WebAssembly'i ekspordi objekt: põhjalik juhend mooduli ekspordi seadistamiseks

WebAssembly (Wasm) on veebiarenduses teinud revolutsiooni, pakkudes suure jõudlusega, kaasaskantavat ja turvalist viisi koodi käivitamiseks kaasaegsetes brauserites. WebAssembly'i funktsionaalsuse oluline aspekt on selle võime suhelda ümbritseva JavaScripti keskkonnaga läbi selle ekspordi objekti. See objekt toimib sillana, võimaldades JavaScripti koodil pääseda ligi ja kasutada WebAssembly'i moodulis määratletud funktsioone, mälu, tabeleid ja globaalseid muutujaid. WebAssembly'i ekspordide konfigureerimise ja haldamise mõistmine on tõhusate ja töökindlate veebirakenduste loomiseks hädavajalik. See juhend pakub põhjalikku uurimist WebAssembly'i ekspordi objektidest, hõlmates mooduli ekspordi seadistamist, erinevaid ekspordi tüüpe, parimaid tavasid ja täiustatud tehnikaid optimaalse jõudluse ja koostalitlusvõime tagamiseks.

Mis on WebAssembly'i ekspordi objekt?

Kui WebAssembly'i moodul on kompileeritud ja instansseeritud, genereerib see instantsi objekti. See instantsi objekt sisaldab omadust nimega exports, mis on ekspordi objekt. Ekspordi objekt on JavaScripti objekt, mis sisaldab viiteid erinevatele üksustele (funktsioonid, mälu, tabelid, globaalsed muutujad), mida WebAssembly'i moodul teeb JavaScripti koodi jaoks kättesaadavaks.

Mõelge sellele kui avalikule API-le teie WebAssembly'i mooduli jaoks. See on viis, kuidas JavaScript saab "näha" ja suhelda koodiga ja andmetega Wasm-mooduli sees.

Põhikontseptsioonid

• Moodul: Kompileeritud WebAssembly'i binaarne (.wasm fail).
• Instants: WebAssembly'i mooduli käitusaja instants. Siin kood tegelikult käivitatakse ja mälu eraldatakse.
• Ekspordi objekt: JavaScripti objekt, mis sisaldab WebAssembly'i instantsi eksporditud liikmeid.
• Eksporditud liikmed: Funktsioonid, mälu, tabelid ja globaalsed muutujad, mida WebAssembly'i moodul eksponeerib JavaScripti kasutamiseks.

WebAssembly'i mooduli ekspordi konfigureerimine

Protsess, millega konfigureeritakse WebAssembly'i moodulist eksporditavat, toimub peamiselt kompileerimisajal, lähtekoodis, mis kompileeritakse WebAssembly'iks. Konkreetne süntaks ja meetodid sõltuvad teie kasutatavast lähtekeelest (nt C, C++, Rust, AssemblyScript). Vaatame, kuidas ekspordid on deklareeritud mõnes levinud keeles:

C/C++ koos Emscripteniga

Emscripten on populaarne tööriistakett C- ja C++-koodi kompileerimiseks WebAssembly'iks. Funktsiooni eksportimiseks kasutate tavaliselt makrot EMSCRIPTEN_KEEPALIVE või määrate ekspordid Emscripteni sätetes.

Näide: funktsiooni eksportimine, kasutades EMSCRIPTEN_KEEPALIVE

C-kood:

#include <emscripten.h>

EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
int add(int a, int b) {
  return a + b;
}

EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
int multiply(int a, int b) {
    return a * b;
}

Selles näites on funktsioonid add ja multiply märgitud EMSCRIPTEN_KEEPALIVE-ga, mis ütleb Emscriptenile, et kaasata need ekspordi objekti.

Näide: funktsiooni eksportimine Emscripteni sätete abil

Samuti saate määrata ekspordid kompileerimise ajal lipuga -s EXPORTED_FUNCTIONS:

emcc add.c -o add.js -s EXPORTED_FUNCTIONS='[_add,_multiply]'

See käsk ütleb Emscriptenile, et eksportida funktsioonid _add ja `_multiply` (pange tähele juhtivat alakriipsu, mille Emscripten sageli lisab). Saadav JavaScripti fail (add.js) sisaldab vajalikku koodi WebAssembly'i mooduli laadimiseks ja suhtlemiseks sellega ning funktsioonid add ja multiply on juurdepääsetavad ekspordi objekti kaudu.

Rust koos wasm-packiga

Rust on veel üks suurepärane keel WebAssembly'i arendamiseks. Tööriist wasm-pack lihtsustab Rusti koodi ehitamise ja pakendamise protsessi WebAssembly'i jaoks.

Näide: funktsiooni eksportimine Rustis

Rusti kood:

#[no_mangle]
pub extern "C" fn add(a: i32, b: i32) -> i32 {
  a + b
}

#[no_mangle]
pub extern "C" fn multiply(a: i32, b: i32) -> i32 {
    a * b
}

Selles näites takistab atribuut #[no_mangle] Rusti kompilaatorit funktsiooninimede moonutamisel ja pub extern "C" muudab funktsioonid juurdepääsetavaks C-ühilduvatest keskkondadest (sh WebAssembly). Samuti peate lisama Cargo.toml-i wasm-bindgen sõltuvuse.

Selle ehitamiseks kasutaksite:

wasm-pack build

Saadav pakett sisaldab WebAssembly'i moodulit (.wasm fail) ja JavaScripti faili, mis hõlbustab suhtlemist mooduliga.

AssemblyScript

AssemblyScript on TypeScripti-sarnane keel, mis kompileerub otse WebAssembly'ks. See pakub JavaScripti arendajatele tuttavat süntaksit.

Näide: funktsiooni eksportimine AssemblyScriptis

AssemblyScripti kood:

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

export function multiply(a: i32, b: i32): i32 {
    return a * b;
}

AssemblyScriptis kasutate lihtsalt märksõna export, et määrata funktsioonid, mis tuleks lisada ekspordi objekti.

Kompileerimine:

asc assembly/index.ts -b build/index.wasm -t build/index.wat

WebAssembly'i ekspordi tüübid

WebAssembly'i moodulid võivad eksportida nelja peamist tüüpi üksusi:

• Funktsioonid: Käivitatavad koodiplokid.
• Mälu: WebAssembly'i mooduli kasutatav lineaarne mälu.
• Tabelid: Funktsiooniviidete massiivid.
• Globaalsed muutujad: Muudetavad või muutumatud andmeväärtused.

Funktsioonid

Eksporditud funktsioonid on kõige levinum ekspordi tüüp. Need võimaldavad JavaScripti koodil kutsuda WebAssembly'i moodulis määratletud funktsioone.

Näide (JavaScript): eksporditud funktsiooni kutsumine

const wasm = await WebAssembly.instantiateStreaming(fetch('module.wasm'));
const add = wasm.instance.exports.add;
const result = add(5, 3); // result will be 8
console.log(result);

Mälu

Mälu eksportimine võimaldab JavaScriptil otse pääseda WebAssembly'i mooduli lineaarsele mälule ja seda manipuleerida. See võib olla kasulik andmete jagamiseks JavaScripti ja WebAssembly'i vahel, kuid see nõuab ka hoolikat haldamist, et vältida mälu kahjustamist.

Näide (JavaScript): eksporditud mälule juurdepääs

const wasm = await WebAssembly.instantiateStreaming(fetch('module.wasm'));
const memory = wasm.instance.exports.memory;
const buffer = new Uint8Array(memory.buffer);

// Kirjutage väärtus mällu
buffer[0] = 42;

// Lugege väärtus mälust
const value = buffer[0]; // value will be 42

console.log(value);

Tabelid

Tabelid on funktsiooniviidete massiivid. Neid kasutatakse dünaamilise väljastamise ja funktsiooniviidete rakendamiseks WebAssembly'is. Tabeli eksportimine võimaldab JavaScriptil kutsuda funktsioone kaudselt läbi tabeli.

Näide (JavaScript): eksporditud tabelile juurdepääs

const wasm = await WebAssembly.instantiateStreaming(fetch('module.wasm'));
const table = wasm.instance.exports.table;

// Eeldades, et tabel sisaldab funktsiooniviiteid
const functionIndex = 0; // Funktsiooni indeks tabelis
const func = table.get(functionIndex);

// Kutsu funktsiooni
const result = func(5, 3);
console.log(result);

Globaalsed muutujad

Globaalsete muutujate eksportimine võimaldab JavaScriptil lugeda ja (kui muutuja on muudetav) muuta WebAssembly'i moodulis määratletud globaalsete muutujate väärtusi.

Näide (JavaScript): eksporditud globaalsele muutujale juurdepääs

const wasm = await WebAssembly.instantiateStreaming(fetch('module.wasm'));
const globalVar = wasm.instance.exports.globalVar;

// Lugege väärtust
const value = globalVar.value;
console.log(value);

// Muuda väärtust (kui muudetav)
globalVar.value = 100;

WebAssembly'i ekspordi seadistamise parimad tavad

WebAssembly'i ekspordide konfigureerimisel on oluline järgida parimaid tavasid, et tagada optimaalne jõudlus, turvalisus ja hooldatavus.

Minimeeri ekspordid

Eksportige ainult funktsioonid ja andmed, mis on JavaScripti interaktsiooniks hädavajalikud. Liigsed ekspordid võivad suurendada ekspordi objekti suurust ja potentsiaalselt mõjutada jõudlust.

Kasutage tõhusaid andmestruktuure

Andmete jagamisel JavaScripti ja WebAssembly'i vahel kasutage tõhusaid andmestruktuure, mis minimeerivad andmete teisendamise lisakoormust. Kaaluge tüübitud massiivide (Uint8Array, Float32Array jne) kasutamist optimaalse jõudluse saavutamiseks.

Valideerige sisendid ja väljundid

Valideerige alati sisendid ja väljundid WebAssembly'i funktsioonidest, et vältida ootamatut käitumist ja potentsiaalseid turvaauke. See on eriti oluline mälu juurdepääsuga tegelemisel.

Halda mälu hoolikalt

Mälu eksportimisel olge ülimalt ettevaatlik, kuidas JavaScript seda kasutab ja manipuleerib. Ebaõige mälule juurdepääs võib põhjustada mälu kahjustusi ja krahhe. Kaaluge WebAssembly'i moodulis abifunktsioonide kasutamist, et hallata mälule juurdepääsu kontrollitud viisil.

Vältige otsest mälule juurdepääsu, kui see on võimalik

Kuigi otsene mälule juurdepääs võib olla tõhus, toob see endaga kaasa ka keerukuse ja potentsiaalseid riske. Kaaluge kõrgema taseme abstraktsioonide, näiteks funktsioonide kasutamist, mis kapseldavad mälule juurdepääsu, et parandada koodi hooldatavust ja vähendada vigade ohtu. Näiteks võib teil olla WebAssembly'i funktsioone väärtuste saamiseks ja seadmiseks konkreetsetes asukohtades selle mäluruumis, selle asemel et lasta JavaScriptil otse puhvrit näppida.

Valige ülesandeks õige keel

Valige programmeerimiskeel, mis sobib kõige paremini WebAssembly'is sooritatava konkreetse ülesandega. Arvutusmahukate ülesannete jaoks võivad C, C++ või Rust olla head valikud. Ülesannete jaoks, mis nõuavad tihedat integratsiooni JavaScriptiga, võib AssemblyScript olla parem valik.

Kaaluge turvaprobleeme

Olge teadlik teatud tüüpi andmete või funktsionaalsuse eksportimise turvaprobleemidest. Näiteks mälu otsene eksportimine võib WebAssembly'i mooduli kokkupuutuda potentsiaalsete puhvri ületamise rünnakutega, kui seda ei käsitleta hoolikalt. Vältige tundlike andmete eksportimist, välja arvatud juhul, kui see on hädavajalik.

Täiustatud tehnikad

SharedArrayBuffer'i kasutamine jagatud mälu jaoks

SharedArrayBuffer võimaldab teil luua mälupuhvri, mida saab jagada JavaScripti ja mitme WebAssembly'i instantsi (või isegi mitme lõime) vahel. See võib olla kasulik paralleelsete arvutuste ja jagatud andmestruktuuride rakendamisel.

Näide (JavaScript): SharedArrayBuffer'i kasutamine

// Loo SharedArrayBuffer
const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(1024);

// Instantsi WebAssembly'i moodul jagatud puhvriga
const wasm = await WebAssembly.instantiateStreaming(fetch('module.wasm'), {
  env: {
    memory: new WebAssembly.Memory({ shared: true, initial: 1024, maximum: 1024 }),
  },
});

// Juurdepääs jagatud puhvrile JavaScriptist
const buffer = new Uint8Array(sharedBuffer);

// Juurdepääs jagatud puhvrile WebAssembly'ist (nõuab spetsiifilist seadistust)
// (nt atomide kasutamine sünkroonimiseks)

Tähtis: SharedArrayBuffer'i kasutamine nõuab korralikke sünkroonimismehhanisme (nt atomid), et vältida võistlusolukordi, kui mitu lõime või instantsi pääsevad puhvrile korraga juurde.

Asünkroonsed toimingud

Pikaajaliste või blokeerivate toimingute jaoks WebAssembly'is kaaluge asünkroonsete tehnikate kasutamist, et vältida peamise JavaScripti lõime blokeerimist. Seda saab saavutada Emscriptenis funktsiooni Asyncify abil või rakendades kohandatud asünkroonseid mehhanisme lubaduste või tagasikutsumiste abil.

Mälu haldamise strateegiad

WebAssembly'il puudub sisseehitatud prügikoristus. Peate mälu käsitsi haldama, eriti keerukamate programmide puhul. See võib hõlmata kohandatud mäluhaldurite kasutamist WebAssembly'i moodulis või välise mäluhaldusraamatukogu kasutamist.

Voogkompileerimine

Kasutage WebAssembly.instantiateStreaming WebAssembly'i moodulite kompileerimiseks ja instansseerimiseks otse baitide voost. See võib parandada käivitamisaega, võimaldades brauseril alustada mooduli kompileerimist enne kogu faili allalaadimist. Sellest on saanud moodulite laadimise eelistatud meetod.

Jõudluse optimeerimine

Optimeerige oma WebAssembly'i koodi jõudluse jaoks, kasutades sobivaid andmestruktuure, algoritme ja kompilaatorilippe. Profileerige oma koodi, et tuvastada kitsaskohad ja optimeerida vastavalt. Kaaluge SIMD (Single Instruction, Multiple Data) juhiste kasutamist paralleeltöötluseks.

Reaalmaailma näited ja kasutusjuhud

WebAssemblyt kasutatakse paljudes erinevates rakendustes, sealhulgas:

• Mängud: Olemasolevate mängude veebi portimine ja uute suure jõudlusega veebimängude loomine.
• Piltide ja videote töötlemine: keeruliste piltide ja videote töötlemise ülesannete sooritamine brauseris.
• Teaduslik arvutus: arvutuslikult mahukate simulatsioonide ja andmeanalüüsi rakenduste käitamine brauseris.
• Krüptograafia: krüptograafiliste algoritmide ja protokollide rakendamine turvalisel ja kaasaskantaval viisil.
• Kodekid: meediakodekite ja -tihenduse/lahtipakkimise käsitlemine brauseris, näiteks video või heli kodeerimine ja dekodeerimine.
• Virtuaalmasinad: virtuaalmasinate rakendamine turvalisel ja tõhusal viisil.
• Serveripoolsed rakendused: kuigi peamine kasutusala on brauserites, saab WASMi kasutada ka serveripoolsetes keskkondades.

Näide: pilditöötlus WebAssembly'ga

Kujutage ette, et loote veebipõhist pildiredaktorit. Saate kasutada WebAssemblyt jõudluskriitiliste pilditöötlustoimingute, nagu piltide filtreerimine, suuruse muutmine ja värvide manipuleerimine, rakendamiseks. WebAssembly'i moodul võib eksportida funktsioone, mis võtavad pildandmed sisendina ja tagastavad töödeldud pildandmed väljundina. See vabastab raske töö JavaScriptist, mis tagab sujuvama ja reageerivama kasutuskogemuse.

Näide: mängude arendamine WebAssembly'ga

Paljud mänguarendajad kasutavad WebAssemblyt olemasolevate mängude veebi portimiseks või uute suure jõudlusega veebimängude loomiseks. WebAssembly võimaldab neil saavutada peaaegu natiivset jõudlust, võimaldades neil brauseris käitada keerulisi 3D-graafika ja füüsikasimulatsioone. Populaarsed mängumootorid nagu Unity ja Unreal Engine toetavad WebAssembly'i eksporti.

Järeldus

WebAssembly'i ekspordi objekt on oluline mehhanism WebAssembly'i moodulite ja JavaScripti koodi vahelise suhtluse ja interaktsiooni võimaldamiseks. Mõistes, kuidas mooduli eksporte konfigureerida, hallata erinevaid ekspordi tüüpe ja järgida parimaid tavasid, saavad arendajad luua tõhusaid, turvalisi ja hooldatavaid veebirakendusi, mis kasutavad ära WebAssembly'i jõu. Kuna WebAssembly areneb edasi, on selle ekspordivõimaluste valdamine innovaatiliste ja suure jõudlusega veebikogemuste loomiseks hädavajalik.

See juhend on andnud põhjaliku ülevaate WebAssembly'i ekspordi objektidest, hõlmates kõike alates põhikontseptsioonidest kuni täiustatud tehnikateni. Rakendades selles juhendis kirjeldatud teadmisi ja parimaid tavasid, saate WebAssemblyt oma veebiarendusprojektides tõhusalt kasutada ja selle kogu potentsiaali avada.