese Funktionen lassen sich grob wie folgt kategorisieren:

• Kernfunktionen: Dies sind die grundlegenden Bausteine von WebAssembly, wie z. B. grundlegende Datentypen (i32, i64, f32, f64), Kontrollflussanweisungen (if, else, loop, br) und Speicherverwaltungsprimitive. Diese Funktionen werden im Allgemeinen von allen Browsern gut unterstützt.
• Standard-Vorschläge: Dies sind Funktionen, die aktiv von der WebAssembly-Community entwickelt und standardisiert werden. Beispiele hierfür sind Threads, SIMD, Exceptions und Referenztypen. Die Unterstützung für diese Funktionen variiert erheblich zwischen den verschiedenen Browsern.
• Nicht-Standard-Erweiterungen: Dies sind Funktionen, die spezifisch für bestimmte WebAssembly-Laufzeitumgebungen oder -Umgebungen sind. Sie sind nicht Teil der offiziellen WebAssembly-Spezifikation und möglicherweise nicht auf andere Plattformen übertragbar.

Bei der Entwicklung einer WebAssembly-Anwendung ist es wichtig, sich der verwendeten Funktionen und ihres Unterstützungsgrades in den verschiedenen Zielumgebungen bewusst zu sein.

Techniken zur WebAssembly-Funktionserkennung

Es gibt verschiedene Techniken, mit denen Sie WebAssembly-Funktionen zur Laufzeit erkennen können. Diese Techniken lassen sich grob wie folgt klassifizieren:

• JavaScript-basierte Funktionserkennung: Hierbei wird JavaScript verwendet, um den Browser nach spezifischen WebAssembly-Fähigkeiten abzufragen.
• WebAssembly-basierte Funktionserkennung: Hierbei wird ein kleines WebAssembly-Modul kompiliert, das auf spezifische Funktionen testet und ein Ergebnis zurückgibt.
• Bedingte Kompilierung: Hierbei werden Compiler-Flags verwendet, um Code je nach Zielumgebung ein- oder auszuschließen.

Lassen Sie uns jede dieser Techniken genauer betrachten.

JavaScript-basierte Funktionserkennung

Die JavaScript-basierte Funktionserkennung ist der gebräuchlichste und am weitesten unterstützte Ansatz. Sie basiert auf dem WebAssembly-Objekt in JavaScript, das Zugriff auf verschiedene Eigenschaften und Methoden zur Abfrage der WebAssembly-Fähigkeiten des Browsers bietet.

Überprüfung der grundlegenden WebAssembly-Unterstützung

Die grundlegendste Prüfung besteht darin, zu verifizieren, dass das WebAssembly-Objekt existiert:

            if (typeof WebAssembly === "object") {
 console.log("WebAssembly wird unterstützt!");
} else {
 console.log("WebAssembly wird nicht unterstützt!");
}
            

              
                Copy
              
            
          

Überprüfung spezifischer Funktionen

Leider stellt das WebAssembly-Objekt keine direkten Eigenschaften zur Überprüfung spezifischer Funktionen wie Threads oder SIMD bereit. Sie können jedoch einen cleveren Trick anwenden, um diese Funktionen zu erkennen, indem Sie versuchen, ein kleines WebAssembly-Modul zu kompilieren, das sie verwendet. Wenn die Kompilierung erfolgreich ist, wird die Funktion unterstützt; andernfalls nicht.

Hier ist ein Beispiel, wie man die SIMD-Unterstützung überprüft:

            async function hasSimdSupport() {
 try {
 const module = await WebAssembly.compile(new Uint8Array([
 0x00, 0x61, 0x73, 0x6d, 0x01, 0x00, 0x00, 0x00, // Wasm header
 0x01, 0x06, 0x01, 0x60, 0x01, 0x7f, 0x01, 0x7f, // Function type
 0x03, 0x02, 0x01, 0x00, // Function import
 0x07, 0x07, 0x01, 0x02, 0x6d, 0x75, 0x6c, 0x00, 0x00, // Export mul
 0x0a, 0x09, 0x01, 0x07, 0x00, 0x20, 0x00, 0xfd, 0x0b, 0x00, 0x0b // Code section with i8x16.mul
 ]));
 return true;
 } catch (e) {
 return false;
 }
}

hasSimdSupport().then(supported => {
 if (supported) {
 console.log("SIMD wird unterstützt!");
 } else {
 console.log("SIMD wird nicht unterstützt!");
 }
});
            

              
                Copy
              
            
          

Dieser Code versucht, ein WebAssembly-Modul zu kompilieren, das die SIMD-Anweisung i8x16.mul verwendet. Wenn die Kompilierung erfolgreich ist, bedeutet dies, dass der Browser SIMD unterstützt. Wenn sie fehlschlägt, bedeutet dies, dass SIMD nicht unterstützt wird.

Wichtige Überlegungen:

• Asynchrone Operationen: Die WebAssembly-Kompilierung ist eine asynchrone Operation, daher müssen Sie async und await verwenden, um das Promise zu behandeln.
• Fehlerbehandlung: Umschließen Sie die Kompilierung immer mit einem try...catch-Block, um potenzielle Fehler abzufangen.
• Modulgröße: Halten Sie das Testmodul so klein wie möglich, um den Overhead der Funktionserkennung zu minimieren.
• Leistungsauswirkungen: Das wiederholte Kompilieren von WebAssembly-Modulen kann teuer sein. Speichern Sie die Ergebnisse der Funktionserkennung im Cache, um unnötige Neukompilierungen zu vermeiden. Verwenden Sie `sessionStorage` oder `localStorage`, um die Ergebnisse zu persistieren.

WebAssembly-basierte Funktionserkennung

Die WebAssembly-basierte Funktionserkennung beinhaltet das Kompilieren eines kleinen WebAssembly-Moduls, das direkt auf spezifische Funktionen testet. Dieser Ansatz kann effizienter sein als die JavaScript-basierte Funktionserkennung, da er den Overhead der JavaScript-Interop vermeidet.

Die Grundidee ist, eine Funktion im WebAssembly-Modul zu definieren, die versucht, die betreffende Funktion zu verwenden. Wenn die Funktion erfolgreich ausgeführt wird, wird die Funktion unterstützt; andernfalls nicht.

Hier ist ein Beispiel, wie man die Unterstützung für die Ausnahmebehandlung mit WebAssembly überprüft:

1. Erstellen Sie ein WebAssembly-Modul (z. B. `exception_test.wat`):

               (module
    (import "" "throw_test" (func $throw_test))
    (func (export "test_exceptions") (result i32)
     (try (result i32)
      i32.const 1
      call $throw_test
     catch any
      i32.const 0
     )
    )
   )
   
               
   
                 
                   Copy
                 
               
             

2. Erstellen Sie einen JavaScript-Wrapper:

               async function hasExceptionHandling() {
    const wasmCode = `(module
    (import "" "throw_test" (func $throw_test))
    (func (export "test_exceptions") (result i32)
     (try (result i32)
      i32.const 1
      call $throw_test
     catch any
      i32.const 0
     )
    )
   )`;
   
    const wasmModule = await WebAssembly.compile(new TextEncoder().encode(wasmCode));
    const importObject = {
     "": {
      "throw_test": () => { throw new Error("Test exception"); }
     }
    };
   
    const wasmInstance = await WebAssembly.instantiate(wasmModule, importObject);
   
    try {
     const result = wasmInstance.exports.test_exceptions();
     return result === 1; // Exception handling is supported if it returns 1
    } catch (e) {
     return false; // Exception handling is not supported
    }
   }
   
   hasExceptionHandling().then(supported => {
    if (supported) {
    console.log("Ausnahmebehandlung wird unterstützt!");
    } else {
    console.log("Ausnahmebehandlung wird nicht unterstützt!");
    }
   });
   
               
   
                 
                   Copy
                 
               
             

In diesem Beispiel importiert das WebAssembly-Modul eine Funktion throw_test aus JavaScript, die immer eine Ausnahme auslöst. Die Funktion test_exceptions versucht, throw_test innerhalb eines try...catch-Blocks aufzurufen. Wenn die Ausnahmebehandlung unterstützt wird, wird der catch-Block ausgeführt und die Funktion gibt 0 zurück; andernfalls wird die Ausnahme an JavaScript weitergegeben und die Funktion gibt 1 zurück.

Vorteile:

• Potenziell effizienter als die JavaScript-basierte Funktionserkennung.
• Direktere Kontrolle über die getestete Funktion.

Nachteile:

• Erfordert das Schreiben von WebAssembly-Code.
• Kann komplexer in der Implementierung sein.

Bedingte Kompilierung

Die bedingte Kompilierung beinhaltet die Verwendung von Compiler-Flags, um Code je nach Zielumgebung ein- oder auszuschließen. Diese Technik ist besonders nützlich, wenn Sie die Zielumgebung im Voraus kennen (z. B. beim Erstellen für einen bestimmten Browser oder eine bestimmte Plattform).

Die meisten WebAssembly-Toolchains bieten Mechanismen zur Definition von Compiler-Flags, die verwendet werden können, um Code bedingt ein- oder auszuschließen. In Emscripten können Sie beispielsweise das -D-Flag verwenden, um Präprozessor-Makros zu definieren.

Hier ist ein Beispiel, wie man die bedingte Kompilierung verwendet, um SIMD-Anweisungen zu aktivieren oder zu deaktivieren:

            #ifdef ENABLE_SIMD
 // Code, der SIMD-Anweisungen verwendet
 i8x16.add ...
#else
 // Fallback-Code, der kein SIMD verwendet
 i32.add ...
#endif

            

              
                Copy
              
            
          

Beim Kompilieren des Codes können Sie das ENABLE_SIMD-Makro mit dem -D-Flag definieren:

            emcc -DENABLE_SIMD mein_modul.c -o mein_modul.wasm
            

              
                Copy
              
            
          

Wenn das ENABLE_SIMD-Makro definiert ist, wird der Code, der SIMD-Anweisungen verwendet, eingebunden; andernfalls wird der Fallback-Code eingebunden.

Vorteile:

• Kann die Leistung erheblich verbessern, indem der Code auf die Zielumgebung zugeschnitten wird.
• Reduziert den Overhead der Laufzeit-Funktionserkennung.

Nachteile:

• Erfordert die Kenntnis der Zielumgebung im Voraus.
• Kann zu Codeduplizierung führen, wenn Sie mehrere Umgebungen unterstützen müssen.
• Erhöht die Build-Komplexität

Praktische Beispiele und Anwendungsfälle

Lassen Sie uns einige praktische Beispiele untersuchen, wie die Funktionserkennung in WebAssembly-Anwendungen verwendet werden kann.

Beispiel 1: Verwendung von Threads

WebAssembly-Threads ermöglichen es Ihnen, parallele Berechnungen durchzuführen, was die Leistung von CPU-intensiven Aufgaben erheblich verbessern kann. Allerdings unterstützen nicht alle Browser WebAssembly-Threads.

So verwenden Sie die Funktionserkennung, um festzustellen, ob Threads unterstützt werden, und verwenden sie, falls verfügbar:

            async function hasThreadsSupport() {
 try {
  const module = await WebAssembly.compile(new Uint8Array([
   0x00, 0x61, 0x73, 0x6d, 0x01, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0x04, 0x01, 0x60, 0x00, 0x00, 0x03, 0x02, 0x01, 0x00, 0x05, 0x03, 0x01, 0x00, 0x01, 0x0a, 0x07, 0x01, 0x05, 0x00, 0x41, 0x00, 0x0f, 0x0b
  ]));
  if (typeof SharedArrayBuffer !== 'undefined') {
   return true;
  } else {
   return false;
  }
 } catch (e) {
  return false;
 }
}

hasThreadsSupport().then(supported => {
 if (supported) {
  console.log("Threads werden unterstützt!");
  // WebAssembly-Threads verwenden
 } else {
  console.log("Threads werden nicht unterstützt!");
  // Einen Fallback-Mechanismus verwenden (z.B. Web Worker)
 }
});

            

              
                Copy
              
            
          

Dieser Code prüft zuerst auf die Existenz von SharedArrayBuffer (eine Voraussetzung für Wasm-Threads) und versucht dann, ein minimales Modul zu kompilieren, um zu bestätigen, dass der Browser Threading-bezogene Anweisungen verarbeiten kann.

Wenn Threads unterstützt werden, können Sie sie verwenden, um parallele Berechnungen durchzuführen. Andernfalls können Sie einen Fallback-Mechanismus wie Web Worker verwenden, um Gleichzeitigkeit zu erreichen.

Beispiel 2: Optimierung für SIMD

SIMD-Anweisungen (Single Instruction, Multiple Data) ermöglichen es Ihnen, dieselbe Operation auf mehreren Datenelementen gleichzeitig auszuführen, was die Leistung von datenparallelen Aufgaben erheblich verbessern kann. Die SIMD-Unterstützung variiert jedoch zwischen den verschiedenen Browsern.

So verwenden Sie die Funktionserkennung, um festzustellen, ob SIMD unterstützt wird, und verwenden es, falls verfügbar:

            async function hasSimdSupport() {
 try {
 const module = await WebAssembly.compile(new Uint8Array([
 0x00, 0x61, 0x73, 0x6d, 0x01, 0x00, 0x00, 0x00, // Wasm header
 0x01, 0x06, 0x01, 0x60, 0x01, 0x7f, 0x01, 0x7f, // Function type
 0x03, 0x02, 0x01, 0x00, // Function import
 0x07, 0x07, 0x01, 0x02, 0x6d, 0x75, 0x6c, 0x00, 0x00, // Export mul
 0x0a, 0x09, 0x01, 0x07, 0x00, 0x20, 0x00, 0xfd, 0x0b, 0x00, 0x0b // Code section with i8x16.mul
 ]));
 return true;
 } catch (e) {
 return false;
 }
}

hasSimdSupport().then(supported => {
 if (supported) {
 console.log("SIMD wird unterstützt!");
  // SIMD-Anweisungen für datenparallele Aufgaben verwenden
 } else {
  console.log("SIMD wird nicht unterstützt!");
  // Skalare Anweisungen für datenparallele Aufgaben verwenden
 }
});

            

              
                Copy
              
            
          

Wenn SIMD unterstützt wird, können Sie SIMD-Anweisungen verwenden, um datenparallele Aufgaben effizienter auszuführen. Andernfalls können Sie skalare Anweisungen verwenden, die langsamer sind, aber dennoch korrekt funktionieren.

Best Practices für die WebAssembly-Funktionserkennung

Hier sind einige Best Practices, die Sie bei der Implementierung der WebAssembly-Funktionserkennung beachten sollten:

• Funktionen frühzeitig erkennen: Führen Sie die Funktionserkennung so früh wie möglich im Lebenszyklus Ihrer Anwendung durch. Dies ermöglicht es Ihnen, Ihren Code entsprechend anzupassen, bevor leistungsintensive Operationen durchgeführt werden.
• Ergebnisse der Funktionserkennung zwischenspeichern: Die Funktionserkennung kann eine aufwändige Operation sein, insbesondere wenn sie das Kompilieren von WebAssembly-Modulen beinhaltet. Speichern Sie die Ergebnisse der Funktionserkennung im Cache, um unnötige Neukompilierungen zu vermeiden. Verwenden Sie Mechanismen wie `sessionStorage` oder `localStorage`, um diese Ergebnisse zwischen Seitenladevorgängen zu persistieren.
• Fallback-Mechanismen bereitstellen: Stellen Sie immer Fallback-Mechanismen für nicht unterstützte Funktionen bereit. Dies stellt sicher, dass Ihre Anwendung auch in älteren Browsern korrekt funktioniert.
• Funktionserkennungsbibliotheken verwenden: Erwägen Sie die Verwendung bestehender Funktionserkennungsbibliotheken wie Modernizr, um den Prozess der Funktionserkennung zu vereinfachen.
• Gründlich testen: Testen Sie Ihre Anwendung gründlich in verschiedenen Browsern und auf verschiedenen Plattformen, um sicherzustellen, dass die Funktionserkennung korrekt funktioniert.
• Progressive Enhancement berücksichtigen: Entwerfen Sie Ihre Anwendung nach dem Progressive-Enhancement-Ansatz. Das bedeutet, Sie sollten mit einer grundlegenden Funktionalität beginnen, die in allen Browsern funktioniert, und die Anwendung dann schrittweise mit fortschrittlicheren Funktionen erweitern, wenn diese unterstützt werden.
• Ihre Funktionserkennungsstrategie dokumentieren: Dokumentieren Sie Ihre Funktionserkennungsstrategie klar in Ihrer Codebasis. Dies erleichtert es anderen Entwicklern zu verstehen, wie sich Ihre Anwendung an verschiedene Umgebungen anpasst.
• Funktionsunterstützung überwachen: Bleiben Sie über die neuesten WebAssembly-Funktionen und deren Unterstützungsgrad in verschiedenen Browsern auf dem Laufenden. Dies ermöglicht es Ihnen, Ihre Funktionserkennungsstrategie bei Bedarf anzupassen. Websites wie Can I Use sind unschätzbare Ressourcen zur Überprüfung der Browser-Unterstützung für verschiedene Technologien.

Fazit

Die WebAssembly-Funktionserkennung ist ein entscheidender Aspekt bei der Erstellung robuster und plattformübergreifender Webanwendungen. Indem Sie die verschiedenen Techniken zur Funktionserkennung verstehen und Best Practices befolgen, können Sie sicherstellen, dass Ihre Anwendung in verschiedenen Umgebungen reibungslos läuft und die neuesten WebAssembly-Funktionen nutzt, wenn sie verfügbar sind.

Da sich WebAssembly weiterentwickelt, wird die Funktionserkennung noch wichtiger werden. Indem Sie informiert bleiben und Ihre Entwicklungspraktiken anpassen, können Sie sicherstellen, dass Ihre WebAssembly-Anwendungen auch in den kommenden Jahren leistungsfähig und kompatibel bleiben.

Dieser Artikel bot einen umfassenden Überblick über die WebAssembly-Funktionserkennung. Durch die Implementierung dieser Techniken können Sie eine bessere Benutzererfahrung bieten und widerstandsfähigere und leistungsfähigere Webanwendungen erstellen.