WebAssembly Export Object: Išsamus modulio eksporto konfigūracijos vadovas

WebAssembly (Wasm) sukėlė revoliuciją žiniatinklio kūrime, suteikdama didelio našumo, nešiojamą ir saugų būdą vykdyti kodą moderniose naršyklėse. Svarbus WebAssembly funkcionalumo aspektas yra jo gebėjimas sąveikauti su aplinkine JavaScript aplinka per savo eksporto objektą. Šis objektas veikia kaip tiltas, leidžiantis JavaScript kodui pasiekti ir naudoti funkcijas, atmintį, lenteles ir globalius kintamuosius, apibrėžtus WebAssembly modulyje. Supratimas, kaip konfigūruoti ir valdyti WebAssembly eksportus, yra būtinas kuriant efektyvias ir patikimas žiniatinklio programas. Šis vadovas pateikia išsamų WebAssembly eksporto objektų tyrinėjimą, apimantį modulio eksporto konfigūraciją, skirtingus eksporto tipus, geriausią praktiką ir pažangius metodus, siekiant optimalaus našumo ir sąveikumo.

Kas yra WebAssembly Export Object?

Kai WebAssembly modulis yra kompiliuojamas ir instancijuojamas, jis sukuria instancijos objektą. Šis instancijos objektas turi ypatybę exports, kuri yra eksporto objektas. Eksporto objektas yra JavaScript objektas, kuriame saugomos nuorodos į įvairius elementus (funkcijas, atmintį, lenteles, globalius kintamuosius), kuriuos WebAssembly modulis padaro pasiekiamus JavaScript kodui.

Pagalvokite apie tai kaip apie viešą API jūsų WebAssembly moduliui. Tai būdas, kuriuo JavaScript gali „matyti“ ir sąveikauti su kodu ir duomenimis Wasm modulyje.

Pagrindinės sąvokos

• Modulis: Kompiliuotas WebAssembly dvejetainis failas (.wasm failas).
• Instancija: Vykdomosios aplinkos WebAssembly modulis. Čia kodas faktiškai vykdomas, o atmintis yra alokuojama.
• Eksporto objektas: JavaScript objektas, kuriame yra eksportuojami WebAssembly instancijos nariai.
• Eksportuojami nariai: Funkcijos, atmintis, lentelės ir globalūs kintamieji, kuriuos WebAssembly modulis atskleidžia JavaScript naudojimui.

WebAssembly modulio eksportų konfigūravimas

Tai, kas eksportuojama iš WebAssembly modulio, pirmiausia konfigūruojama kompiliacijos metu, pačiame šaltinio kode, kuris yra kompiliuojamas į WebAssembly. Konkreti sintaksė ir metodai priklauso nuo naudojamos šaltinio kalbos (pvz., C, C++, Rust, AssemblyScript). Panagrinėkime, kaip eksportai yra deklaruojami kai kuriose įprastose kalbose:

C/C++ su Emscripten

Emscripten yra populiarus įrankių rinkinys C ir C++ kodui kompiliuoti į WebAssembly. Norint eksportuoti funkciją, paprastai naudojama EMSCRIPTEN_KEEPALIVE makrokomanda arba eksportai nurodomi Emscripten nustatymuose.

Pavyzdys: Funkcijos eksportavimas naudojant EMSCRIPTEN_KEEPALIVE

C kodas:

#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;
}

Šiame pavyzdyje add ir multiply funkcijos pažymėtos EMSCRIPTEN_KEEPALIVE, kuri nurodo Emscripten įtraukti jas į eksporto objektą.

Pavyzdys: Funkcijos eksportavimas naudojant Emscripten nustatymus

Eksportus taip pat galite nurodyti naudodami -s EXPORTED_FUNCTIONS parametrą kompiliacijos metu:

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

Ši komanda nurodo Emscripten eksportuoti funkcijas _add ir `_multiply` (pastebėkite pradinį simbolį pabraukimą, kurį dažnai prideda Emscripten). Gautas JavaScript failas (add.js) turės reikiamą kodą, kad būtų galima įkelti ir sąveikauti su WebAssembly moduliu, o `add` ir `multiply` funkcijos bus pasiekiamos per eksporto objektą.

Rust su wasm-pack

Rust yra dar viena puiki kalba WebAssembly kūrimui. wasm-pack įrankis supaprastina Rust kodą, skirtą WebAssembly, kūrimo ir pakavimo procesą.

Pavyzdys: Funkcijos eksportavimas Rust kalba

Rust kodas:

#[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
}

Šiame pavyzdyje #[no_mangle] atributas neleidžia Rust kompiliatoriui pakeisti funkcijų pavadinimų, o pub extern "C" daro funkcijas pasiekiamas iš C suderinamų aplinkų (įskaitant WebAssembly). Taip pat turite pridėti `wasm-bindgen` priklausomybę Cargo.toml faile.

Norėdami tai sukompiliuoti, naudokite:

wasm-pack build

Gautas paketas turės WebAssembly modulį (.wasm failą) ir JavaScript failą, palengvinantį sąveiką su moduliu.

AssemblyScript

AssemblyScript yra TypeScript panaši kalba, kuri tiesiogiai kompiliuojama į WebAssembly. Ji siūlo pažįstamą sintaksę JavaScript kūrėjams.

Pavyzdys: Funkcijos eksportavimas AssemblyScript kalba

AssemblyScript kodas:

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

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

AssemblyScript kalboje paprasčiausiai naudojamas export raktinis žodis, norint nurodyti funkcijas, kurios turi būti įtrauktos į eksporto objektą.

Kompiliacija:

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

WebAssembly eksportų tipai

WebAssembly moduliai gali eksportuoti keturis pagrindinius elementų tipus:

• Funkcijos: Vykdomi kodų blokai.
• Atmintis: Linijinė atmintis, naudojama WebAssembly modulio.
• Lentelės: Funkcijų nuorodų masyvai.
• Globalūs kintamieji: Keičiami arba nekintami duomenų vertimai.

Funkcijos

Eksportuojamos funkcijos yra labiausiai paplitęs eksporto tipas. Jos leidžia JavaScript kodui iškviesti funkcijas, apibrėžtas WebAssembly modulyje.

Pavyzdys (JavaScript): Eksportuojamos funkcijos iškvietimas

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

Atmintis

Eksportuojama atmintis leidžia JavaScript tiesiogiai pasiekti ir manipuliuoti WebAssembly modulio linijine atmintimi. Tai gali būti naudinga dalinantis duomenimis tarp JavaScript ir WebAssembly, tačiau taip pat reikalauja kruopštaus valdymo, siekiant išvengti atminties pažeidimų.

Pavyzdys (JavaScript): Eksportuojamos atminties pasiekimas

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

// Įrašykite vertę į atmintį
buffer[0] = 42;

// Perskaitykite vertę iš atminties
const value = buffer[0]; // value bus 42

console.log(value);

Lentelės

Lentelės yra funkcijų nuorodų masyvai. Jos naudojamos dinaminiam iškvietimui ir funkcijų nuorodoms WebAssembly įgyvendinti. Eksportuojant lentelę, JavaScript gali netiesiogiai iškviesti funkcijas per lentelę.

Pavyzdys (JavaScript): Eksportuojamos lentelės pasiekimas

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

// Tarkime, kad lentelėje yra funkcijų nuorodos
const functionIndex = 0; // Funkcijos indeksas lentelėje
const func = table.get(functionIndex);

// Iškvieskite funkciją
const result = func(5, 3);
console.log(result);

Globalūs kintamieji

Eksportuojami globalūs kintamieji leidžia JavaScript skaityti ir (jei kintamasis yra keičiamas) keisti WebAssembly modulyje apibrėžtų globalių kintamųjų reikšmes.

Pavyzdys (JavaScript): Eksportuojamo globalaus kintamojo pasiekimas

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

// Perskaitykite vertę
const value = globalVar.value;
console.log(value);

// Pakeiskite vertę (jei keičiama)
globalVar.value = 100;

Geriausia praktika WebAssembly eksporto konfigūracijai

Konfigūruojant WebAssembly eksportus, būtina laikytis geriausios praktikos, siekiant užtikrinti optimalų našumą, saugumą ir palaikomumą.

Minimalizuokite eksportus

Eksportuokite tik tas funkcijas ir duomenis, kurie yra būtini sąveikai su JavaScript. Per didelis eksportų kiekis gali padidinti eksporto objekto dydį ir potencialiai turėti įtakos našumui.

Naudokite efektyvias duomenų struktūras

Dalijantis duomenimis tarp JavaScript ir WebAssembly, naudokite efektyvias duomenų struktūras, kurios sumažina duomenų konvertavimo papildomas išlaidas. Apsvarstykite galimybę naudoti tipinius masyvus (Uint8Array, Float32Array ir kt.) optimaliam našumui.

Tikrinkite įvestis ir išvestis

Visada tikrinkite įvestis ir išvestis į ir iš WebAssembly funkcijų, kad išvengtumėte netikėto elgesio ir galimų saugumo pažeidimų. Tai ypač svarbu, kai tvarkoma atmintis.

Kruopščiai valdykite atmintį

Eksportuojant atmintį, būkite itin atsargūs, kaip JavaScript ją pasiekia ir manipuliuoja. Netinkamas atminties pasiekimas gali sukelti atminties pažeidimus ir klaidas. Apsvarstykite galimybę naudoti pagalbines funkcijas WebAssembly modulyje, kad būtų valdomas atminties pasiekimas kontroliuojamu būdu.

Venkite tiesioginio atminties pasiekimo, kai įmanoma

Nors tiesioginis atminties pasiekimas gali būti efektyvus, jis taip pat sukuria sudėtingumą ir galimus pavojus. Apsvarstykite galimybę naudoti aukštesnio lygio abstrakcijas, tokias kaip funkcijos, kurios apima atminties pasiekimą, kad pagerintumėte kodo palaikomumą ir sumažintumėte klaidų riziką. Pavyzdžiui, galite turėti WebAssembly funkcijas, kurios gautų ir nustatytų reikšmes tam tikrose jo atminties vietose, o ne tiesiogiai manipuliuoti buferiu per JavaScript.

Pasirinkite tinkamą kalbą užduočiai atlikti

Pasirinkite programavimo kalbą, kuri geriausiai tinka konkrečiai užduočiai, kurią atliekate WebAssembly. Dėl skaičiavimo intensyvių užduočių C, C++ ar Rust gali būti geras pasirinkimas. Užduotims, kurios reikalauja glaudaus integravimo su JavaScript, AssemblyScript gali būti geresnis pasirinkimas.

Apsvarstykite saugumo aspektus

Būkite informuoti apie tam tikrų tipų duomenų ar funkcionalumo eksportavimo saugumo pasekmes. Pavyzdžiui, tiesioginis atminties eksportavimas gali atskleisti WebAssembly modulį galimiems buferio perpildymo išpuoliams, jei jis nėra kruopščiai tvarkomas. Venkite eksportuoti jautrius duomenis, nebent tai būtina.

Pažangūs metodai

`SharedArrayBuffer` naudojimas bendrai atminčiai

SharedArrayBuffer leidžia jums sukurti atminties buferį, kuris gali būti bendrinamas tarp JavaScript ir kelių WebAssembly instancijų (arba net kelių gijų). Tai gali būti naudinga įgyvendinant lygiagrečius skaičiavimus ir bendrinamas duomenų struktūras.

Pavyzdys (JavaScript): `SharedArrayBuffer` naudojimas

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

// Instancijuokite WebAssembly modulį su bendru buferiu
const wasm = await WebAssembly.instantiateStreaming(fetch('module.wasm'), {
  env: {
    memory: new WebAssembly.Memory({ shared: true, initial: 1024, maximum: 1024 }),
  },
});

// Pasiekite bendrą buferį iš JavaScript
const buffer = new Uint8Array(sharedBuffer);

// Pasiekite bendrą buferį iš WebAssembly (reikia specialios konfigūracijos)
// (pvz., naudojant atominius mechanizmus sinchronizavimui)

Svarbu: Naudojant SharedArrayBuffer reikia tinkamų sinchronizavimo mechanizmų (pvz., atominių operacijų), kad būtų išvengta lenktynių sąlygų, kai kelios gijos arba instancijos vienu metu pasiekia buferį.

Asinchroninės operacijos

Ilgai veikiančioms arba blokuojančioms operacijoms WebAssembly viduje apsvarstykite galimybę naudoti asinchroninius metodus, kad nebūtų blokuojama pagrindinė JavaScript gija. Tai gali būti pasiekta naudojant „Asyncify“ funkciją Emscripten arba įgyvendinant pasirinktinius asinchroninius mechanizmus naudojant „Promises“ arba grįžtamųjų ryšių funkcijas.

Atminties valdymo strategijos

WebAssembly neturi įmontuotos automatinės atminties tvarkymo. Jums reikės atmintį tvarkyti rankiniu būdu, ypač sudėtingesnėms programoms. Tai gali apimti pasirinktinių atminties alokatorių naudojimą WebAssembly modulyje arba išorinių atminties valdymo bibliotekų naudojimą.

Srautinis kompiliavimas

Naudokite WebAssembly.instantiateStreaming, kad kompiliuotumėte ir instancijuotumėte WebAssembly modulius tiesiai iš dvejetainių duomenų srauto. Tai gali pagerinti paleidimo laiką, leidžiant naršyklei pradėti kompiliuoti modulį prieš visam failui būti atsisiųstam. Tai tapo pageidaujamu modulių įkėlimo metodu.

Optimizavimas našumui

Optimizuokite savo WebAssembly kodą našumui, naudodami tinkamas duomenų struktūras, algoritmus ir kompiliatoriaus parametrus. Profiliavokite savo kodą, kad nustatytumėte problemines vietas ir atitinkamai optimizuotumėte. Apsvarstykite galimybę naudoti SIMD (vienos instrukcijos, kelių duomenų) instrukcijas lygiagrečiam apdorojimui.

Realaus pasaulio pavyzdžiai ir naudojimo atvejai

WebAssembly naudojamas įvairiausiose programose, įskaitant:

• Žaidimai: Esamų žaidimų perkėlimas į žiniatinklį ir naujų didelio našumo žiniatinklio žaidimų kūrimas.
• Vaizdo ir garso apdorojimas: Sudėtingų vaizdo ir garso apdorojimo užduočių atlikimas naršyklėje.
• Moksliniai skaičiavimai: Didelio našumo skaičiavimo reikalaujančių simuliacijų ir duomenų analizės programų vykdymas naršyklėje.
• Kriptografija: Kriptografinių algoritmų ir protokolų įgyvendinimas saugiu ir nešiojamu būdu.
• Kodekai: Medijos kodekų ir suspaudimo/išspaudimo tvarkymas naršyklėje, pvz., vaizdo ar garso kodavimas ir dekodavimas.
• Virtualios mašinos: Virtualių mašinų įgyvendinimas saugiu ir našiai.
• Serverio pusės programos: Nors pagrindinis naudojimas yra naršyklėse, WASM taip pat gali būti naudojamas serverio pusės aplinkose.

Pavyzdys: Vaizdo apdorojimas su WebAssembly

Pagalvokite, kad kuriate žiniatinklinį vaizdo redaktorių. Galite naudoti WebAssembly, kad įgyvendintumėte našumo kritinius vaizdo apdorojimo veiksmus, tokius kaip vaizdo filtravimas, dydžio keitimas ir spalvų manipuliavimas. WebAssembly modulis gali eksportuoti funkcijas, kurios priima vaizdo duomenis kaip įvestį ir grąžina apdorotus vaizdo duomenis kaip išvestį. Tai atlaisvina sunkų darbą nuo JavaScript, užtikrinant sklandesnę ir greitesnę vartotojo patirtį.

Pavyzdys: Žaidimų kūrimas su WebAssembly

Daugelis žaidimų kūrėjų naudoja WebAssembly, kad perkeltų esamus žaidimus į žiniatinklį arba sukurtų naujus didelio našumo žiniatinklio žaidimus. WebAssembly leidžia jiems pasiekti beveik gimtąjį našumą, leidžiantį vykdyti sudėtingą 3D grafiką ir fizikos simuliacijas naršyklėje. Populiarios žaidimų varikliai, tokie kaip Unity ir Unreal Engine, palaiko WebAssembly eksportą.

Išvada

WebAssembly eksporto objektas yra esminis mechanizmas, leidžiantis bendrauti ir sąveikauti tarp WebAssembly modulių ir JavaScript kodo. Suprasdami, kaip konfigūruoti modulio eksportus, valdyti skirtingus eksporto tipus ir laikytis geriausios praktikos, kūrėjai gali sukurti efektyvias, saugias ir palaikomas žiniatinklio programas, kurios naudoja WebAssembly galią. Kadangi WebAssembly toliau vystosi, jo eksporto galimybių įvaldymas bus būtinas kuriant novatoriškas ir didelio našumo žiniatinklio patirtis.

Šis vadovas pateikė išsamią WebAssembly eksporto objektų apžvalgą, apimantį viską nuo pagrindinių sąvokų iki pažangių metodų. Taikydami šiame vadove išdėstytas žinias ir geriausią praktiką, galite efektyviai naudoti WebAssembly savo žiniatinklio kūrimo projektuose ir atskleisti visą jo potencialą.