WebAssembly-ominaisuuksien tunnistus: Ajonaikainen kyvykkyyksien tarkistus

WebAssembly (Wasm) on mullistanut web-kehityksen tuomalla lähes natiivin suorituskyvyn selaimeen. Wasmin ja sen selaintuen kehittyvä luonne tarkoittaa kuitenkin sitä, että kehittäjien on harkittava huolellisesti ominaisuuksien tunnistamista varmistaakseen, että heidän sovelluksensa toimivat sujuvasti eri ympäristöissä. Tämä artikkeli tutkii ajonaikaisen kyvykkyyksien tarkistuksen käsitettä WebAssemblyssä, tarjoten käytännön tekniikoita ja esimerkkejä vankkojen ja alustariippumattomien verkkosovellusten rakentamiseen.

Miksi ominaisuuksien tunnistus on tärkeää WebAssemblyssä

WebAssembly on nopeasti kehittyvä teknologia. Uusia ominaisuuksia ehdotetaan, toteutetaan ja otetaan käyttöön jatkuvasti eri selaimissa vaihtelevalla tahdilla. Kaikki selaimet eivät tue uusimpia Wasm-ominaisuuksia, ja vaikka tukisivatkin, toteutus saattaa hieman erota. Tämä pirstaloituminen edellyttää mekanismia, jolla kehittäjät voivat määrittää, mitkä ominaisuudet ovat käytettävissä ajon aikana, ja mukauttaa koodinsa sen mukaisesti.

Ilman asianmukaista ominaisuuksien tunnistusta WebAssembly-sovelluksesi voi:

• Kaatua tai epäonnistua latauksessa vanhemmissa selaimissa.
• Toimia heikosti puuttuvien optimointien vuoksi.
• Käyttäytyä epäjohdonmukaisesti eri alustoilla.

Siksi ominaisuuksien tunnistamisen ymmärtäminen ja toteuttaminen on ratkaisevan tärkeää vankkojen ja suorituskykyisten WebAssembly-sovellusten rakentamisessa.

WebAssembly-ominaisuuksien ymmärtäminen

Ennen kuin syvennymme ominaisuuksien tunnistustekniikoihin, on tärkeää ymmärtää erityyppisiä ominaisuuksia, joita WebAssembly tarjoaa. Nämä ominaisuudet voidaan karkeasti luokitella seuraavasti:

• Ydinominaisuudet: Nämä ovat WebAssemblyn perustavanlaatuisia rakennuspalikoita, kuten perustietotyypit (i32, i64, f32, f64), kontrollivuon käskyt (if, else, loop, br) ja muistinhallinnan primitiivit. Nämä ominaisuudet ovat yleensä hyvin tuettuja kaikissa selaimissa.
• Standardiehdotukset: Nämä ovat ominaisuuksia, joita WebAssembly-yhteisö aktiivisesti kehittää ja standardoi. Esimerkkejä ovat säikeet, SIMD, poikkeukset ja viittaustyypit. Näiden ominaisuuksien tuki vaihtelee merkittävästi eri selaimissa.
• Epästandardit laajennukset: Nämä ovat ominaisuuksia, jotka ovat ominaisia tietyille WebAssembly-ajonaikaisille ympäristöille. Ne eivät ole osa virallista WebAssembly-määritystä eivätkä välttämättä ole siirrettävissä muille alustoille.

WebAssembly-sovellusta kehitettäessä on tärkeää olla tietoinen käyttämistäsi ominaisuuksista ja niiden tukitasosta eri kohdeympäristöissä.

Tekniikat WebAssembly-ominaisuuksien tunnistamiseen

On olemassa useita tekniikoita, joita voit käyttää WebAssembly-ominaisuuksien tunnistamiseen ajon aikana. Nämä tekniikat voidaan karkeasti luokitella seuraavasti:

• JavaScript-pohjainen ominaisuuksien tunnistus: Tämä tarkoittaa JavaScriptin käyttöä selaimen tiettyjen WebAssembly-kyvykkyyksien kyselyyn.
• WebAssembly-pohjainen ominaisuuksien tunnistus: Tämä tarkoittaa pienen WebAssembly-moduulin kääntämistä, joka testaa tiettyjä ominaisuuksia ja palauttaa tuloksen.
• Ehdollinen kääntäminen: Tämä tarkoittaa kääntäjän lippujen käyttöä koodin sisällyttämiseksi tai poissulkemiseksi kohdeympäristön perusteella.

Tutustutaanpa kuhunkin näistä tekniikoista tarkemmin.

JavaScript-pohjainen ominaisuuksien tunnistus

JavaScript-pohjainen ominaisuuksien tunnistus on yleisin ja laajimmin tuettu lähestymistapa. Se perustuu JavaScriptin WebAssembly-olioon, joka tarjoaa pääsyn erilaisiin ominaisuuksiin ja metodeihin selaimen WebAssembly-kyvykkyyksien kyselyyn.

WebAssemblyn perustuen tarkistaminen

Kaikkein perustavanlaatuisin tarkistus on varmistaa, että WebAssembly-olio on olemassa:

            if (typeof WebAssembly === "object") {
 console.log("WebAssembly on tuettu!");
} else {
 console.log("WebAssembly ei ole tuettu!");
}
            

              
                Copy
              
            
          

Tiettyjen ominaisuuksien tarkistaminen

Valitettavasti WebAssembly-olio ei suoraan paljasta ominaisuuksia tiettyjen ominaisuuksien, kuten säikeiden tai SIMD:n, tarkistamiseen. Voit kuitenkin käyttää älykästä temppua näiden ominaisuuksien havaitsemiseen yrittämällä kääntää pienen WebAssembly-moduulin, joka käyttää niitä. Jos kääntäminen onnistuu, ominaisuus on tuettu; muuten se ei ole.

Tässä on esimerkki siitä, miten SIMD-tuki tarkistetaan:

            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 on tuettu!");
 } else {
 console.log("SIMD ei ole tuettu!");
 }
});
            

              
                Copy
              
            
          

Tämä koodi yrittää kääntää WebAssembly-moduulin, joka käyttää i8x16.mul SIMD-käskyä. Jos kääntäminen onnistuu, se tarkoittaa, että selain tukee SIMD:tä. Jos se epäonnistuu, se tarkoittaa, että SIMD ei ole tuettu.

Tärkeitä huomioita:

• Asynkroniset operaatiot: WebAssemblyn kääntäminen on asynkroninen operaatio, joten sinun on käytettävä async- ja await-komentoja lupauksen käsittelemiseksi.
• Virheiden käsittely: Kääri kääntäminen aina try...catch-lohkoon mahdollisten virheiden käsittelemiseksi.
• Moduulin koko: Pidä testimoduuli mahdollisimman pienenä minimoidaksesi ominaisuuksien tunnistamisen aiheuttaman kuormituksen.
• Suorituskykyvaikutus: WebAssembly-moduulien toistuva kääntäminen voi olla kallista. Tallenna ominaisuuksien tunnistamisen tulokset välimuistiin välttääksesi tarpeettomia uudelleenkääntämisiä. Käytä tulosten säilyttämiseen `sessionStorage`- tai `localStorage`-mekanismeja.

WebAssembly-pohjainen ominaisuuksien tunnistus

WebAssembly-pohjainen ominaisuuksien tunnistus sisältää pienen WebAssembly-moduulin kääntämisen, joka testaa suoraan tiettyjä ominaisuuksia. Tämä lähestymistapa voi olla tehokkaampi kuin JavaScript-pohjainen ominaisuuksien tunnistus, koska se välttää JavaScript-yhteistoiminnan aiheuttaman kuormituksen.

Perusideana on määrittää WebAssembly-moduulissa funktio, joka yrittää käyttää kyseistä ominaisuutta. Jos funktio suoritetaan onnistuneesti, ominaisuus on tuettu; muuten se ei ole.

Tässä on esimerkki siitä, miten poikkeustenkäsittelyn tuki tarkistetaan WebAssemblyn avulla:

1. Luo WebAssembly-moduuli (esim. `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. Luo JavaScript-kääre:

               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; // Poikkeustenkäsittely on tuettu, jos se palauttaa 1
    } catch (e) {
     return false; // Poikkeustenkäsittely ei ole tuettu
    }
   }
   
   hasExceptionHandling().then(supported => {
    if (supported) {
    console.log("Poikkeustenkäsittely on tuettu!");
    } else {
    console.log("Poikkeustenkäsittely ei ole tuettu!");
    }
   });
   
               
   
                 
                   Copy
                 
               
             

Tässä esimerkissä WebAssembly-moduuli tuo JavaScriptistä funktion throw_test, joka aina heittää poikkeuksen. Funktio test_exceptions yrittää kutsua funktiota throw_test try...catch-lohkon sisällä. Jos poikkeustenkäsittely on tuettu, catch-lohko suoritetaan ja funktio palauttaa 0; muuten poikkeus etenee JavaScriptiin ja funktio palauttaa 1.

Edut:

• Mahdollisesti tehokkaampi kuin JavaScript-pohjainen ominaisuuksien tunnistus.
• Suorempi hallinta testattavaan ominaisuuteen.

Haitat:

• Vaatii WebAssembly-koodin kirjoittamista.
• Voi olla monimutkaisempi toteuttaa.

Ehdollinen kääntäminen

Ehdollinen kääntäminen tarkoittaa kääntäjän lippujen käyttöä koodin sisällyttämiseksi tai poissulkemiseksi kohdeympäristön perusteella. Tämä tekniikka on erityisen hyödyllinen, kun tiedät kohdeympäristön etukäteen (esim. kun rakennat tietylle selaimelle tai alustalle).

Useimmat WebAssembly-työkaluketjut tarjoavat mekanismeja kääntäjän lippujen määrittämiseen, joita voidaan käyttää koodin ehdolliseen sisällyttämiseen tai poissulkemiseen. Esimerkiksi Emscriptenissä voit käyttää -D-lippua esikääntäjän makrojen määrittämiseen.

Tässä on esimerkki siitä, miten ehdollista kääntämistä käytetään SIMD-käskyjen ottamiseksi käyttöön tai poistamiseksi käytöstä:

            #ifdef ENABLE_SIMD
 // Koodi, joka käyttää SIMD-käskyjä
 i8x16.add ...
#else
 // Varavaihtoehtoinen koodi, joka ei käytä SIMD:tä
 i32.add ...
#endif

            

              
                Copy
              
            
          

Koodia käännettäessä voit määrittää ENABLE_SIMD-makron käyttämällä -D-lippua:

            emcc -DENABLE_SIMD my_module.c -o my_module.wasm
            

              
                Copy
              
            
          

Jos ENABLE_SIMD-makro on määritetty, SIMD-käskyjä käyttävä koodi sisällytetään; muuten sisällytetään varavaihtoehtoinen koodi.

Edut:

• Voi parantaa merkittävästi suorituskykyä räätälöimällä koodin kohdeympäristöön.
• Vähentää ajonaikaisen ominaisuuksien tunnistamisen aiheuttamaa kuormitusta.

Haitat:

• Vaatii kohdeympäristön tuntemisen etukäteen.
• Voi johtaa koodin päällekkäisyyteen, jos sinun on tuettava useita ympäristöjä.
• Lisää käännösprosessin monimutkaisuutta

Käytännön esimerkkejä ja käyttötapauksia

Tutustutaanpa joihinkin käytännön esimerkkeihin siitä, miten ominaisuuksien tunnistusta käytetään WebAssembly-sovelluksissa.

Esimerkki 1: Säikeiden käyttö

WebAssembly-säikeet mahdollistavat rinnakkaislaskennan, mikä voi merkittävästi parantaa suoritinintensiivisten tehtävien suorituskykyä. Kaikki selaimet eivät kuitenkaan tue WebAssembly-säikeitä.

Näin voit käyttää ominaisuuksien tunnistusta määrittääksesi, tuetaanko säikeitä, ja käyttää niitä, jos ne ovat saatavilla:

            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("Säikeet ovat tuettuja!");
  // Käytä WebAssembly-säikeitä
 } else {
  console.log("Säikeet eivät ole tuettuja!");
  // Käytä varavaihtoehtoista mekanismia (esim. web workerit)
 }
});

            

              
                Copy
              
            
          

Tämä koodi tarkistaa ensin SharedArrayBuffer-olion olemassaolon (vaatimus Wasm-säikeille) ja yrittää sitten kääntää minimaalisen moduulin varmistaakseen, että selain pystyy käsittelemään säikeisiin liittyviä käskyjä.

Jos säikeitä tuetaan, voit käyttää niitä rinnakkaislaskentaan. Muussa tapauksessa voit käyttää varavaihtoehtoista mekanismia, kuten web workereita, samanaikaisuuden saavuttamiseksi.

Esimerkki 2: Optimointi SIMD:tä varten

SIMD (Single Instruction, Multiple Data) -käskyt mahdollistavat saman operaation suorittamisen useille data-elementeille samanaikaisesti, mikä voi merkittävästi parantaa dataparalleelisten tehtävien suorituskykyä. SIMD-tuki vaihtelee kuitenkin eri selaimissa.

Näin voit käyttää ominaisuuksien tunnistusta määrittääksesi, tuetaanko SIMD:tä, ja käyttää sitä, jos se on saatavilla:

            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 on tuettu!");
  // Käytä SIMD-käskyjä dataparalleelisiin tehtäviin
 } else {
  console.log("SIMD ei ole tuettu!");
  // Käytä skalaarikäskyjä dataparalleelisiin tehtäviin
 }
});

            

              
                Copy
              
            
          

Jos SIMD:tä tuetaan, voit käyttää SIMD-käskyjä suorittaaksesi dataparalleelisia tehtäviä tehokkaammin. Muussa tapauksessa voit käyttää skalaarikäskyjä, jotka ovat hitaampia mutta toimivat silti oikein.

Parhaat käytännöt WebAssembly-ominaisuuksien tunnistamiseen

Tässä on joitakin parhaita käytäntöjä, jotka kannattaa pitää mielessä WebAssembly-ominaisuuksien tunnistamista toteutettaessa:

• Tunnista ominaisuudet aikaisin: Suorita ominaisuuksien tunnistus mahdollisimman aikaisin sovelluksesi elinkaaressa. Tämä antaa sinulle mahdollisuuden mukauttaa koodiasi vastaavasti ennen suorituskyvyn kannalta kriittisten operaatioiden suorittamista.
• Tallenna ominaisuuksien tunnistustulokset välimuistiin: Ominaisuuksien tunnistus voi olla kallis operaatio, varsinkin jos se sisältää WebAssembly-moduulien kääntämistä. Tallenna ominaisuuksien tunnistamisen tulokset välimuistiin välttääksesi tarpeettomia uudelleenkääntämisiä. Käytä mekanismeja, kuten `sessionStorage` tai `localStorage`, tulosten säilyttämiseen sivulatausten välillä.
• Tarjoa varavaihtoehtoisia mekanismeja: Tarjoa aina varavaihtoehtoisia mekanismeja ominaisuuksille, joita ei tueta. Tämä varmistaa, että sovelluksesi toimii edelleen oikein, jopa vanhemmissa selaimissa.
• Käytä ominaisuuksien tunnistuskirjastoja: Harkitse olemassa olevien ominaisuuksien tunnistuskirjastojen, kuten Modernizr, käyttöä ominaisuuksien tunnistusprosessin yksinkertaistamiseksi.
• Testaa perusteellisesti: Testaa sovelluksesi perusteellisesti eri selaimilla ja alustoilla varmistaaksesi, että ominaisuuksien tunnistus toimii oikein.
• Harkitse progressiivista parantamista: Suunnittele sovelluksesi käyttämällä progressiivisen parantamisen lähestymistapaa. Tämä tarkoittaa, että sinun tulisi aloittaa perustoiminnallisuudesta, joka toimii kaikissa selaimissa, ja sitten asteittain parantaa sovellusta edistyneemmillä ominaisuuksilla, jos niitä tuetaan.
• Dokumentoi ominaisuuksien tunnistusstrategiasi: Dokumentoi selkeästi ominaisuuksien tunnistusstrategiasi koodikantaasi. Tämä helpottaa muiden kehittäjien ymmärrystä siitä, miten sovelluksesi mukautuu erilaisiin ympäristöihin.
• Seuraa ominaisuuksien tukea: Pysy ajan tasalla uusimmista WebAssembly-ominaisuuksista ja niiden tukitasosta eri selaimissa. Tämä antaa sinun säätää ominaisuuksien tunnistusstrategiaasi tarpeen mukaan. Verkkosivustot, kuten Can I Use, ovat korvaamattomia resursseja eri teknologioiden selaintuen tarkistamiseen.

Yhteenveto

WebAssembly-ominaisuuksien tunnistus on keskeinen osa vankkojen ja alustariippumattomien verkkosovellusten rakentamista. Ymmärtämällä erilaisia ominaisuuksien tunnistustekniikoita ja noudattamalla parhaita käytäntöjä voit varmistaa, että sovelluksesi toimii sujuvasti eri ympäristöissä ja hyödyntää uusimpia WebAssembly-ominaisuuksia, kun ne ovat saatavilla.

WebAssemblyn kehittyessä edelleen, ominaisuuksien tunnistamisesta tulee entistä tärkeämpää. Pysymällä ajan tasalla ja mukauttamalla kehityskäytäntöjäsi voit varmistaa, että WebAssembly-sovelluksesi pysyvät suorituskykyisinä ja yhteensopivina tulevina vuosina.

Tämä artikkeli tarjosi kattavan yleiskatsauksen WebAssembly-ominaisuuksien tunnistamisesta. Toteuttamalla näitä tekniikoita voit tarjota paremman käyttäjäkokemuksen ja rakentaa kestävämpiä ja suorituskykyisempiä verkkosovelluksia.