WebAssembly erindite töötlemine: süva sukeldumine pinu lahtikerimisse

WebAssembly (Wasm) on muutnud veebi, pakkudes suure jõudlusega ja portatiivset kompileerimise sihtmärki. Kuigi algselt keskenduti arvulisele arvutamisele, kasutatakse Wasmi üha enam keerukamate rakenduste jaoks, mis nõuavad tugevaid veakäsitlusmehhanisme. Siin tulebki sisse erindite töötlemine. See artikkel käsitleb põhjalikult WebAssembly erindite töötlemist, keskendudes konkreetselt pinu lahtikerimise olulisele protsessile. Uurime rakenduse üksikasju, jõudluse kaalutlusi ja üldist mõju Wasmi arendusele.

Mis on erindite töötlemine?

Erindite töötlemine on programmeerimiskeele konstruktsioon, mis on loodud vigade või erakorraliste olukordade käsitlemiseks, mis tekivad programmi käivitamise ajal. Selle asemel, et kokku kukkuda või näidata määratlematut käitumist, saab programm "visata" erindi, mille "püüab" seejärel kinni selleks määratud käitleja. See võimaldab programmil graatsiliselt vigadest taastuda, logida diagnostilist teavet või teha enne käivitamise jätkamist või graatsilist lõpetamist puhastustoiminguid.

Kujutage ette olukorda, kus proovite failile juurde pääseda. Faili ei pruugi olla või teil ei pruugi olla selle lugemiseks vajalikke õigusi. Ilma erindite töötlemiseta võib teie programm kokku kukkuda. Erindite töötlemisega saate failile juurdepääsukoodi ümbritseda try blokiga ja pakkuda catch bloki potentsiaalsete erindite (nt FileNotFoundException, SecurityException) käsitlemiseks. See võimaldab teil kuvada kasutajale informatiivse veateate või proovida veast taastuda.

Vajadus erindite töötlemise järele WebAssemblys

Kuna WebAssembly areneb väikesemahuliste moodulite liivakasti käivituskeskkonnast suuremahuliste rakenduste platvormiks, muutub korraliku erindite töötlemise vajadus üha olulisemaks. Ilma eranditeta muutub veakäsitlus kohmakaks ja vigadele kalduvaks. Arendajad peavad tuginema veakoodide tagastamisele või muude ad-hoc mehhanismide kasutamisele, mis võivad muuta koodi raskemini loetavaks, hooldatavaks ja silutavaks.

Kujutage ette keerukat rakendust, mis on kirjutatud sellises keeles nagu C++ ja kompileeritud WebAssemblysse. C++ kood võib tugineda vigade käsitlemisel suuresti eranditele. Ilma korraliku erindite töötlemiseta WebAssemblys ei töötaks kompileeritud kood kas õigesti või vajaks erindite töötlemise mehhanismide asendamiseks olulisi muudatusi. See on eriti oluline projektide puhul, mis portivad olemasolevaid koodibaase WebAssembly ökosüsteemi.

WebAssembly erindite töötlemise ettepanek

WebAssembly kogukond on töötanud standardiseeritud erindite töötlemise ettepaneku kallal (sageli nimetatakse WasmEH-ks). Selle ettepaneku eesmärk on pakkuda portatiivset ja tõhusat viisi erindite käsitlemiseks WebAssemblys. Ettepanek määratleb uued juhised erandite viskamiseks ja püüdmiseks, samuti pinu lahtikerimise mehhanismi, mis on selle artikli fookuses.

WebAssembly erindite töötlemise ettepaneku peamised komponendid on:

• try/catch plokid: Sarnaselt teiste keelte erindite töötlemisega pakub WebAssembly try ja catch plokke, et ümbritseda koodi, mis võib visata erandeid, ja nende erandite käsitlemiseks.
• Erindio objektid: WebAssembly erandid on esitatud objektidena, mis võivad kanda andmeid. See võimaldab erindikäsitlejal pääseda juurde teabele tekkinud vea kohta.
• throw juhis: Seda juhist kasutatakse erandi tekitamiseks.
• rethrow juhis: Võimaldab erindikäsitlejal erandi kõrgemale tasemele levitada.
• Pinu lahtikerimine: Helistamispinu puhastamise protsess pärast erandi viskamist, mis on oluline nõuetekohase ressursside haldamise ja programmi stabiilsuse tagamiseks.

Pinu lahtikerimine: erindite töötlemise tuum

Pinu lahtikerimine on erindite töötlemise protsessi kriitiline osa. Kui erand on visatud, peab WebAssembly käituskeskkond "lahti kerima" helistamispinu, et leida sobiv erindikäsitleja. See hõlmab järgmisi samme:

1. Erand on visatud: Täidetakse throw juhis, mis annab märku, et on tekkinud erand.
2. Käsitleja otsimine: Käituskeskkond otsib helistamispinu catch bloki, mis saab erandi käsitleda. See otsing toimub praegusest funktsioonist helistamispinu juure suunas.
3. Pinu lahtikerimine: Kui käituskeskkond läbib helistamispinu, peab ta "lahti kerima" iga funktsiooni pinuraami. See hõlmab:
• Eelmise pinunäitaja taastamist.
• Kõigi finally plokkide (või samaväärse puhastuskoodi keeltes, millel pole selgesõnalisi finally plokke) täitmist, mis on seotud lahtikeritavate funktsioonidega. See tagab ressursside nõuetekohase vabastamise ja programmi jäämise järjepidevasse olekusse.
• Pinuraami eemaldamist helistamispinnust.
4. Käsitleja on leitud: Kui leitakse sobiv erindikäsitleja, suunab käituskeskkond juhtimise käsitlejale. Käsitleja saab seejärel juurde pääseda teabele erandi kohta ja võtta asjakohaseid meetmeid.
5. Käsitlejat ei leitud: Kui helistamispinnust ei leita sobivat erindikäsitlejat, loetakse erand püüdmata. WebAssembly käituskeskkond tavaliselt lõpetab sel juhul programmi (kuigi manustajad saavad seda käitumist kohandada).

Näide: Kujutage ette järgmist lihtsustatud helistamispinu:

Funktsioon A kutsub funktsiooni B
Funktsioon B kutsub funktsiooni C
Funktsioon C viskab erandi

Kui funktsioon C viskab erandi ja funktsioonil B on try/catch plokk, mis saab erandi käsitleda, siis pinu lahtikerimise protsess:

1. Kerib lahti funktsiooni C pinuraami.
2. Suunab juhtimise funktsiooni B catch blokki.

Kui funktsioonil B *ei ole* catch blokki, jätkub lahtikerimise protsess funktsiooni A.

Pinu lahtikerimise rakendamine WebAssemblys

Pinu lahtikerimise rakendamine WebAssemblys hõlmab mitmeid peamisi komponente:

• Helistamispinu esitus: WebAssembly käituskeskkond peab säilitama helistamispinu esituse, mis võimaldab tal tõhusalt läbida pinuraamid. See hõlmab tavaliselt teabe salvestamist käivitatava funktsiooni, kohalike muutujate ja tagastusaadressi kohta.
• Raaminäitajad: Raaminäitajaid (või sarnaseid mehhanisme) kasutatakse iga funktsiooni pinuraamide asukoha määramiseks helistamispinnus. See võimaldab käituskeskkonnal hõlpsalt juurde pääseda funktsiooni kohalikele muutujatele ja muule asjakohasele teabele.
• Erindite töötlemise tabelid: Need tabelid salvestavad teavet iga funktsiooniga seotud erindikäsitlejate kohta. Käituskeskkond kasutab neid tabeleid, et kiiresti kindlaks teha, kas funktsioonil on käsitleja, mis saab antud erandit käsitleda.
• Puhastuskood: Käituskeskkond peab täitma puhastuskoodi (nt finally plokid), kui ta pinu lahti kerib. See tagab ressursside nõuetekohase vabastamise ja programmi jäämise järjepidevasse olekusse.

Pinu lahtikerimise rakendamiseks WebAssemblys saab kasutada mitmeid erinevaid lähenemisviise, millest igaühel on oma kompromissid jõudluse ja keerukuse osas. Mõned levinumad lähenemisviisid on järgmised:

• Nullkuluga erindite töötlemine (ZCEH): Selle lähenemisviisi eesmärk on minimeerida erindite töötlemise üldkulusid, kui erandeid ei visata. ZCEH hõlmab tavaliselt staatilist analüüsi, et määrata, millised funktsioonid võivad visata erandeid, ja seejärel genereerida nende funktsioonide jaoks spetsiaalne kood. Funktsioone, mis teadaolevalt ei viska erandeid, saab käivitada ilma erindite töötlemise üldkuludeta. LLVM kasutab sageli selle varianti.
• Tabelipõhine lahtikerimine: See lähenemisviis kasutab tabeleid teabe salvestamiseks pinuraamide ja erindikäsitlejate kohta. Käituskeskkond saab seejärel neid tabeleid kasutada, et kiiresti pinu lahti kerida, kui erand on visatud.
• DWARF-põhine lahtikerimine: DWARF (Debugging With Attributed Record Formats) on standardne silumivorming, mis sisaldab teavet pinuraamide kohta. Käituskeskkond saab kasutada DWARF-teavet, et pinu lahti kerida, kui erand on visatud.

Pinu lahtikerimise spetsiifiline rakendamine WebAssemblys varieerub sõltuvalt WebAssembly käituskeskkonnast ja WebAssembly koodi genereerimiseks kasutatud kompilaatorist.

Pinu lahtikerimise mõju jõudlusele

Pinu lahtikerimine võib avaldada olulist mõju WebAssembly rakenduste jõudlusele. Pinu lahtikerimise üldkulud võivad olla märkimisväärsed, eriti kui helistamispinu on sügav või kui lahti tuleb kerida suur hulk funktsioone. Seetõttu on WebAssembly rakenduste kujundamisel ülioluline hoolikalt kaaluda erindite töötlemise mõju jõudlusele.

Pinu lahtikerimise jõudlust võivad mõjutada mitmed tegurid:

• Helistamispinu sügavus: Mida sügavam on helistamispinu, seda rohkem funktsioone tuleb lahti kerida ja seda rohkem üldkulusid tekib.
• Erandite sagedus: Kui erandeid visatakse sageli, võivad pinu lahtikerimise üldkulud muutuda märkimisväärseks.
• Puhastuskoodi keerukus: Kui puhastuskood (nt finally plokid) on keerukas, võivad puhastuskoodi täitmise üldkulud olla märkimisväärsed.
• Pinu lahtikerimise rakendamine: Pinu lahtikerimise spetsiifiline rakendamine võib avaldada olulist mõju jõudlusele. Nullkuluga erindite töötlemise tehnikad võivad minimeerida üldkulusid, kui erandeid ei visata, kuid võivad põhjustada suuremaid üldkulusid, kui erandeid tekib.

Pinu lahtikerimise mõju jõudlusele minimeerimiseks kaaluge järgmisi strateegiaid:

• Minimeerige erandite kasutamist: Kasutage erandeid ainult tõeliselt erakorraliste olukordade jaoks. Vältige erandite kasutamist tavalise juhtimisvoo jaoks. Keeled nagu Rust väldivad erandeid täielikult selgesõnalise veakäsitluse kasuks (nt Result tüüp).
• Hoidke helistamispinnad madalad: Vältige võimalusel sügavaid helistamispinnu. Kaaluge koodi ümberkorraldamist, et vähendada helistamispinu sügavust.
• Optimeerige puhastuskoodi: Veenduge, et puhastuskood oleks võimalikult tõhus. Vältige tarbetute toimingute tegemist finally plokkides.
• Kasutage WebAssembly käituskeskkonda tõhusa pinu lahtikerimise rakendusega: Valige WebAssembly käituskeskkond, mis kasutab tõhusat pinu lahtikerimise rakendust, näiteks nullkuluga erindite töötlemine.

Näide: Kujutage ette WebAssembly rakendust, mis teeb suure hulga arvutusi. Kui rakendus kasutab arvutustes vigade käsitlemiseks erandeid, võivad pinu lahtikerimise üldkulud muutuda märkimisväärseks. Selle leevendamiseks saab rakendust muuta nii, et ta kasutaks erandite asemel veakoode. See kõrvaldaks pinu lahtikerimise üldkulud, kuid nõuaks ka seda, et rakendus kontrolliks pärast iga arvutust selgesõnaliselt vigu.

Näidiskoodilõigud (kontseptuaalne - WASM Assembly)

Kuigi me ei saa siin otse käivitatavat WASM-koodi pakkuda, kuna tegemist on blogipostitusega, illustreerime, kuidas erindite töötlemine *võiks* välja näha WASM-i montaažikeeles (WAT - WebAssembly Text format) kontseptuaalselt:

;; Määratlege erandi tüüp
(type $exn_type (exception (result i32)))

;; Funktsioon, mis võib visata erandi
(func $might_fail (result i32)
  (try $try_block
    i32.const 10
    i32.const 0
    i32.div_s  ;; See viskab erandi, kui jagatakse nulliga

    ;; Kui erandit pole, tagastage tulemus
    (return)

    (catch $exn_type
      ;; Käsitlege erandit: tagastage -1
      i32.const -1
      (return))
  )
)

;; Funktsioon, mis kutsub potentsiaalselt ebaõnnestuva funktsiooni
(func $caller (result i32)
  (call $might_fail)
)

;; Eksportige helistaja funktsioon
(export "caller" (func $caller))

;; Määratlege erand
(global $my_exception (mut i32) (i32.const 0))

;; erandi viskamine (pseudokood, tegelik juhis varieerub)
;; throw $my_exception

Selgitus:

• (type $exn_type (exception (result i32))): määratleb erandi tüübi.
• (try ... catch ...): määratleb try-catch ploki.
• Funktsioonis $might_fail võib i32.div_s põhjustada nulliga jagamisest tingitud vea (ja erandi).
• catch plokk käsitleb tüübi $exn_type erandit.

Märkus: See on lihtsustatud kontseptuaalne näide. Tegelikud WebAssembly erindite töötlemise juhised ja süntaks võivad veidi erineda sõltuvalt WebAssembly spetsifikatsiooni konkreetsest versioonist ja kasutatavatest tööriistadest. Kõige ajakohasema teabe saamiseks vaadake WebAssembly ametlikku dokumentatsiooni.

WebAssembly silumine eranditega

WebAssembly koodi silumine, mis kasutab erandeid, võib olla keeruline, eriti kui te pole WebAssembly käituskeskkonna ja erindite töötlemise mehhanismiga tuttav. Kuid WebAssembly koodi tõhusaks silumiseks eranditega on saadaval mitu tööriista ja tehnikat:

• Brauseri arendustööriistad: Kaasaegsed veebibrauserid pakuvad võimsaid arendustööriistu, mida saab kasutada WebAssembly koodi silumiseks. Need tööriistad võimaldavad tavaliselt määrata katkestuspunkte, koodi läbi käia, muutujaid kontrollida ja vaadata helistamispinu. Kui erand on visatud, saavad arendustööriistad anda teavet erandi kohta, näiteks erandi tüüp ja koht, kus erand visati.
• WebAssembly silurid: Saadaval on mitu spetsiaalset WebAssembly silurit, näiteks WebAssembly Binary Toolkit (WABT) ja Binaryeni tööriistakomplekt. Need silurid pakuvad täiustatud silumis funktsioone, näiteks võimalust kontrollida WebAssembly mooduli sisemist olekut ja määrata katkestuspunkte konkreetsetele juhistele.
• Logimine: Logimine võib olla väärtuslik tööriist WebAssembly koodi silumiseks eranditega. Saate lisada oma koodile logimislauseid, et jälgida käivitusvoogu ja logida teavet visatavate erandite kohta. See aitab teil tuvastada erandite algpõhjuse ja mõista, kuidas erandeid käsitletakse.
• Lähtekaardid: Lähtekaardid võimaldavad teil kaardistada WebAssembly koodi tagasi algsele lähtekoodile. See võib muuta WebAssembly koodi silumise palju lihtsamaks, eriti kui kood on kompileeritud kõrgema taseme keelest. Kui erand on visatud, saab lähtekaart aidata teil tuvastada vastava koodirea algses lähtefailis.

WebAssembly erindite töötlemise tulevikusuunad

WebAssembly erindite töötlemise ettepanek areneb endiselt ja on mitmeid valdkondi, kus uuritakse täiendavaid täiustusi:

• Erandi tüüpide standardimine: Praegu võimaldab WebAssembly määratleda kohandatud erandi tüüpe. Ühiste erandi tüüpide komplekti standardimine võib parandada erinevate WebAssembly moodulite koostalitlusvõimet.
• Integreerimine prügikoristusega: Kuna WebAssembly saab prügikoristuse toe, on oluline integreerida erindite töötlemine prügikoristajaga. See tagab ressursside nõuetekohase vabastamise erandite viskamisel.
• Täiustatud tööriistad: WebAssembly silumistööriistade pidev täiustamine on ülioluline, et muuta WebAssembly koodi silumine eranditega lihtsamaks.
• Jõudluse optimeerimine: Pinu lahtikerimise ja erindite töötlemise jõudluse optimeerimiseks WebAssemblys on vaja täiendavaid uuringuid ja arendustööd.

Järeldus

WebAssembly erindite töötlemine on oluline funktsioon, mis võimaldab arendada keerukaid ja tugevaid WebAssembly rakendusi. Pinu lahtikerimise mõistmine on oluline, et mõista, kuidas erandeid WebAssemblys käsitletakse, ja optimeerida WebAssembly rakenduste jõudlust, mis kasutavad erandeid. Kuna WebAssembly ökosüsteem areneb edasi, võime oodata täiendavaid täiustusi erindite töötlemise mehhanismis, muutes WebAssembly veelgi atraktiivsemaks platvormiks paljude rakenduste jaoks.

Hoolikalt kaaludes erindite töötlemise mõju jõudlusele ning kasutades sobivaid silumistööriistu ja -tehnikaid, saavad arendajad tõhusalt kasutada WebAssembly erindite töötlemist, et luua usaldusväärseid ja hooldatavaid WebAssembly rakendusi.