Konvensi Panggilan Fungsi Multi-Value WebAssembly: Membuka Optimisasi Pengoperan Parameter

Dalam lanskap pengembangan web dan lainnya yang berkembang pesat, WebAssembly (Wasm) telah muncul sebagai teknologi landasan. Janjinya akan performa mendekati native, eksekusi yang aman, dan portabilitas universal telah memikat para pengembang di seluruh dunia. Seiring Wasm melanjutkan perjalanannya dalam standardisasi dan adopsi, proposal-proposal penting meningkatkan kemampuannya, mendorongnya lebih dekat untuk memenuhi potensi penuhnya. Salah satu peningkatan penting tersebut adalah proposal Multi-Value, yang secara fundamental mendefinisikan ulang bagaimana fungsi dapat mengembalikan dan menerima banyak nilai, yang mengarah pada optimisasi pengoperan parameter yang signifikan.

Panduan komprehensif ini menyelami Konvensi Panggilan Fungsi Multi-Value WebAssembly, menjelajahi dasar-dasar teknisnya, manfaat performa mendalam yang diperkenalkannya, aplikasi praktisnya, dan keunggulan strategis yang ditawarkannya kepada para pengembang di seluruh dunia. Kita akan membandingkan skenario "sebelum" dan "sesudah", menyoroti inefisiensi dari solusi sementara sebelumnya dan merayakan solusi elegan yang disediakan oleh multi-value.

Dasar-Dasar WebAssembly: Tinjauan Singkat

Sebelum kita memulai penyelaman mendalam ke dalam multi-value, mari kita tinjau sejenak prinsip-prinsip inti WebAssembly. Wasm adalah format bytecode tingkat rendah yang dirancang untuk aplikasi berkinerja tinggi di web dan berbagai lingkungan lainnya. Ini beroperasi sebagai mesin virtual berbasis tumpukan (stack-based), yang berarti instruksi memanipulasi nilai pada tumpukan operan. Tujuan utamanya adalah:

• Kecepatan: Performa eksekusi mendekati native.
• Keamanan: Lingkungan eksekusi yang terisolasi (sandboxed).
• Portabilitas: Berjalan secara konsisten di berbagai platform dan arsitektur.
• Keringkasan: Ukuran biner kecil untuk pemuatan yang lebih cepat.

Tipe data fundamental Wasm meliputi integer (i32, i64) dan angka floating-point (f32, f64). Fungsi dideklarasikan dengan parameter dan tipe kembalian yang spesifik. Secara tradisional, sebuah fungsi Wasm hanya dapat mengembalikan satu nilai, sebuah pilihan desain yang, meskipun menyederhanakan spesifikasi awal, memperkenalkan kompleksitas bagi bahasa yang secara alami menangani banyak nilai kembalian.

Memahami Konvensi Panggilan Fungsi di Wasm (Sebelum Multi-Value)

Konvensi panggilan fungsi mendefinisikan bagaimana argumen diteruskan ke sebuah fungsi dan bagaimana nilai kembalian diterima. Ini adalah kesepakatan penting antara pemanggil (caller) dan yang dipanggil (callee), memastikan mereka memahami di mana menemukan parameter dan di mana menempatkan hasil. Pada masa-masa awal WebAssembly, konvensi panggilan ini sederhana namun terbatas:

• Parameter didorong (pushed) ke tumpukan operan oleh pemanggil.
• Isi fungsi mengambil (pops) parameter ini dari tumpukan.
• Setelah selesai, jika fungsi memiliki tipe kembalian, ia akan mendorong satu hasil ke tumpukan.

Batasan satu nilai kembalian ini menjadi tantangan signifikan bagi bahasa sumber seperti Rust, Go, atau Python, yang sering kali memungkinkan fungsi untuk mengembalikan banyak nilai (misalnya, pasangan (nilai, error), atau beberapa koordinat (x, y, z)). Untuk menjembatani kesenjangan ini, para pengembang dan kompilator harus menggunakan berbagai solusi sementara, yang masing-masing memperkenalkan overhead dan kompleksitasnya sendiri.

Biaya Solusi Sementara Pengembalian Nilai Tunggal:

Sebelum proposal Multi-Value, mengembalikan beberapa nilai logis dari fungsi Wasm memerlukan salah satu dari strategi berikut:

1. Alokasi Heap dan Pengoperan Pointer:

Solusi sementara yang paling umum melibatkan alokasi blok memori (misalnya, struct atau tuple) di memori linear modul Wasm, mengisinya dengan beberapa nilai yang diinginkan, dan kemudian mengembalikan satu pointer (alamat i32 atau i64) ke lokasi memori tersebut. Pemanggil kemudian harus melakukan dereferensi pointer ini untuk mengakses nilai-nilai individual.

• Overhead: Pendekatan ini menimbulkan overhead yang signifikan dari alokasi memori (misalnya, menggunakan fungsi seperti malloc di dalam Wasm), dealokasi memori (free), dan penalti cache yang terkait dengan pengaksesan data melalui pointer daripada langsung dari tumpukan atau register.
• Kompleksitas: Mengelola siklus hidup memori menjadi lebih rumit. Siapa yang bertanggung jawab untuk membebaskan memori yang dialokasikan? Pemanggil atau yang dipanggil? Ini dapat menyebabkan kebocoran memori atau bug use-after-free jika tidak ditangani dengan cermat.
• Dampak Performa: Alokasi memori adalah operasi yang mahal. Ini melibatkan pencarian blok yang tersedia, memperbarui struktur data internal, dan berpotensi memfragmentasi memori. Untuk fungsi yang sering dipanggil, alokasi dan dealokasi berulang ini dapat menurunkan performa secara signifikan.

2. Variabel Global:

Pendekatan lain yang kurang disarankan adalah menulis beberapa nilai kembalian ke dalam variabel global yang terlihat di dalam modul Wasm. Fungsi tersebut kemudian akan mengembalikan kode status sederhana, dan pemanggil akan membaca hasilnya dari variabel global.

• Overhead: Meskipun menghindari alokasi heap, pendekatan ini memperkenalkan tantangan dengan reentrancy dan keamanan thread (meskipun model threading Wasm masih berkembang, prinsipnya tetap berlaku).
• Cakupan Terbatas: Variabel global tidak cocok untuk pengembalian fungsi tujuan umum karena visibilitasnya di seluruh modul, membuat kode lebih sulit untuk dipahami dan dipelihara.
• Efek Samping: Ketergantungan pada state global untuk pengembalian fungsi mengaburkan antarmuka sebenarnya dari fungsi dan dapat menyebabkan efek samping yang tidak terduga.

3. Mengkodekan menjadi Nilai Tunggal:

Dalam skenario yang sangat spesifik dan terbatas, beberapa nilai kecil dapat dikemas ke dalam satu primitif Wasm yang lebih besar. Misalnya, dua nilai i16 dapat dikemas ke dalam satu i32 menggunakan operasi bitwise, dan kemudian dibuka oleh pemanggil.

• Penerapan Terbatas: Ini hanya layak untuk tipe yang kecil dan kompatibel dan tidak dapat diskalakan.
• Kompleksitas: Membutuhkan instruksi pengemasan dan pembongkaran tambahan, meningkatkan jumlah instruksi dan potensi kesalahan.
• Keterbacaan: Membuat kode menjadi kurang jelas dan lebih sulit untuk di-debug.

Solusi-solusi sementara ini, meskipun fungsional, merusak janji Wasm akan performa tinggi dan target kompilasi yang elegan. Mereka memperkenalkan instruksi yang tidak perlu, meningkatkan tekanan memori, dan mempersulit tugas kompilator dalam menghasilkan bytecode Wasm yang efisien dari bahasa tingkat tinggi.

Evolusi WebAssembly: Memperkenalkan Multi-Value

Menyadari keterbatasan yang diberlakukan oleh konvensi pengembalian nilai tunggal, komunitas WebAssembly secara aktif mengembangkan dan menstandarisasi proposal Multi-Value. Proposal ini, yang sekarang menjadi fitur stabil dari spesifikasi Wasm, memungkinkan fungsi untuk mendeklarasikan dan menangani sejumlah parameter dan nilai kembalian secara langsung di tumpukan operan. Ini adalah pergeseran fundamental yang membawa Wasm lebih dekat ke kemampuan bahasa pemrograman modern dan arsitektur CPU host.

Konsep intinya elegan: alih-alih terbatas pada mendorong satu nilai kembalian, fungsi Wasm dapat mendorong beberapa nilai ke tumpukan. Demikian pula, saat memanggil sebuah fungsi, fungsi tersebut dapat mengonsumsi beberapa nilai dari tumpukan sebagai argumen dan kemudian menerima beberapa nilai kembali, semuanya langsung di tumpukan tanpa operasi memori perantara.

Pertimbangkan sebuah fungsi dalam bahasa seperti Rust atau Go yang mengembalikan sebuah tuple:

            // Contoh Rust
fn calculate_coordinates() -> (i32, i32) {
    (10, 20)
}

// Contoh Go
func calculateCoordinates() (int32, int32) {
    return 10, 20
}
            

              
                Copy
              
            
          

Sebelum multi-value, mengompilasi fungsi semacam itu ke Wasm akan melibatkan pembuatan struct sementara, menulis 10 dan 20 ke dalamnya, dan mengembalikan pointer ke struct tersebut. Dengan multi-value, fungsi Wasm dapat secara langsung mendeklarasikan tipe kembaliannya sebagai (i32, i32) dan mendorong 10 dan 20 ke tumpukan, meniru semantik bahasa sumber dengan tepat.

Konvensi Panggilan Multi-Value: Penyelaman Mendalam pada Optimisasi Pengoperan Parameter

Pengenalan proposal Multi-Value merevolusi konvensi panggilan fungsi di WebAssembly, yang mengarah pada beberapa optimisasi pengoperan parameter yang krusial. Optimisasi ini secara langsung berarti eksekusi yang lebih cepat, konsumsi sumber daya yang lebih rendah, dan desain kompilator yang lebih sederhana.

Manfaat Optimisasi Utama:

1. Eliminasi Alokasi dan Dealokasi Memori yang Redundan:

Ini bisa dibilang keuntungan performa yang paling signifikan. Seperti yang telah dibahas, sebelum multi-value, mengembalikan beberapa nilai logis biasanya memerlukan alokasi memori dinamis untuk struktur data sementara (misalnya, tuple atau struct) untuk menampung nilai-nilai ini. Setiap siklus alokasi dan dealokasi mahal, melibatkan:

• Panggilan Sistem/Logika Runtime: Berinteraksi dengan manajer memori runtime Wasm untuk menemukan blok yang tersedia.
• Manajemen Metadata: Memperbarui struktur data internal yang digunakan oleh alokator memori.
• Cache Misses: Mengakses memori yang baru dialokasikan dapat menyebabkan cache miss, memaksa CPU untuk mengambil data dari memori utama yang lebih lambat.

Dengan multi-value, parameter diteruskan dan dikembalikan langsung di tumpukan operan Wasm. Tumpukan adalah wilayah memori yang sangat dioptimalkan, sering kali berada seluruhnya atau sebagian di dalam cache tercepat CPU (L1, L2). Operasi tumpukan (push, pop) biasanya merupakan operasi instruksi tunggal pada CPU modern, membuatnya sangat cepat dan dapat diprediksi. Dengan menghindari alokasi heap untuk nilai kembalian perantara, multi-value secara drastis mengurangi waktu eksekusi, terutama untuk fungsi yang sering dipanggil dalam loop yang kritis terhadap performa.

2. Pengurangan Jumlah Instruksi dan Pembuatan Kode yang Disederhanakan:

Kompilator yang menargetkan Wasm tidak lagi perlu menghasilkan urutan instruksi yang kompleks untuk mengemas dan membongkar beberapa nilai kembalian. Misalnya, alih-alih:

            (local.get $value1)
(local.get $value2)
(call $malloc_for_tuple_of_two_i32s)
(local.set $ptr_to_tuple)
(local.get $ptr_to_tuple)
(local.get $value1)
(i32.store 0)
(local.get $ptr_to_tuple)
(local.get $value2)
(i32.store 4)
(local.get $ptr_to_tuple)
(return)
            

              
                Copy
              
            
          

Padanan multi-value bisa jauh lebih sederhana:

            (local.get $value1)
(local.get $value2)
(return) ;; Mengembalikan kedua nilai secara langsung
            

              
                Copy
              
            
          

Pengurangan jumlah instruksi ini berarti:

• Ukuran Biner Lebih Kecil: Kode yang dihasilkan lebih sedikit berkontribusi pada modul Wasm yang lebih kecil, yang mengarah pada pengunduhan dan penguraian yang lebih cepat.
• Eksekusi Lebih Cepat: Lebih sedikit instruksi untuk dieksekusi per panggilan fungsi.
• Pengembangan Kompilator Lebih Mudah: Kompilator dapat memetakan konstruksi bahasa tingkat tinggi (seperti mengembalikan tuple) secara lebih langsung dan efisien ke Wasm, mengurangi kompleksitas representasi perantara dan fase pembuatan kode kompilator.

3. Peningkatan Alokasi Register dan Efisiensi CPU (di Tingkat Native):

Meskipun Wasm sendiri adalah mesin tumpukan, runtime Wasm yang mendasarinya (seperti V8, SpiderMonkey, Wasmtime, Wasmer) mengompilasi bytecode Wasm ke kode mesin native untuk CPU host. Ketika sebuah fungsi mengembalikan beberapa nilai di tumpukan Wasm, generator kode native sering kali dapat mengoptimalkannya dengan memetakan nilai-nilai kembalian ini langsung ke register CPU. CPU modern memiliki beberapa register serbaguna yang jauh lebih cepat diakses daripada memori.

• Tanpa multi-value, sebuah pointer ke memori dikembalikan. Kode native kemudian harus memuat nilai dari memori ke register, yang menimbulkan latensi.
• Dengan multi-value, jika jumlah nilai kembalian kecil dan muat di dalam register CPU yang tersedia, fungsi native dapat langsung menempatkan hasilnya ke dalam register, sepenuhnya melewati akses memori untuk nilai-nilai tersebut. Ini adalah optimisasi yang mendalam, menghilangkan penundaan terkait memori dan meningkatkan pemanfaatan cache.

4. Peningkatan Performa dan Kejelasan Foreign Function Interface (FFI):

Ketika modul WebAssembly berinteraksi dengan JavaScript (atau lingkungan host lainnya), proposal Multi-Value menyederhanakan antarmuka. `WebAssembly.Instance.exports` JavaScript sekarang secara langsung mengekspos fungsi yang mampu mengembalikan beberapa nilai, sering kali direpresentasikan sebagai array atau objek khusus di JavaScript. Ini mengurangi kebutuhan untuk marshalling/unmarshalling data secara manual antara memori linear Wasm dan nilai JavaScript, yang mengarah pada:

• Interoperabilitas Lebih Cepat: Lebih sedikit penyalinan dan transformasi data antara host dan Wasm.
• API Lebih Bersih: Fungsi Wasm dapat mengekspos antarmuka yang lebih alami dan ekspresif ke JavaScript, lebih selaras dengan cara fungsi JavaScript modern mengembalikan beberapa potong data (misalnya, destrukturisasi array).

5. Penyelarasan Semantik dan Ekspresivitas yang Lebih Baik:

Fitur Multi-Value memungkinkan Wasm untuk lebih mencerminkan semantik dari banyak bahasa sumber. Ini berarti lebih sedikit ketidaksesuaian impedansi antara konsep bahasa tingkat tinggi (seperti tuple, beberapa nilai kembalian) dan representasi Wasm mereka. Hal ini mengarah pada:

• Kode yang Lebih Idiomatik: Kompilator dapat menghasilkan Wasm yang merupakan terjemahan yang lebih langsung dari kode sumber, membuat debugging dan pemahaman Wasm yang dikompilasi lebih mudah bagi pengguna tingkat lanjut.
• Peningkatan Produktivitas Pengembang: Pengembang dapat menulis kode dalam bahasa pilihan mereka tanpa khawatir tentang batasan Wasm buatan yang memaksa mereka ke dalam solusi sementara yang canggung.

Implikasi Praktis dan Beragam Kasus Penggunaan

Konvensi panggilan fungsi multi-value memiliki beragam implikasi praktis di berbagai domain, menjadikan WebAssembly sebagai alat yang lebih kuat bagi pengembang global:

• Komputasi Ilmiah dan Pemrosesan Data:
  • Fungsi matematika yang mengembalikan (nilai, kode_error) atau (bagian_riil, bagian_imajiner).
  • Operasi vektor yang mengembalikan koordinat (x, y, z) atau (magnitudo, arah).
  • Fungsi analisis statistik yang mengembalikan (rata-rata, deviasi_standar, varians).
• Pemrosesan Gambar dan Video:
  • Fungsi yang mengekstrak dimensi gambar mengembalikan (lebar, tinggi).
  • Fungsi konversi warna yang mengembalikan komponen (merah, hijau, biru, alfa).
  • Operasi manipulasi gambar yang mengembalikan (lebar_baru, tinggi_baru, kode_status).
• Kriptografi dan Keamanan:
  • Fungsi pembuatan kunci yang mengembalikan (kunci_publik, kunci_privat).
  • Rutin enkripsi yang mengembalikan (teks_sandi, vektor_inisialisasi) atau (data_terenkripsi, tag_autentikasi).
  • Algoritma hashing yang mengembalikan (nilai_hash, salt).
• Pengembangan Game:
  • Fungsi mesin fisika yang mengembalikan (posisi_x, posisi_y, kecepatan_x, kecepatan_y).
  • Rutin deteksi tabrakan yang mengembalikan (status_tabrakan, titik_dampak_x, titik_dampak_y).
  • Fungsi manajemen sumber daya yang mengembalikan (id_sumber_daya, kode_status, kapasitas_tersisa).
• Aplikasi Keuangan:
  • Perhitungan bunga yang mengembalikan (pokok, jumlah_bunga, total_dibayar).
  • Konversi mata uang yang mengembalikan (jumlah_dikonversi, kurs, biaya).
  • Fungsi analisis portofolio yang mengembalikan (nilai_aset_bersih, total_pengembalian, volatilitas).
• Parser dan Lexer:
  • Fungsi yang mengurai token dari string mengembalikan (nilai_token, sisa_potongan_string).
  • Fungsi analisis sintaks yang mengembalikan (simpul_AST, posisi_urai_berikutnya).
• Penanganan Kesalahan:
  • Setiap operasi yang bisa gagal, mengembalikan (hasil, kode_error) atau (nilai, flag_sukses_boolean). Ini adalah pola umum di Go dan Rust, yang sekarang diterjemahkan secara efisien ke Wasm.

Contoh-contoh ini mengilustrasikan bagaimana multi-value menyederhanakan antarmuka modul Wasm, membuatnya lebih alami untuk ditulis, lebih efisien untuk dieksekusi, dan lebih mudah diintegrasikan ke dalam sistem yang kompleks. Ini menghilangkan lapisan abstraksi dan biaya yang sebelumnya menghambat adopsi Wasm untuk jenis komputasi tertentu.

Sebelum Multi-Value: Solusi Sementara dan Biaya Tersembunyinya

Untuk sepenuhnya menghargai optimisasi yang dibawa oleh multi-value, penting untuk memahami biaya terperinci dari solusi sementara sebelumnya. Ini bukan hanya ketidaknyamanan kecil; mereka mewakili kompromi arsitektural fundamental yang memengaruhi performa dan pengalaman pengembang.

1. Alokasi Heap (Tuple/Struct) Ditinjau Kembali:

Ketika sebuah fungsi Wasm perlu mengembalikan lebih dari satu nilai skalar, strategi umum yang terlibat adalah:

1. Pemanggil mengalokasikan sebuah wilayah di memori linear Wasm untuk bertindak sebagai "buffer kembalian".
2. Meneruskan pointer ke buffer ini sebagai argumen ke fungsi.
3. Fungsi menulis beberapa hasilnya ke wilayah memori ini.
4. Fungsi mengembalikan kode status atau pointer ke buffer yang sekarang telah diisi.

Sebagai alternatif, fungsi itu sendiri mungkin mengalokasikan memori, mengisinya, dan mengembalikan pointer ke wilayah yang baru dialokasikan. Kedua skenario melibatkan:

• Overhead `malloc`/`free`: Bahkan dalam runtime Wasm yang sederhana, `malloc` dan `free` bukanlah operasi gratis. Mereka memerlukan pemeliharaan daftar blok memori bebas, mencari ukuran yang sesuai, dan memperbarui pointer. Ini mengonsumsi siklus CPU.
• Inefisiensi Cache: Memori yang dialokasikan di heap dapat terfragmentasi di seluruh memori fisik, yang mengarah pada lokalitas cache yang buruk. Ketika CPU mengakses nilai dari heap, ia mungkin mengalami cache miss, memaksanya untuk mengambil data dari memori utama yang lebih lambat. Operasi tumpukan, sebaliknya, sering kali mendapat manfaat dari lokalitas cache yang sangat baik karena tumpukan tumbuh dan menyusut secara dapat diprediksi.
• Indireksi Pointer: Mengakses nilai melalui pointer memerlukan pembacaan memori ekstra (pertama untuk mendapatkan pointer, kemudian untuk mendapatkan nilai). Meskipun tampaknya sepele, ini bertambah dalam kode yang kritis terhadap performa.
• Tekanan Garbage Collection (pada host dengan GC): Jika modul Wasm diintegrasikan ke dalam lingkungan host dengan garbage collector (seperti JavaScript), mengelola objek yang dialokasikan di heap ini dapat menambah tekanan pada garbage collector, yang berpotensi menyebabkan jeda.
• Kompleksitas Kode: Kompilator perlu menghasilkan kode untuk mengalokasikan, menulis, dan membaca dari memori, yang secara signifikan lebih kompleks daripada sekadar mendorong dan mengambil nilai dari tumpukan.

2. Variabel Global:

Menggunakan variabel global untuk mengembalikan hasil memiliki beberapa batasan serius:

• Kurangnya Reentrancy: Jika sebuah fungsi yang menggunakan variabel global untuk hasil dipanggil secara rekursif atau bersamaan (dalam lingkungan multi-threaded), hasilnya akan ditimpa, yang mengarah pada perilaku yang salah.
• Peningkatan Ketergantungan (Coupling): Fungsi menjadi sangat terikat melalui state global bersama, membuat modul lebih sulit untuk diuji, di-debug, dan direfaktor secara independen.
• Pengurangan Optimisasi: Kompilator sering kali lebih sulit mengoptimalkan kode yang sangat bergantung pada state global karena perubahan pada global dapat memiliki efek non-lokal yang luas yang sulit dilacak.

3. Mengkodekan menjadi Nilai Tunggal:

Meskipun secara konseptual sederhana untuk kasus yang sangat spesifik, metode ini gagal untuk apa pun di luar pengemasan data sepele:

• Kompatibilitas Tipe Terbatas: Hanya berfungsi jika beberapa nilai yang lebih kecil dapat pas persis ke dalam tipe primitif yang lebih besar (misalnya, dua i16 ke dalam i32).
• Biaya Operasi Bitwise: Pengemasan dan pembongkaran memerlukan operasi shift dan mask bitwise, yang, meskipun cepat, menambah jumlah instruksi dan kompleksitas dibandingkan dengan manipulasi tumpukan langsung.
• Kemudahan Pemeliharaan: Struktur yang dikemas seperti itu kurang dapat dibaca dan lebih rentan terhadap kesalahan jika logika pengkodean/dekode tidak cocok secara sempurna antara pemanggil dan yang dipanggil.

Intinya, solusi-solusi sementara ini memaksa kompilator dan pengembang untuk menulis kode yang lebih lambat karena overhead memori, atau lebih kompleks dan kurang kuat karena masalah manajemen state. Multi-value secara langsung mengatasi masalah-masalah fundamental ini, memungkinkan Wasm untuk bekerja lebih efisien dan alami.

Penyelaman Teknis Mendalam: Bagaimana Multi-Value Diimplementasikan

Proposal Multi-Value memperkenalkan perubahan pada inti spesifikasi WebAssembly, memengaruhi sistem tipe dan set instruksinya. Perubahan ini memungkinkan penanganan mulus beberapa nilai di tumpukan.

1. Peningkatan Sistem Tipe:

Spesifikasi WebAssembly sekarang memungkinkan tipe fungsi untuk mendeklarasikan beberapa nilai kembalian. Tanda tangan fungsi tidak lagi terbatas pada (params) -> (result) tetapi bisa menjadi (params) -> (result1, result2, ..., resultN). Demikian pula, parameter masukan juga dapat diekspresikan sebagai urutan tipe.

Sebagai contoh, tipe fungsi mungkin dideklarasikan sebagai [i32, i32] -> [i64, i32], yang berarti ia mengambil dua integer 32-bit sebagai masukan dan mengembalikan satu integer 64-bit dan satu integer 32-bit.

2. Manipulasi Tumpukan:

Tumpukan operan Wasm dirancang untuk menangani ini. Ketika sebuah fungsi dengan beberapa nilai kembalian selesai, ia mendorong semua nilai kembalian yang dideklarasikan ke tumpukan secara berurutan. Fungsi pemanggil kemudian dapat mengonsumsi nilai-nilai ini secara berurutan. Misalnya, instruksi call yang diikuti oleh fungsi multi-value akan menghasilkan beberapa item yang ada di tumpukan, siap digunakan oleh instruksi berikutnya.

            ;; Contoh kode semu Wasm untuk fungsi multi-value
(func (export "get_pair") (result i32 i32)
  (i32.const 10)  ;; Dorong hasil pertama
  (i32.const 20)  ;; Dorong hasil kedua
)

;; Kode semu Wasm pemanggil
(call "get_pair") ;; Menempatkan 10, lalu 20 ke stack
(local.set $y)    ;; Pop 20 ke lokal $y
(local.set $x)    ;; Pop 10 ke lokal $x
;; Sekarang $x = 10, $y = 20
            

              
                Copy
              
            
          

Manipulasi tumpukan langsung ini adalah inti dari optimisasi. Ini menghindari penulisan dan pembacaan memori perantara, secara langsung memanfaatkan kecepatan operasi tumpukan CPU.

3. Dukungan Kompilator dan Peralatan:

Agar multi-value benar-benar efektif, kompilator yang menargetkan WebAssembly (seperti LLVM, Rustc, kompilator Go, dll.) dan runtime Wasm harus mendukungnya. Versi modern dari alat-alat ini telah mengadopsi proposal multi-value. Ini berarti bahwa ketika Anda menulis fungsi di Rust yang mengembalikan tuple (i32, i32) atau di Go yang mengembalikan (int, error), kompilator sekarang dapat menghasilkan bytecode Wasm yang secara langsung menggunakan konvensi panggilan multi-value, menghasilkan optimisasi yang telah dibahas.

Dukungan peralatan yang luas ini telah membuat fitur ini tersedia secara mulus bagi para pengembang, sering kali tanpa mereka perlu mengkonfigurasi apa pun secara eksplisit selain menggunakan toolchain yang terbaru.

4. Interaksi Lingkungan Host:

Lingkungan host, terutama peramban web, telah memperbarui API JavaScript mereka untuk menangani fungsi Wasm multi-value dengan benar. Ketika host JavaScript memanggil fungsi Wasm yang mengembalikan beberapa nilai, nilai-nilai ini biasanya dikembalikan dalam sebuah array JavaScript. Sebagai contoh:

            // Kode host JavaScript
const { instance } = await WebAssembly.instantiate(wasmBytes, {});
const results = instance.exports.get_pair(); // Asumsikan get_pair adalah fungsi Wasm yang mengembalikan (i32, i32)
console.log(results[0], results[1]); // misal, 10 20
            

              
                Copy
              
            
          

Integrasi yang bersih dan langsung ini lebih lanjut meminimalkan overhead di perbatasan host-Wasm, berkontribusi pada performa keseluruhan dan kemudahan penggunaan.

Keuntungan Performa Dunia Nyata dan Benchmark (Contoh Ilustratif)

Meskipun benchmark global yang tepat sangat bergantung pada perangkat keras spesifik, runtime Wasm, dan beban kerja, kita dapat mengilustrasikan keuntungan performa konseptual. Pertimbangkan sebuah skenario di mana aplikasi keuangan melakukan jutaan perhitungan, masing-masing memerlukan fungsi yang mengembalikan nilai terhitung dan kode status (misalnya, (jumlah, status_enum)).

Skenario 1: Pra-Multi-Value (Alokasi Heap)

Sebuah fungsi C yang dikompilasi ke Wasm mungkin terlihat seperti ini:

            // Kode semu C pra-multi-value
typedef struct { int amount; int status; } CalculationResult;
CalculationResult* calculate_financial_data(int input) {
    CalculationResult* result = (CalculationResult*)malloc(sizeof(CalculationResult));
    if (result) {
        result->amount = input * 2;
        result->status = 0; // Sukses
    } else {
        // Tangani kegagalan alokasi
    }
    return result;
}

// Pemanggil akan memanggil ini, lalu mengakses result->amount dan result->status
// dan yang terpenting, pada akhirnya memanggil free(result)
            

              
                Copy
              
            
          

Setiap panggilan ke calculate_financial_data akan melibatkan:

• Panggilan ke malloc (atau primitif alokasi serupa).
• Menulis dua integer ke memori (berpotensi cache miss).
• Mengembalikan sebuah pointer.
• Pemanggil membaca dari memori (lebih banyak cache miss).
• Panggilan ke free (atau primitif dealokasi serupa).

Jika fungsi ini dipanggil, misalnya, 10 juta kali dalam sebuah simulasi, biaya kumulatif dari alokasi memori, dealokasi, dan akses memori tidak langsung akan sangat besar, berpotensi menambah ratusan milidetik atau bahkan detik pada waktu eksekusi, tergantung pada efisiensi alokator memori dan arsitektur CPU.

Skenario 2: Dengan Multi-Value

Sebuah fungsi Rust yang dikompilasi ke Wasm, memanfaatkan multi-value, akan jauh lebih bersih:

            // Kode semu Rust dengan multi-value (tuple Rust dikompilasi ke Wasm multi-value)
#[no_mangle]
pub extern "C" fn calculate_financial_data(input: i32) -> (i32, i32) {
    let amount = input * 2;
    let status = 0; // Sukses
    (amount, status)
}

// Pemanggil akan memanggil ini dan langsung menerima (amount, status) di stack Wasm.
            

              
                Copy
              
            
          

Setiap panggilan ke calculate_financial_data sekarang melibatkan:

• Mendorong dua integer ke tumpukan operan Wasm.
• Pemanggil langsung mengambil dua integer ini dari tumpukan.

Perbedaannya sangat mendalam: overhead alokasi dan dealokasi memori sepenuhnya dihilangkan. Manipulasi tumpukan langsung memanfaatkan bagian tercepat dari CPU (register dan cache L1) karena runtime Wasm menerjemahkan operasi tumpukan langsung ke operasi register/tumpukan native. Hal ini dapat mengarah pada:

• Pengurangan Siklus CPU: Pengurangan signifikan dalam jumlah siklus CPU per panggilan fungsi.
• Penghematan Bandwidth Memori: Lebih sedikit data yang dipindahkan ke/dari memori utama.
• Peningkatan Latensi: Penyelesaian panggilan fungsi individual yang lebih cepat.

Dalam skenario yang sangat dioptimalkan, keuntungan performa ini bisa berada di kisaran 10-30% atau bahkan lebih untuk jalur kode yang sering memanggil fungsi yang mengembalikan banyak nilai, tergantung pada biaya relatif alokasi memori pada sistem target. Untuk tugas-tugas seperti simulasi ilmiah, pemrosesan data, atau pemodelan keuangan, di mana jutaan operasi semacam itu terjadi, dampak kumulatif dari multi-value adalah pengubah permainan.

Praktik Terbaik dan Pertimbangan untuk Pengembang Global

Meskipun multi-value menawarkan keuntungan yang signifikan, penggunaannya yang bijaksana adalah kunci untuk memaksimalkan manfaat. Pengembang global harus mempertimbangkan praktik terbaik ini:

Kapan Menggunakan Multi-Value:

• Tipe Kembalian Alami: Gunakan multi-value ketika bahasa sumber Anda secara alami mengembalikan beberapa nilai yang terkait secara logis (misalnya, tuple, kode error, koordinat).
• Fungsi Kritis Performa: Untuk fungsi yang sering dipanggil, terutama di dalam loop, multi-value dapat menghasilkan peningkatan performa yang substansial dengan menghilangkan overhead memori.
• Nilai Kembalian Kecil dan Primitif: Ini paling efektif untuk sejumlah kecil tipe primitif (i32, i64, f32, f64). Jumlah nilai yang dapat dikembalikan secara efisien dalam register CPU terbatas.
• Antarmuka yang Jelas: Multi-value membuat tanda tangan fungsi lebih jelas dan lebih ekspresif, yang meningkatkan keterbacaan dan kemudahan pemeliharaan kode untuk tim internasional.

Kapan Tidak Hanya Mengandalkan Multi-Value:

• Struktur Data Besar: Untuk mengembalikan struktur data yang besar atau kompleks (misalnya, array, struct besar, string), masih lebih tepat untuk mengalokasikannya di memori linear Wasm dan mengembalikan satu pointer. Multi-value bukanlah pengganti untuk manajemen memori yang tepat dari objek kompleks.
• Fungsi yang Jarang Dipanggil: Jika sebuah fungsi jarang dipanggil, overhead dari solusi sementara sebelumnya mungkin dapat diabaikan, dan optimisasi dari multi-value kurang berdampak.
• Jumlah Nilai Kembalian yang Berlebihan: Meskipun spesifikasi Wasm secara teknis mengizinkan banyak nilai kembalian, secara praktis, mengembalikan jumlah nilai yang sangat besar (misalnya, puluhan) mungkin akan memenuhi register CPU dan tetap menyebabkan nilai tumpah ke tumpukan dalam kode native, mengurangi beberapa manfaat optimisasi berbasis register. Jaga agar tetap ringkas.

Dampak pada Debugging:

Dengan multi-value, state tumpukan Wasm mungkin tampak sedikit berbeda dari sebelum multi-value. Peralatan debugger telah berevolusi untuk menangani ini, tetapi memahami manipulasi langsung tumpukan dari beberapa nilai dapat membantu saat memeriksa eksekusi Wasm. Pembuatan source map dari kompilator biasanya mengabstraksikan ini, memungkinkan debugging di tingkat bahasa sumber.

Kompatibilitas Toolchain:

Selalu pastikan kompilator, linker, dan runtime Wasm Anda mutakhir untuk memanfaatkan sepenuhnya multi-value dan fitur Wasm modern lainnya. Sebagian besar toolchain modern secara otomatis mengaktifkan ini. Misalnya, target wasm32-unknown-unknown Rust, ketika dikompilasi dengan versi Rust terbaru, akan secara otomatis menggunakan multi-value saat mengembalikan tuple.

Masa Depan WebAssembly dan Multi-Value

Proposal Multi-Value bukanlah fitur yang terisolasi; ini adalah komponen dasar yang membuka jalan bagi kemampuan WebAssembly yang lebih canggih. Solusinya yang elegan untuk masalah pemrograman umum memperkuat posisi Wasm sebagai runtime yang kuat dan berkinerja tinggi untuk beragam aplikasi.

• Integrasi dengan Wasm GC: Seiring proposal WebAssembly Garbage Collection (Wasm GC) matang, memungkinkan modul Wasm untuk secara langsung mengalokasikan dan mengelola objek yang dikelola oleh garbage collector, multi-value akan berintegrasi secara mulus dengan fungsi yang mengembalikan referensi ke objek yang dikelola ini.
• Model Komponen: Model Komponen WebAssembly, yang dirancang untuk interoperabilitas dan komposisi modul di berbagai bahasa dan lingkungan, sangat bergantung pada pengoperan parameter yang kuat dan efisien. Multi-value adalah enabler penting untuk mendefinisikan antarmuka yang jelas dan berkinerja tinggi antara komponen tanpa overhead marshalling. Ini sangat relevan bagi tim global yang membangun sistem terdistribusi, layanan mikro, dan arsitektur pluggable.
• Adopsi yang Lebih Luas: Di luar peramban web, runtime Wasm semakin banyak diadopsi dalam aplikasi sisi server (Wasm di server), komputasi edge, blockchain, dan bahkan sistem tertanam. Manfaat performa dari multi-value akan mempercepat kelayakan Wasm di lingkungan yang terbatas sumber daya atau sensitif terhadap performa ini.
• Pertumbuhan Ekosistem: Seiring semakin banyak bahasa yang dikompilasi ke Wasm dan semakin banyak pustaka yang dibangun, multi-value akan menjadi fitur standar dan yang diharapkan, memungkinkan kode yang lebih idiomatik dan efisien di seluruh ekosistem Wasm.

Kesimpulan

Konvensi Panggilan Fungsi Multi-Value WebAssembly merupakan lompatan maju yang signifikan dalam perjalanan Wasm untuk menjadi platform komputasi yang benar-benar universal dan berkinerja tinggi. Dengan secara langsung mengatasi inefisiensi pengembalian nilai tunggal, ini membuka optimisasi pengoperan parameter yang substansial, yang mengarah pada eksekusi yang lebih cepat, pengurangan overhead memori, dan pembuatan kode yang lebih sederhana untuk kompilator.

Bagi para pengembang di seluruh dunia, ini berarti dapat menulis kode yang lebih ekspresif dan idiomatik dalam bahasa pilihan mereka, dengan keyakinan bahwa itu akan dikompilasi menjadi WebAssembly yang sangat dioptimalkan. Baik Anda sedang membangun simulasi ilmiah yang kompleks, aplikasi web yang responsif, modul kriptografi yang aman, atau fungsi serverless yang berkinerja tinggi, memanfaatkan multi-value akan menjadi faktor kunci dalam mencapai performa puncak dan meningkatkan pengalaman pengembang. Rangkullah fitur canggih ini untuk membangun generasi berikutnya dari aplikasi yang efisien dan portabel dengan WebAssembly.

Jelajahi lebih lanjut: Selami spesifikasi WebAssembly, bereksperimenlah dengan toolchain Wasm modern, dan saksikan kekuatan multi-value dalam proyek Anda sendiri. Masa depan kode berkinerja tinggi dan portabel ada di sini.