WebAssembly eksporta objekts: Visaptverošs ceļvedis moduļu eksporta konfigurācijai

WebAssembly (Wasm) ir revolucionizējis tīmekļa izstrādi, nodrošinot augstas veiktspējas, pārnēsājamu un drošu veidu, kā palaist kodu mūsdienu pārlūkprogrammās. Būtiska WebAssembly funkcionalitātes sastāvdaļa ir tās spēja mijiedarboties ar apkārtējo JavaScript vidi, izmantojot tās eksporta objektu. Šis objekts darbojas kā tilts, ļaujot JavaScript kodam piekļūt un izmantot funkcijas, atmiņu, tabulas un globālos mainīgos, kas definēti WebAssembly modulī. Izpratne par to, kā konfigurēt un pārvaldīt WebAssembly eksportus, ir būtiska efektīvu un robustu tīmekļa lietojumprogrammu izstrādei. Šis ceļvedis sniedz visaptverošu WebAssembly eksporta objektu izpēti, aptverot moduļu eksporta konfigurāciju, dažādus eksporta tipus, labāko praksi un progresīvas metodes optimālai veiktspējai un sadarbspējai.

Kas ir WebAssembly eksporta objekts?

Kad WebAssembly modulis tiek kompilēts un iestatīts, tas rada instance objektu. Šis instance objekts satur īpašību ar nosaukumu exports, kas ir eksporta objekts. Eksporta objekts ir JavaScript objekts, kas satur atsauces uz dažādām entītijām (funkcijām, atmiņu, tabulām, globālajiem mainīgajiem), kuras WebAssembly modulis padara pieejamas JavaScript kodam.

Domājiet par to kā par publisku API savam WebAssembly modulim. Tas ir veids, kā JavaScript var "redzēt" un mijiedarboties ar kodu un datiem Wasm modulī.

Galvenās koncepcijas

• Modulis: Kompilēts WebAssembly binārais (.wasm fails).
• Instance: WebAssembly moduļa izpildlaika instance. Šeit kods faktiski tiek izpildīts un atmiņa tiek piešķirta.
• Eksporta objekts: JavaScript objekts, kas satur eksportētos WebAssembly instances dalībniekus.
• Eksportētie dalībnieki: Funkcijas, atmiņa, tabulas un globālie mainīgie, kurus WebAssembly modulis eksponē izmantošanai JavaScript.

WebAssembly moduļa eksportu konfigurēšana

Procesu, kā konfigurēt to, kas tiek eksportēts no WebAssembly moduļa, galvenokārt veic kompilēšanas laikā, avota kodā, kas tiek kompilēts WebAssembly. Konkrētais sintakses un metodes ir atkarīgas no izmantotās avota valodas (piemēram, C, C++, Rust, AssemblyScript). Izpētīsim, kā eksporti tiek deklarēti dažās izplatītās valodās:

C/C++ ar Emscripten

Emscripten ir populārs rīku ķēde C un C++ koda kompilēšanai uz WebAssembly. Lai eksportētu funkciju, jūs parasti izmantojat makro EMSCRIPTEN_KEEPALIVE vai norādāt eksportus Emscripten iestatījumos.

Piemērs: Funkcijas eksportēšana, izmantojot EMSCRIPTEN_KEEPALIVE

C kods:

#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;
}

Šajā piemērā funkcijas add un multiply ir atzīmētas ar EMSCRIPTEN_KEEPALIVE, kas norāda Emscripten, lai iekļautu tās eksporta objektā.

Piemērs: Funkcijas eksportēšana, izmantojot Emscripten iestatījumus

Jūs varat arī norādīt eksportus, izmantojot karodziņu -s EXPORTED_FUNCTIONS kompilēšanas laikā:

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

Šī komanda norāda Emscripten, lai eksportētu funkcijas _add un `_multiply` (ievērojiet vadošo pasvītrojumu, ko bieži pievieno Emscripten). Rezultātā iegūtais JavaScript fails (add.js) saturēs nepieciešamo kodu, lai ielādētu un mijiedarbotos ar WebAssembly moduli, un funkcijas `add` un `multiply` būs pieejamas, izmantojot eksporta objektu.

Rust ar wasm-pack

Rust ir vēl viena lieliska valoda WebAssembly izstrādei. Rīks wasm-pack vienkāršo Rust koda izstrādes un iepakošanas procesu WebAssembly.

Piemērs: Funkcijas eksportēšana Rust

Rust kods:

#[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
}

Šajā piemērā atribūts #[no_mangle] neļauj Rust kompilatoram izkropļot funkciju nosaukumus, un pub extern "C" padara funkcijas pieejamas no C saderīgām vidēm (tostarp WebAssembly). Jums arī jāpievieno `wasm-bindgen` atkarība failā Cargo.toml.

Lai to veidotu, jūs izmantotu:

wasm-pack build

Iegūtais pakotne saturēs WebAssembly moduli (.wasm fails) un JavaScript failu, kas atvieglo mijiedarbību ar moduli.

AssemblyScript

AssemblyScript ir TypeScript līdzīga valoda, kas kompilējas tieši uz WebAssembly. Tas piedāvā pazīstamu sintaksi JavaScript izstrādātājiem.

Piemērs: Funkcijas eksportēšana AssemblyScript

AssemblyScript kods:

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

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

AssemblyScript jūs vienkārši izmantojat atslēgvārdu export, lai norādītu funkcijas, kuras jāiekļauj eksporta objektā.

Kompilēšana:

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

WebAssembly eksportu tipi

WebAssembly moduļi var eksportēt četrus galvenos entītiju tipus:

• Funkcijas: Izpildāmi koda bloki.
• Atmiņa: Lineārā atmiņa, ko izmanto WebAssembly modulis.
• Tabulas: Funkciju atsauču masīvi.
• Globālie mainīgie: Maināmas vai nemaināmas datu vērtības.

Funkcijas

Eksportētās funkcijas ir visizplatītākais eksporta veids. Tie ļauj JavaScript kodam izsaukt funkcijas, kas definētas WebAssembly modulī.

Piemērs (JavaScript): Eksportētas funkcijas izsaukšana

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);

Atmiņa

Atmiņas eksportēšana ļauj JavaScript tieši piekļūt un manipulēt ar WebAssembly moduļa lineāro atmiņu. Tas var būt noderīgi datu kopīgošanai starp JavaScript un WebAssembly, taču tas prasa arī rūpīgu pārvaldību, lai izvairītos no atmiņas bojājumiem.

Piemērs (JavaScript): Piekļuve eksportētajai atmiņai

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

// Write a value to memory
buffer[0] = 42;

// Read a value from memory
const value = buffer[0]; // value will be 42

console.log(value);

Tabulas

Tabulas ir funkciju atsauču masīvi. Tos izmanto dinamiskās nosūtīšanas un funkciju rādītāju ieviešanai WebAssembly. Tabulas eksportēšana ļauj JavaScript netieši izsaukt funkcijas caur tabulu.

Piemērs (JavaScript): Piekļuve eksportētajai tabulai

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

// Assuming the table contains function references
const functionIndex = 0; // Index of the function in the table
const func = table.get(functionIndex);

// Call the function
const result = func(5, 3);
console.log(result);

Globālie mainīgie

Globālo mainīgo eksportēšana ļauj JavaScript lasīt un (ja mainīgais ir maināms) modificēt globālo mainīgo vērtības, kas definētas WebAssembly modulī.

Piemērs (JavaScript): Piekļuve eksportētajam globālajam mainīgajam

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

// Read the value
const value = globalVar.value;
console.log(value);

// Modify the value (if mutable)
globalVar.value = 100;

Labākā prakse WebAssembly eksporta konfigurācijai

Konfigurējot WebAssembly eksportus, ir svarīgi ievērot labāko praksi, lai nodrošinātu optimālu veiktspēju, drošību un uzturamību.

Minimizēt eksportus

Eksportējiet tikai tās funkcijas un datus, kas ir absolūti nepieciešami JavaScript mijiedarbībai. Pārmērīgi eksporti var palielināt eksporta objekta lielumu un potenciāli ietekmēt veiktspēju.

Izmantot efektīvas datu struktūras

Datu apmaiņā starp JavaScript un WebAssembly izmantojiet efektīvas datu struktūras, kas samazina datu konvertēšanas režiju. Apsveriet iespēju izmantot tipa masīvus (Uint8Array, Float32Array utt.) optimālai veiktspējai.

Validēt ievades un izvades

Vienmēr validējiet ievades un izvades no un uz WebAssembly funkcijām, lai novērstu negaidītu darbību un potenciālas drošības ievainojamības. Tas ir īpaši svarīgi, ja strādājat ar atmiņas piekļuvi.

Rūpīgi pārvaldīt atmiņu

Eksportējot atmiņu, esiet ārkārtīgi uzmanīgi attiecībā uz to, kā JavaScript tai piekļūst un manipulē ar to. Nepareiza atmiņas piekļuve var izraisīt atmiņas bojājumus un avārijas. Apsveriet iespēju izmantot palīgfunkcijas WebAssembly modulī, lai pārvaldītu atmiņas piekļuvi kontrolētā veidā.

Ja iespējams, izvairieties no tiešas atmiņas piekļuves

Lai gan tiešā atmiņas piekļuve var būt efektīva, tā rada arī sarežģītību un potenciālus riskus. Apsveriet iespēju izmantot augstāka līmeņa abstrakcijas, piemēram, funkcijas, kas enkapsulē atmiņas piekļuvi, lai uzlabotu koda uzturamību un samazinātu kļūdu risku. Piemēram, jums varētu būt WebAssembly funkcijas, lai iegūtu un iestatītu vērtības noteiktās vietās tās atmiņas telpā, nevis likt JavaScript tieši piekļūt buferim.

Izvēlieties pareizo valodu uzdevumam

Izvēlieties programmēšanas valodu, kas vislabāk atbilst konkrētajam uzdevumam, ko veicat WebAssembly. Aprēķinu intensīviem uzdevumiem C, C++ vai Rust var būt laba izvēle. Uzdevumiem, kuriem nepieciešama cieša integrācija ar JavaScript, AssemblyScript var būt labāka izvēle.

Apsveriet drošības sekas

Apzinieties noteiktu datu vai funkcionalitātes eksportēšanas drošības sekas. Piemēram, atmiņas tieša eksportēšana var pakļaut WebAssembly moduli potenciāliem bufera pārpildes uzbrukumiem, ja netiek rīkots uzmanīgi. Izvairieties no sensitīvu datu eksportēšanas, ja vien tas nav absolūti nepieciešams.

Papildu metodes

SharedArrayBuffer izmantošana kopīgai atmiņai

SharedArrayBuffer ļauj izveidot atmiņas buferi, kuru var koplietot starp JavaScript un vairākiem WebAssembly instances (vai pat vairākiem pavedieniem). Tas var būt noderīgi paralēlu aprēķinu un kopīgu datu struktūru ieviešanai.

Piemērs (JavaScript): SharedArrayBuffer izmantošana

// Create a SharedArrayBuffer
const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(1024);

// Instantiate a WebAssembly module with the shared buffer
const wasm = await WebAssembly.instantiateStreaming(fetch('module.wasm'), {
  env: {
    memory: new WebAssembly.Memory({ shared: true, initial: 1024, maximum: 1024 }),
  },
});

// Access the shared buffer from JavaScript
const buffer = new Uint8Array(sharedBuffer);

// Access the shared buffer from WebAssembly (requires specific configuration)
// (e.g., using atomics for synchronization)

Svarīgi: SharedArrayBuffer izmantošana prasa pareizus sinhronizācijas mehānismus (piemēram, atomika), lai novērstu sacīkšu apstākļus, kad vairāki pavedieni vai instances vienlaikus piekļūst buferim.

Asinhronas darbības

Ilgstošām vai bloķējošām operācijām WebAssembly apsveriet iespēju izmantot asinhronas metodes, lai izvairītos no galvenā JavaScript pavediena bloķēšanas. To var panākt, izmantojot funkciju Asyncify Emscripten vai ieviešot pielāgotus asinhronus mehānismus, izmantojot Solījumus vai atzvanīšanas funkcijas.

Atmiņas pārvaldības stratēģijas

WebAssembly nav iebūvētas atkritumu savākšanas. Jums būs jāpārvalda atmiņa manuāli, īpaši sarežģītākām programmām. Tas var ietvert pielāgotu atmiņas sadalītāju izmantošanu WebAssembly modulī vai paļaušanos uz ārējām atmiņas pārvaldības bibliotēkām.

Straumēšanas kompilēšana

Izmantojiet WebAssembly.instantiateStreaming, lai kompilētu un iestatītu WebAssembly moduļus tieši no baitu straumes. Tas var uzlabot palaišanas laiku, ļaujot pārlūkprogrammai sākt moduļa kompilēšanu pirms visa faila lejupielādes. Šī ir kļuvusi par vēlamo metodi moduļu ielādei.

Optimizēšana veiktspējai

Optimizējiet savu WebAssembly kodu veiktspējai, izmantojot atbilstošas datu struktūras, algoritmus un kompilatora karodziņus. Profilējiet kodu, lai identificētu problēmas un attiecīgi optimizētu. Apsveriet SIMD (Single Instruction, Multiple Data) instrukciju izmantošanu paralēlai apstrādei.

Reālās pasaules piemēri un lietošanas gadījumi

WebAssembly tiek izmantots daudzās dažādās lietojumprogrammās, tostarp:

• Spēles: Esošo spēļu pārsūtīšana uz tīmekli un jaunu augstas veiktspējas tīmekļa spēļu izveide.
• Attēlu un video apstrāde: Sarežģītu attēlu un video apstrādes uzdevumu veikšana pārlūkprogrammā.
• Zinātniskie aprēķini: Aprēķinu intensīvu simulāciju un datu analīzes lietojumprogrammu palaišana pārlūkprogrammā.
• Kriptogrāfija: Kriptogrāfisko algoritmu un protokolu ieviešana drošā un pārnēsājamā veidā.
• Kodeki: Multivides kodeku un saspiešanas/atspiešanas apstrāde pārlūkprogrammā, piemēram, video vai audio kodēšana un dekodēšana.
• Virtuālās mašīnas: Virtuālo mašīnu ieviešana drošā un veiktspējas veidā.
• Servera puses lietojumprogrammas: Lai gan galvenais lietojums ir pārlūkprogrammās, WASM var izmantot arī servera puses vidēs.

Piemērs: Attēlu apstrāde ar WebAssembly

Iedomājieties, ka jūs veidojat tīmekļa attēlu redaktoru. Varat izmantot WebAssembly, lai ieviestu veiktspējas kritiskās attēlu apstrādes operācijas, piemēram, attēlu filtrēšanu, izmēru maiņu un krāsu manipulācijas. WebAssembly modulis var eksportēt funkcijas, kas ņem attēla datus kā ievadi un atgriež apstrādātus attēla datus kā izvadi. Tas atbrīvo smaguma celšanu no JavaScript, nodrošinot vienmērīgāku un atsaucīgāku lietotāja pieredzi.

Piemērs: Spēļu izstrāde ar WebAssembly

Daudzi spēļu izstrādātāji izmanto WebAssembly, lai pārsūtītu esošās spēles uz tīmekli vai izveidotu jaunas augstas veiktspējas tīmekļa spēles. WebAssembly ļauj viņiem sasniegt gandrīz vietējo veiktspēju, ļaujot viņiem pārlūkprogrammā palaist sarežģītu 3D grafiku un fizikas simulācijas. Populāri spēļu dzinēji, piemēram, Unity un Unreal Engine, atbalsta WebAssembly eksportu.

Secinājums

WebAssembly eksporta objekts ir būtisks mehānisms, lai nodrošinātu komunikāciju un mijiedarbību starp WebAssembly moduļiem un JavaScript kodu. Izprotot, kā konfigurēt moduļu eksportu, pārvaldīt dažādus eksporta tipus un ievērot labāko praksi, izstrādātāji var izveidot efektīvas, drošas un uzturamas tīmekļa lietojumprogrammas, kas izmanto WebAssembly jaudu. Tā kā WebAssembly turpina attīstīties, tā eksporta iespēju apgūšana būs būtiska inovatīvas un augstas veiktspējas tīmekļa pieredzes veidošanai.

Šis ceļvedis ir sniedzis visaptverošu WebAssembly eksporta objektu pārskatu, aptverot visu, sākot no pamatkoncepcijām līdz progresīvām metodēm. Izmantojot šajā ceļvedī izklāstītās zināšanas un labāko praksi, jūs varat efektīvi izmantot WebAssembly savos tīmekļa izstrādes projektos un atraisīt tā pilnu potenciālu.