Frontend WebAssembly: Süvaülevaade Rusti ja AssemblyScripti integratsioonimustritest

Aastaid on JavaScript olnud frontendi veebiarenduse vaieldamatu valitseja. Selle dünaamilisus ja tohutu ökosüsteem on andnud arendajatele võimaluse luua uskumatult rikkalikke ja interaktiivseid rakendusi. Kuid veebirakenduste keerukuse kasvades – alates brauserisisesest videotöötlusest ja 3D-renderdamisest kuni keeruka andmete visualiseerimise ja masinõppeni – muutub interpreteeritud, dünaamiliselt tüübitud keele jõudluse lagi üha ilmsemaks. Siin tuleb mängu WebAssembly (Wasm).

WebAssembly ei ole JavaScripti asendaja, vaid pigem võimas kaaslane. See on madala taseme binaarne käsuvorming, mis töötab brauseris liivakastiga virtuaalmasinas, pakkudes arvutusmahukate ülesannete jaoks peaaegu natiivset jõudlust. See avab veebirakendustele uue horisondi, võimaldades loogikal, mis varem oli piiratud natiivsete töölauarakendustega, töötada otse kasutaja brauseris.

Kaks keelt on esile kerkinud esirinnas WebAssembly'sse kompileerimiseks frontendi jaoks: Rust, mis on tuntud oma jõudluse, mäluturvalisuse ja robustsete tööriistade poolest, ning AssemblyScript, mis kasutab TypeScripti-sarnast süntaksit, muutes selle uskumatult kättesaadavaks tohutule veebiarendajate kogukonnale.

See põhjalik juhend läheb kaugemale lihtsatest "hello, world" näidetest. Uurime kriitilisi integratsioonimustreid, mida vajate Rusti ja AssemblyScripti-põhiste Wasm-moodulite tõhusaks kaasamiseks oma kaasaegsetesse frontendi rakendustesse. Käsitleme kõike alates põhilistest sünkroonsetest kutsetest kuni täiustatud olekuhalduse ja põhilõimest väljaspool toimuvate täitmisteni, andes teile teadmised, et otsustada, millal ja kuidas kasutada WebAssembly't kiiremate ja võimsamate veebikogemuste loomiseks globaalsele publikule.

WebAssembly ökosüsteemi mõistmine

Enne integratsioonimustritesse süvenemist on oluline mõista Wasmi ökosüsteemi põhimõisteid. Liikuvate osade mõistmine demüstifitseerib protsessi ja aitab teil teha paremaid arhitektuurilisi otsuseid.

Wasmi binaarvorming ja virtuaalmasin

Oma olemuselt on WebAssembly kompileerimise sihtmärk. Te ei kirjuta Wasmi käsitsi; kirjutate koodi keeles nagu Rust, C++ või AssemblyScript ning kompilaator tõlgib selle kompaktseks ja tõhusaks .wasm binaarfailiks. See fail sisaldab baidikoodi, mis ei ole spetsiifiline ühelegi konkreetsele protsessori arhitektuurile.

Kui brauser laadib .wasm faili, ei interpreteeri see koodi rida-realt, nagu ta teeb JavaScriptiga. Selle asemel tõlgitakse Wasmi baidikood kiiresti hostmasina natiivkoodiks ja käivitatakse turvalises, liivakastiga virtuaalmasinas (VM). See liivakast on kriitilise tähtsusega: Wasm-moodulil puudub otsene juurdepääs DOM-ile, süsteemifailidele või võrguressurssidele. See saab teha ainult arvutusi ja kutsuda esile spetsiifilisi JavaScripti funktsioone, mis on talle selgesõnaliselt antud.

JavaScripti ja Wasmi piir: kriitiline liides

Kõige olulisem mõiste, mida tuleb mõista, on JavaScripti ja WebAssembly vaheline piir. Need on kaks eraldi maailma, mis vajavad hoolikalt hallatud silda suhtlemiseks. Andmed ei liigu nende vahel lihtsalt vabalt.

• Piiratud andmetüübid: WebAssembly mõistab ainult põhilisi numbrilisi tüüpe: 32-bitiseid ja 64-bitiseid täisarve ja ujukomaarve. Keerulisi tüüpe nagu sõned, objektid ja massiivid Wasmi jaoks natiivselt ei eksisteeri.
• Lineaarne mälu: Wasm-moodul opereerib pideva mälublokiga, mis JavaScripti poolelt näeb välja nagu üks suur ArrayBuffer. Sõne edastamiseks JS-ist Wasmi tuleb sõne kodeerida baitideks (nt UTF-8), kirjutada need baidid Wasm-mooduli mällu ja seejärel edastada Wasmi funktsioonile viit (mälu aadressi tähistav täisarv).

See suhtluskoormus on põhjus, miks "liimkoodi" genereerivad tööriistad on nii olulised. See automaatselt genereeritud JavaScripti kood tegeleb keeruka mäluhalduse ja andmetüüpide teisendamisega, võimaldades teil kutsuda Wasmi funktsiooni peaaegu nii, nagu oleks see natiivne JS-funktsioon.

Peamised tööriistad frontendi Wasm-arenduseks

Te ei ole selle silla ehitamisel üksi. Kogukond on välja töötanud erakordseid tööriistu protsessi sujuvamaks muutmiseks:

• Rusti jaoks:
  • wasm-pack: Kõik-ühes kompileerimistööriist. See orkestreerib Rusti kompilaatorit, käivitab wasm-bindgen'i ja pakendab kõik NPM-sõbralikku paketti.
  • wasm-bindgen: Võluvits Rust-Wasm koostalitlusvõime jaoks. See loeb teie Rusti koodi (täpsemalt atribuudiga #[wasm_bindgen] märgistatud elemente) ja genereerib vajaliku JavaScripti liimkoodi, et käsitleda keerukaid andmetüüpe nagu sõned, struktuurid ja vektorid, muutes piiriületuse peaaegu sujuvaks.
• AssemblyScripti jaoks:
  • asc: AssemblyScripti kompilaator. See võtab teie TypeScripti-sarnase koodi ja kompileerib selle otse .wasm binaarfailiks. Samuti pakub see abifunktsioone mälu haldamiseks ja JS-hostiga suhtlemiseks.
• Bundlerid: Kaasaegsetel frontendi bundleritel nagu Vite, Webpack ja Parcel on sisseehitatud tugi .wasm failide importimiseks, muutes integratsiooni teie olemasolevasse kompileerimisprotsessi suhteliselt lihtsaks.

Oma relva valimine: Rust vs. AssemblyScript

Valik Rusti ja AssemblyScripti vahel sõltub suuresti teie projekti nõuetest, teie meeskonna olemasolevatest oskustest ja jõudluseesmärkidest. Ühtset "parimat" valikut ei ole; mõlemal on selged eelised.

Rust: jõudluse ja turvalisuse jõujaam

Rust on süsteemprogrammeerimiskeel, mis on loodud jõudluse, samaaegsuse ja mäluturvalisuse tagamiseks. Selle range kompilaator ja omandimudel kõrvaldavad kompileerimise ajal terved veaklassid, muutes selle ideaalseks kriitilise ja keeruka loogika jaoks.

• Plussid:
  • Erakordne jõudlus: Nullkuluga abstraktsioonid ja käsitsi mäluhaldus (ilma prügikoristuseta) võimaldavad jõudlust, mis konkureerib C ja C++'ga.
  • Garanteeritud mäluturvalisus: Laenukontrollija hoiab ära andmete võidujooksmised, nullviida dereferentseerimised ja muud levinud mäluga seotud vead.
  • Massiivne ökosüsteem: Saate kasutada crates.io'd, Rusti paketihoidlat, mis sisaldab tohutut kogumit kvaliteetseid teeke peaaegu iga mõeldava ülesande jaoks.
  • Võimsad tööriistad: wasm-bindgen pakub kõrgetasemelisi, ergonoomilisi abstraktsioone JS-Wasm suhtluseks.
• Miinused:
  • Järsem õppimiskõver: Mõisted nagu omand, laenamine ja eluead võivad olla väljakutseks arendajatele, kes on süsteemprogrammeerimises uued.
  • Suuremad binaarfailide suurused: Lihtne Rust Wasm-moodul võib olla suurem kui selle AssemblyScripti vaste standardteegi komponentide ja allokaatori koodi lisamise tõttu. Seda saab siiski oluliselt optimeerida.
  • Pikemad kompileerimisajad: Rusti kompilaator teeb palju tööd turvalisuse ja jõudluse tagamiseks, mis võib viia aeglasemate kompileerimisteni.
• Parim: Protsessorimahukate ülesannete jaoks, kus iga jõudluse raasuke on oluline. Näideteks on pildi- ja videotöötlusfiltrid, füüsikamootorid brauserimängudele, krüptograafilised algoritmid ning suuremahuline andmeanalüüs või simulatsioon.

AssemblyScript: tuttav sild veebiarendajatele

AssemblyScript loodi spetsiaalselt selleks, et muuta Wasm veebiarendajatele kättesaadavaks. See kasutab tuttavat TypeScripti süntaksit, kuid rangema tüüpimise ja teistsuguse standardteegiga, mis on kohandatud Wasm'i kompileerimiseks.

• Plussid:
  • Lauge õppimiskõver: Kui tunnete TypeScripti, võite AssemblyScriptis olla produktiivne tundide jooksul.
  • Lihtsam mäluhaldus: See sisaldab prügikoristust (GC), mis lihtsustab mälukäsitlust võrreldes Rusti käsitsi lähenemisega.
  • Väikesed binaarfailide suurused: Väikeste moodulite puhul toodab AssemblyScript sageli väga kompaktseid .wasm faile.
  • Kiire kompileerimine: Kompilaator on väga kiire, mis viib kiirema arenduse tagasiside tsüklini.
• Miinused:
  • Jõudluspiirangud: Prügikoristuse ja teistsuguse käitusaegse mudeli olemasolu tähendab, et see ei saavuta üldjuhul optimeeritud Rusti või C++ toorest jõudlust.
  • Väiksem ökosüsteem: AssemblyScripti teekide ökosüsteem kasvab, kuid ei ole kaugeltki nii ulatuslik kui Rusti crates.io.
  • Madalama taseme koostalitlusvõime: Kuigi mugav, tundub JS-i koostalitlusvõime sageli manuaalsem kui see, mida wasm-bindgen pakub Rusti jaoks.
• Parim: Olemasolevate JavaScripti algoritmide kiirendamiseks, keeruka äriloogika rakendamiseks, mis ei ole rangelt protsessorimahukas, jõudlustundlike utiliitteekide loomiseks ja Wasm-funktsioonide kiireks prototüüpimiseks.

Kiire otsustusmaatriks

Valiku tegemiseks kaaluge järgmisi küsimusi:

• Kas teie peamine eesmärk on maksimaalne, riistvaralähedane jõudlus? Valige Rust.
• Kas teie meeskond koosneb peamiselt TypeScripti arendajatest, kes peavad kiiresti produktiivseks saama? Valige AssemblyScript.
• Kas vajate peeneteralist, käsitsi kontrolli iga mäluerduse üle? Valige Rust.
• Kas otsite kiiret viisi oma JS-koodibaasi jõudlustundliku osa portimiseks? Valige AssemblyScript.
• Kas peate kasutama rikkalikku olemasolevate teekide ökosüsteemi ülesannete jaoks nagu parsimine, matemaatika või andmestruktuurid? Valige Rust.

Põhiline integratsioonimuster: sünkroonne moodul

Kõige elementaarsem viis WebAssembly kasutamiseks on laadida moodul rakenduse käivitamisel ja seejärel kutsuda selle eksporditud funktsioone sünkroonselt. See muster on lihtne ja tõhus väikeste, oluliste utiliitmoodulite jaoks.

Rusti näide wasm-pack'i ja wasm-bindgen'iga

Loome lihtsa Rusti teegi, mis liidab kaks arvu.

1. Seadistage oma Rusti projekt:

cargo new --lib wasm-calculator

2. Lisage sõltuvused faili Cargo.toml:

[dependencies]
wasm-bindgen = "0.2"

3. Kirjutage Rusti kood faili src/lib.rs:

Kasutame #[wasm_bindgen] makrot, et öelda tööriistaahelale, et see funktsioon tuleb JavaScriptile eksponeerida.

            use wasm_bindgen::prelude::*;

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

              
                Copy
              
            
          

4. Kompileerige wasm-pack'iga:

See käsk kompileerib Rusti koodi Wasm'iks ja genereerib pkg kausta, mis sisaldab .wasm faili, JS-liimkoodi ja package.json'i.

wasm-pack build --target web

5. Kasutage seda JavaScriptis:

Genereeritud JS-moodul ekspordib init funktsiooni (mis on asünkroonne ja tuleb esmalt käivitada Wasm-binaarfaili laadimiseks) ja kõik teie eksporditud funktsioonid.

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

async function runApp() {
    await init(); // See laadib ja kompileerib .wasm faili

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

runApp();
            

              
                Copy
              
            
          

AssemblyScripti näide asc'iga

Nüüd teeme sama AssemblyScriptiga.

1. Seadistage oma projekt ja installige kompilaator:

npm install --save-dev assemblyscript
npx asinit .

2. Kirjutage AssemblyScripti kood faili assembly/index.ts:

Süntaks on peaaegu identne TypeScriptiga.

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

              
                Copy
              
            
          

3. Kompileerige asc'iga:

npm run asbuild (See käivitab failis package.json määratletud kompileerimisskripti)

4. Kasutage seda JavaScriptis Web API-ga:

AssemblyScripti kasutamine hõlmab sageli natiivset WebAssembly Web API-t, mis on veidi sõnaohtram, kuid annab teile täieliku kontrolli.

            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
              
            
          

Millal seda mustrit kasutada

See sünkroonne laadimismuster sobib kõige paremini väikeste, kriitiliste Wasm-moodulite jaoks, mida on vaja kohe rakenduse laadimisel. Kui teie Wasm-moodul on suur, võib see esialgne await init() blokeerida teie rakenduse renderdamise, mis viib halva kasutajakogemuseni. Suuremate moodulite jaoks vajame täiustatumat lähenemist.

Täiustatud muster 1: asünkroonne laadimine ja täitmine väljaspool põhilõime

Sujuva ja reageeriva kasutajaliidese tagamiseks ei tohiks te kunagi sooritada pikaajalisi ülesandeid põhilõimes. See kehtib nii suurte Wasm-moodulite laadimise kui ka nende arvutusmahukate funktsioonide täitmise kohta. Siin muutuvad olulisteks mustriteks laisklaadimine ja Web Workerid.

Dünaamilised impordid ja laisklaadimine (Lazy Loading)

Kaasaegne JavaScript võimaldab teil kasutada dünaamilist import()'i koodi laadimiseks nõudmisel. See on ideaalne tööriist Wasm-mooduli laadimiseks ainult siis, kui seda tegelikult vaja on, näiteks kui kasutaja navigeerib konkreetsele lehele või klõpsab nuppu, mis käivitab funktsiooni.

Kujutage ette, et teil on fototöötlusrakendus. Pildifiltrite rakendamiseks mõeldud Wasm-moodul on suur ja seda on vaja ainult siis, kui kasutaja valib nupu "Rakenda filter".

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

applyFilterButton.addEventListener('click', async () => {
    // Wasm-moodul ja selle JS-liimkood laaditakse alla ja parsitakse alles nüüd.
    const { apply_grayscale_filter } = await import('./pkg/image_filters.js');
    
    const imageData = getCanvasData();
    const filteredData = apply_grayscale_filter(imageData);
    renderNewImage(filteredData);
});
            

              
                Copy
              
            
          

See lihtne muudatus parandab oluliselt lehe esialgset laadimisaega. Kasutaja ei pea Wasm-mooduli kulu kandma enne, kui ta funktsiooni selgesõnaliselt kasutab.

Web Workeri muster

Isegi laisklaadimisega, kui teie Wasmi funktsiooni täitmine võtab kaua aega (nt suure videofaili töötlemine), külmutab see ikkagi kasutajaliidese. Lahendus on viia kogu operatsioon – sealhulgas Wasm-mooduli laadimine ja täitmine – eraldi lõime, kasutades Web Workerit.

Arhitektuur on järgmine: 1. Põhilõim: Loob uue Workeri. 2. Põhilõim: Saadab Workerile sõnumi töödeldavate andmetega. 3. Workeri lõim: Võtab sõnumi vastu. 4. Workeri lõim: Impordib Wasm-mooduli ja selle liimkoodi. 5. Workeri lõim: Kutsub esile kuluka Wasmi funktsiooni andmetega. 6. Workeri lõim: Kui arvutus on lõpule viidud, saadab see põhilõimele tagasi sõnumi tulemusega. 7. Põhilõim: Võtab tulemuse vastu ja uuendab kasutajaliidest.

Näide: Põhilõim (main.js)

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

// Kuula tulemusi workerilt
imageProcessorWorker.onmessage = (event) => {
    console.log('Received processed data from worker!');
    updateUIWithResult(event.data);
};

// Kui kasutaja soovib pilti töödelda
document.getElementById('process-btn').addEventListener('click', () => {
    const largeImageData = getLargeImageData();
    console.log('Sending data to worker for processing...');
    // Saada andmed workerile töötlemiseks väljaspool põhilõime
    imageProcessorWorker.postMessage(largeImageData);
});
            

              
                Copy
              
            
          

Näide: Workeri lõim (worker.js)

            // Impordi Wasm-moodul *workeri sees*
import init, { process_image } from './pkg/image_processor.js';

async function main() {
    // Initsialiseeri Wasm-moodul üks kord workeri käivitumisel
    await init();

    // Kuula sõnumeid põhilõimelt
    self.onmessage = (event) => {
        console.log('Worker received data, starting Wasm computation...');
        const inputData = event.data;
        const result = process_image(inputData);

        // Saada tulemus tagasi põhilõimele
        self.postMessage(result);
    };

    // Anna põhilõimele märku, et worker on valmis
    self.postMessage('WORKER_READY');
}

main();
            

              
                Copy
              
            
          

See muster on kuldstandard raskete WebAssembly arvutuste integreerimiseks veebirakendusse. See tagab, et teie kasutajaliides jääb täiesti sujuvaks ja reageerivaks, olenemata sellest, kui intensiivne on taustatöötlus. Äärmuslike jõudlusstsenaariumide korral, mis hõlmavad massiivseid andmekogumeid, võite uurida ka SharedArrayBuffer'i kasutamist, et võimaldada workeril ja põhilõimel pääseda juurde samale mälublokile, vältides andmete edasi-tagasi kopeerimise vajadust. See nõuab aga spetsiifiliste serveri turvapäiste (COOP ja COEP) konfigureerimist.

Täiustatud muster 2: keerukate andmete ja oleku haldamine

WebAssembly tõeline jõud (ja keerukus) avaneb siis, kui liigute edasi lihtsatest numbritest ja hakkate tegelema keerukate andmestruktuuridega nagu sõned, objektid ja suured massiivid. See nõuab Wasmi lineaarse mälumudeli sügavat mõistmist.

Wasmi lineaarse mälu mõistmine

Kujutage Wasm-mooduli mälu ette kui ühte hiiglaslikku JavaScripti ArrayBuffer'it. Nii JavaScript kui ka Wasm saavad seda mälu lugeda ja sinna kirjutada, kuid nad teevad seda erineval viisil. Wasm opereerib sellega otse, samas kui JavaScript peab sellega suhtlemiseks looma tüübitud massiivi "vaate" (nagu `Uint8Array` või `Float32Array`).

Selle käsitsi haldamine on keeruline ja vigaderohke, mistõttu tugineme oma tööriistaahelate pakutavatele abstraktsioonidele.

Kõrgetasemelised abstraktsioonid wasm-bindgen'iga (Rust)

wasm-bindgen on abstraktsiooni meistriteos. See võimaldab teil kirjutada Rusti funktsioone, mis kasutavad kõrgetasemelisi tüüpe nagu `String`, `Vec` ja isegi kohandatud `struct`'e ning see genereerib automaatselt JS-liimkoodi mäluhalduse ja andmeteisenduse käsitlemiseks.

Näide: sõne edastamine Rustile ja uue tagastamine.

            use wasm_bindgen::prelude::*;

// See funktsioon võtab Rusti sõnelõigu (&str) ja tagastab uue omandatud Stringi.
#[wasm_bindgen]
pub fn greet(name: &str) -> String {
    format!("Hello from Rust, {}!", name)
}

// See funktsioon võtab JavaScripti objekti.
#[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
              
            
          

Oma JavaScriptis saate neid funktsioone kutsuda peaaegu nii, nagu oleksid need natiivsed JS-funktsioonid:

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

await init();

const greeting = greet('World'); // wasm-bindgen tegeleb sõne teisendamisega
console.log(greeting); // "Hello from Rust, World!"

const user = User.new(101, 'Alice'); // Loo Rusti struktuur JS-ist
const description = get_user_description(user);
console.log(description); // "User ID: 101, Name: Alice"
            

              
                Copy
              
            
          

Kuigi see abstraktsioon on uskumatult mugav, on sellel jõudluskulu. Iga kord, kui edastate sõne või objekti üle piiri, peab wasm-bindgen'i liimkood eraldama mälu Wasm-moodulis, kopeerima andmed üle ja (sageli) hiljem selle vabastama. Jõudluskriitilise koodi jaoks, mis edastab sageli suuri andmemahtusid, võiksite valida manuaalsema lähenemise.

Käsitsi mäluhaldus ja viidad

Maksimaalse jõudluse saavutamiseks võite kõrvale jätta kõrgetasemelised abstraktsioonid ja hallata mälu otse. See muster kõrvaldab andmete kopeerimise, lastes JavaScriptil kirjutada otse Wasm-mällu, millega Wasmi funktsioon seejärel opereerib.

Üldine voog on järgmine: 1. Wasm: Ekspordib funktsioonid nagu `allocate_memory(size)` ja `deallocate_memory(pointer, size)`. 2. JS: Kutsub `allocate_memory`, et saada viit (täisarvuline aadress) mälublokile Wasm-mooduli sees. 3. JS: Saab ligipääsu Wasm-mooduli täielikule mälupuhvrile (`instance.exports.memory.buffer`). 4. JS: Loob selle puhvri peale `Uint8Array` (või muu tüübitud massiivi) vaate. 5. JS: Kirjutab oma andmed otse vaatesse viida antud nihkega. 6. JS: Kutsub oma peamise Wasmi funktsiooni, edastades viida ja andmete pikkuse. 7. Wasm: Loeb andmed oma mälust sellel viidal, töötleb neid ja kirjutab potentsiaalselt tulemuse mujale mällu, tagastades uue viida. 8. JS: Loeb tulemuse Wasm-mälust. 9. JS: Kutsub `deallocate_memory`, et vabastada mäluruum, vältides mälulekkeid.

See muster on oluliselt keerulisem, kuid on hädavajalik rakenduste jaoks nagu brauserisisesed videokoodekid või teaduslikud simulatsioonid, kus suuri andmepuhvreid töödeldakse tihedas tsüklis. Nii Rust (ilma wasm-bindgen'i kõrgetasemeliste funktsioonideta) kui ka AssemblyScript toetavad seda mustrit.

Jagatud oleku muster: kus asub tõde?

Keeruka rakenduse ehitamisel peate otsustama, kus teie rakenduse olek asub. WebAssemblyga on teil kaks peamist arhitektuurilist valikut.

• Variant A: olek asub JavaScriptis (Wasm kui puhas funktsioon)

  See on kõige levinum ja sageli kõige lihtsam muster. Teie olekut haldab teie JavaScripti raamistik (nt Reacti komponendi olekus, Vuex'i poes või Svelte'i poes). Kui peate sooritama raske arvutuse, edastate asjakohase oleku Wasmi funktsioonile. Wasmi funktsioon toimib puhta, olekuta kalkulaatorina: see võtab andmeid, sooritab arvutuse ja tagastab tulemuse. JavaScripti kood võtab seejärel selle tulemuse ja uuendab oma olekut, mis omakorda renderdab kasutajaliidese uuesti.

  Kasutage seda, kui: Teie Wasm-moodul pakub utiliitfunktsioone või teostab diskreetseid, olekuta teisendusi andmetel, mida haldab teie olemasolev frontendi arhitektuur.

• Variant B: olek asub WebAssemblys (Wasm kui tõe allikas)

  Selles täiustatumas mustris hallatakse kogu teie rakenduse tuumikloogikat ja olekut Wasm-mooduli sees. JavaScripti kiht muutub õhukeseks vaate- või renderdamiskihiks. Näiteks keerukas dokumendiredaktoris võib kogu dokumendimudel olla Rusti struktuur, mis asub Wasm-mälus. Kui kasutaja sisestab tähemärgi, ei uuenda JS-kood kohalikku olekuobjekti; selle asemel kutsub see esile Wasmi funktsiooni nagu `editor.insert_character('a', position)`. See funktsioon muteerib olekut Wasmi mälus. Kasutajaliidese uuendamiseks võib JS seejärel kutsuda teise funktsiooni nagu `editor.get_visible_portion()`, mis tagastab renderdamiseks vajaliku oleku esituse.

  Kasutage seda, kui: Ehitate väga keerulist, olekuga rakendust, kus tuumikloogika on jõudluskriitiline ja saab kasu keele nagu Rust ohutusest ja struktuurist. Terved frontendi raamistikud nagu Yew ja Dioxus on ehitatud sellele põhimõttele Rusti jaoks.

Praktiline integratsioon frontendi raamistikega

Wasmi integreerimine raamistikesse nagu React, Vue või Svelte järgib sarnast mustrit: peate haldama Wasm-mooduli asünkroonset laadimist ja tegema selle ekspordid oma komponentidele kättesaadavaks.

React / Next.js

Kohandatud hook on elegantne viis Wasm-mooduli elutsükli haldamiseks.

            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

Vue Composition API-s saate kasutada `onMounted` elutsükli hook'i ja `ref`'i.

            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

Svelte'i `onMount` funktsioon ja reaktiivsed laused sobivad ideaalselt.

            <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
              
            
          

Parimad praktikad ja vältimist vajavad lõksud

Süvenedes Wasm-arendusse, pidage meeles neid parimaid praktikaid, et tagada oma rakenduse jõudlus, robustsus ja hooldatavus.

Jõudluse optimeerimine

• Koodi tükeldamine ja laisklaadimine: Ärge kunagi tarnige ühte monoliitset Wasm-binaarfaili. Jaotage oma funktsionaalsus loogilisteks, väiksemateks mooduliteks ja kasutage dünaamilisi importe nende laadimiseks nõudmisel.
• Optimeerige suuruse jaoks: Eriti Rusti puhul võib binaarfaili suurus olla murettekitav. Konfigureerige oma `Cargo.toml` reliisi kompileerimiseks `lto = true` (Link-Time Optimization) ja `opt-level = 'z'` (optimeeri suuruse jaoks), et faili suurust oluliselt vähendada. Kasutage tööriistu nagu `twiggy`, et analüüsida oma Wasm-binaarfaili ja tuvastada koodi suuruse paisumist.
• Minimeerige piiriületusi: Igal funktsioonikutsungil JavaScriptist Wasmi on oma lisakulu. Jõudluskriitilistes tsüklites vältige paljude väikeste, "lobisevate" kutsete tegemist. Selle asemel kujundage oma Wasmi funktsioonid nii, et nad teeksid ühe kutse kohta rohkem tööd. Näiteks selle asemel, et kutsuda `process_pixel(x, y)` 10 000 korda, edastage kogu pildipuhver `process_image()` funktsioonile üks kord.

Vigade käsitlemine ja silumine

• Levitage vigu sujuvalt: Paanika Rustis põhjustab teie Wasm-mooduli kokkujooksmise. Paanika asemel tagastage oma Rusti funktsioonidest `Result`. `wasm-bindgen` suudab selle automaatselt teisendada JavaScripti `Promise`'iks, mis laheneb eduka väärtusega või lükatakse tagasi veaga, võimaldades teil kasutada standardseid `try...catch` plokke JS-is.
• Kasutage lähtekoodi kaarte (Source Maps): Kaasaegsed tööriistaahelad suudavad genereerida DWARF-põhiseid lähtekoodi kaarte Wasmi jaoks, võimaldades teil seada murdepunkte ja inspekteerida muutujaid oma algses Rusti või AssemblyScripti koodis otse brauseri arendajatööriistades. See on endiselt arenev valdkond, kuid muutub üha võimsamaks.
• Kasutage tekstivormingut (.wat): Kahtluse korral saate oma .wasm binaarfaili dekompileerida WebAssembly tekstivormingusse (.wat). See inimloetav vorming on sõnaoher, kuid võib olla hindamatu madala taseme silumisel.

Turvakaalutlused

• Usaldage oma sõltuvusi: Wasmi liivakast takistab moodulil juurdepääsu volitamata süsteemiressurssidele. Kuid nagu iga NPM-pakett, võib ka pahatahtlik Wasm-moodul sisaldada haavatavusi või üritada andmeid välja filtreerida teie pakutavate JavaScripti funktsioonide kaudu. Kontrollige alati oma sõltuvusi.
• Lülitage sisse COOP/COEP jagatud mälu jaoks: Kui kasutate `SharedArrayBuffer`'it null-koopia mälujagamiseks Web Workeritega, peate kindlasti konfigureerima oma serveri saatma vastavad Cross-Origin-Opener-Policy (COOP) ja Cross-Origin-Embedder-Policy (COEP) päised. See on turvameede spekulatiivse täitmise rünnakute, nagu Spectre, leevendamiseks.

Frontendi WebAssembly tulevik

WebAssembly on endiselt noor tehnoloogia ja selle tulevik on uskumatult helge. Mitmed põnevad ettepanekud on standardiseerimisel, mis muudavad selle veelgi võimsamaks ja sujuvamalt integreeritavaks:

• WASI (WebAssembly System Interface): Kuigi peamiselt keskendunud Wasmi käitamisele väljaspool brauserit (nt serverites), parandab WASI liideste standardimine Wasm-koodi üldist kaasaskantavust ja ökosüsteemi.
• Komponendimudel: See on vaieldamatult kõige transformatiivsem ettepanek. Selle eesmärk on luua universaalne, keele-agnostiline viis Wasm-moodulite omavaheliseks ja hostiga suhtlemiseks, kõrvaldades vajaduse keelespetsiifilise liimkoodi järele. Rusti komponent võiks otse kutsuda Pythoni komponenti, mis võiks kutsuda Go komponenti, kõik ilma JavaScripti läbimata.
• Prügikoristus (GC): See ettepanek võimaldab Wasm-moodulitel suhelda hostkeskkonna prügikoristusega. See võimaldab keeltel nagu Java, C# või OCaml kompileeruda Wasm'iks tõhusamalt ja sujuvamalt suhelda JavaScripti objektidega.
• Lõimed, SIMD ja muud: Funktsioonid nagu mitmelõimelisus ja SIMD (Single Instruction, Multiple Data) on muutumas stabiilseks, avades veelgi suurema paralleelsuse ja jõudluse andmemahukate rakenduste jaoks.

Kokkuvõte: veebi jõudluse uue ajastu avamine

WebAssembly kujutab endast fundamentaalset nihet selles, mis on veebis võimalik. See on võimas tööriist, mis õigesti kasutatuna suudab murda traditsioonilise JavaScripti jõudlusbarjäärid, võimaldades uue klassi rikkalikel, väga interaktiivsetel ja arvutusmahukatel rakendustel töötada igas kaasaegses brauseris.

Oleme näinud, et valik Rusti ja AssemblyScripti vahel on kompromiss toore jõu ja arendaja kättesaadavuse vahel. Rust pakub võrratut jõudlust ja turvalisust kõige nõudlikumate ülesannete jaoks, samas kui AssemblyScript pakub leebet sissejuhatust miljonitele TypeScripti arendajatele, kes soovivad oma rakendusi võimendada.

Edu WebAssembly'ga sõltub õigete integratsioonimustrite valimisest. Alates lihtsatest sünkroonsetest utiliitidest kuni keerukate, olekuga rakendusteni, mis töötavad täielikult väljaspool põhilõime Web Workeris, on JS-Wasm piiri haldamise mõistmine võtmetähtsusega. Laadides oma mooduleid laisalt, viies raske töö workeritesse ning hallates hoolikalt mälu ja olekut, saate integreerida Wasmi võimsuse kasutajakogemust kahjustamata.

Teekond WebAssembly'sse võib tunduda heidutav, kuid tööriistad ja kogukonnad on küpsemad kui kunagi varem. Alustage väikeselt. Tuvastage oma praeguses rakenduses jõudluse kitsaskoht – olgu see keeruline arvutus, andmete parsimine või graafika renderdamise tsükkel – ja kaaluge, kuidas Wasm võiks olla lahendus. Seda tehnoloogiat omaks võttes ei optimeeri te lihtsalt funktsiooni; investeerite veebiplatvormi tulevikku endasse.