Wykrywanie funkcji WebAssembly: Sprawdzanie możliwości środowiska uruchomieniowego

WebAssembly (Wasm) zrewolucjonizowało tworzenie aplikacji internetowych, wprowadzając do przeglądarki wydajność zbliżoną do natywnej. Jednak ewoluująca natura Wasm i jego wsparcie w przeglądarkach oznacza, że deweloperzy muszą starannie rozważyć wykrywanie funkcji, aby zapewnić płynne działanie swoich aplikacji w różnych środowiskach. Ten artykuł zgłębia koncepcję sprawdzania możliwości środowiska uruchomieniowego w WebAssembly, dostarczając praktycznych technik i przykładów budowy solidnych i wieloplatformowych aplikacji internetowych.

Dlaczego wykrywanie funkcji ma znaczenie w WebAssembly

WebAssembly to szybko rozwijająca się technologia. Nowe funkcje są nieustannie proponowane, implementowane i adaptowane przez różne przeglądarki w różnym tempie. Nie wszystkie przeglądarki obsługują najnowsze funkcje Wasm, a nawet jeśli tak, implementacja może się nieznacznie różnić. Ta fragmentacja wymaga mechanizmu, za pomocą którego deweloperzy mogą określić, które funkcje są dostępne w czasie rzeczywistym i odpowiednio dostosować swój kod.

Bez właściwego wykrywania funkcji, Twoja aplikacja WebAssembly może:

• Ulegać awarii lub nie ładować się w starszych przeglądarkach.
• Działać z niską wydajnością z powodu braku optymalizacji.
• Wykazywać niespójne zachowanie na różnych platformach.

Dlatego zrozumienie i wdrożenie wykrywania funkcji jest kluczowe dla budowania solidnych i wydajnych aplikacji WebAssembly.

Zrozumienie funkcji WebAssembly

Przed zagłębieniem się w techniki wykrywania funkcji, istotne jest zrozumienie różnych typów funkcji, które oferuje WebAssembly. Funkcje te można ogólnie podzielić na:

• Podstawowe funkcje: Są to fundamentalne elementy składowe WebAssembly, takie jak podstawowe typy danych (i32, i64, f32, f64), instrukcje sterujące przepływem (if, else, loop, br) oraz prymitywy zarządzania pamięcią. Te funkcje są generalnie dobrze wspierane we wszystkich przeglądarkach.
• Standardowe propozycje: Są to funkcje, które są aktywnie rozwijane i standaryzowane przez społeczność WebAssembly. Przykłady obejmują wątki, SIMD, wyjątki i typy referencyjne. Wsparcie dla tych funkcji znacznie różni się w zależności od przeglądarki.
• Niestandardowe rozszerzenia: Są to funkcje specyficzne dla określonych środowisk uruchomieniowych WebAssembly. Nie są one częścią oficjalnej specyfikacji WebAssembly i mogą nie być przenośne na inne platformy.

Podczas tworzenia aplikacji WebAssembly ważne jest, aby być świadomym używanych funkcji i ich poziomu wsparcia w różnych środowiskach docelowych.

Techniki wykrywania funkcji WebAssembly

Istnieje kilka technik, których można użyć do wykrywania funkcji WebAssembly w czasie rzeczywistym. Techniki te można ogólnie sklasyfikować jako:

• Wykrywanie funkcji oparte na JavaScript: Polega na użyciu JavaScript do zapytania przeglądarki o określone możliwości WebAssembly.
• Wykrywanie funkcji oparte na WebAssembly: Polega na kompilacji małego modułu WebAssembly, który testuje określone funkcje i zwraca wynik.
• Kompilacja warunkowa: Polega na użyciu flag kompilatora do włączania lub wyłączania kodu w zależności od środowiska docelowego.

Przyjrzyjmy się każdej z tych technik bardziej szczegółowo.

Wykrywanie funkcji oparte na JavaScript

Wykrywanie funkcji oparte na JavaScript jest najpopularniejszym i najszerzej wspieranym podejściem. Opiera się na obiekcie WebAssembly w JavaScript, który zapewnia dostęp do różnych właściwości i metod do odpytywania o możliwości WebAssembly przeglądarki.

Sprawdzanie podstawowego wsparcia dla WebAssembly

Najprostszym testem jest sprawdzenie, czy obiekt WebAssembly istnieje:

            if (typeof WebAssembly === "object") {
 console.log("WebAssembly is supported!");
} else {
 console.log("WebAssembly is not supported!");
}
            

              
                Copy
              
            
          

Sprawdzanie określonych funkcji

Niestety, obiekt WebAssembly nie udostępnia bezpośrednio właściwości do sprawdzania konkretnych funkcji, takich jak wątki czy SIMD. Można jednak użyć sprytnego triku, aby wykryć te funkcje, próbując skompilować mały moduł WebAssembly, który ich używa. Jeśli kompilacja się powiedzie, funkcja jest obsługiwana; w przeciwnym razie nie.

Oto przykład, jak sprawdzić wsparcie dla SIMD:

            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 is supported!");
 } else {
 console.log("SIMD is not supported!");
 }
});
            

              
                Copy
              
            
          

Ten kod próbuje skompilować moduł WebAssembly, który używa instrukcji SIMD i8x16.mul. Jeśli kompilacja się powiedzie, oznacza to, że przeglądarka obsługuje SIMD. Jeśli się nie powiedzie, oznacza to, że SIMD nie jest obsługiwane.

Ważne uwagi:

• Operacje asynchroniczne: Kompilacja WebAssembly jest operacją asynchroniczną, więc musisz użyć async i await do obsługi obietnicy (promise).
• Obsługa błędów: Zawsze umieszczaj kompilację w bloku try...catch, aby obsłużyć potencjalne błędy.
• Rozmiar modułu: Utrzymuj moduł testowy tak mały, jak to możliwe, aby zminimalizować narzut związany z wykrywaniem funkcji.
• Wpływ na wydajność: Wielokrotne kompilowanie modułów WebAssembly może być kosztowne. Zapisuj wyniki wykrywania funkcji w pamięci podręcznej, aby uniknąć niepotrzebnych rekompilacji. Użyj `sessionStorage` lub `localStorage`, aby utrwalić wyniki.

Wykrywanie funkcji oparte na WebAssembly

Wykrywanie funkcji oparte na WebAssembly polega na kompilacji małego modułu WebAssembly, który bezpośrednio testuje określone funkcje. To podejście może być bardziej wydajne niż wykrywanie oparte na JavaScript, ponieważ unika narzutu związanego z interoperacyjnością z JavaScript.

Podstawową ideą jest zdefiniowanie w module WebAssembly funkcji, która próbuje użyć danej funkcji. Jeśli funkcja wykona się pomyślnie, funkcja jest obsługiwana; w przeciwnym razie nie.

Oto przykład, jak sprawdzić wsparcie dla obsługi wyjątków za pomocą WebAssembly:

1. Utwórz moduł WebAssembly (np. `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. Utwórz opakowanie (wrapper) w JavaScript:

               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; // Exception handling is supported if it returns 1
    } catch (e) {
     return false; // Exception handling is not supported
    }
   }
   
   hasExceptionHandling().then(supported => {
    if (supported) {
    console.log("Exception handling is supported!");
    } else {
    console.log("Exception handling is not supported!");
    }
   });
   
               
   
                 
                   Copy
                 
               
             

W tym przykładzie moduł WebAssembly importuje funkcję throw_test z JavaScript, która zawsze rzuca wyjątek. Funkcja test_exceptions próbuje wywołać throw_test w bloku try...catch. Jeśli obsługa wyjątków jest wspierana, blok catch zostanie wykonany, a funkcja zwróci 0; w przeciwnym razie wyjątek zostanie przekazany do JavaScript, a funkcja zwróci 1.

Zalety:

• Potencjalnie bardziej wydajne niż wykrywanie funkcji oparte na JavaScript.
• Bardziej bezpośrednia kontrola nad testowaną funkcją.

Wady:

• Wymaga pisania kodu WebAssembly.
• Może być bardziej skomplikowane w implementacji.

Kompilacja warunkowa

Kompilacja warunkowa polega na użyciu flag kompilatora do włączania lub wyłączania kodu w zależności od środowiska docelowego. Ta technika jest szczególnie przydatna, gdy znasz środowisko docelowe z góry (np. podczas budowania dla określonej przeglądarki lub platformy).

Większość narzędzi WebAssembly dostarcza mechanizmów do definiowania flag kompilatora, które można użyć do warunkowego włączania lub wyłączania kodu. Na przykład w Emscripten można użyć flagi -D do zdefiniowania makr preprocesora.

Oto przykład, jak użyć kompilacji warunkowej do włączania lub wyłączania instrukcji SIMD:

            #ifdef ENABLE_SIMD
 // Code that uses SIMD instructions
 i8x16.add ...
#else
 // Fallback code that doesn't use SIMD
 i32.add ...
#endif

            

              
                Copy
              
            
          

Podczas kompilacji kodu można zdefiniować makro ENABLE_SIMD za pomocą flagi -D:

            emcc -DENABLE_SIMD my_module.c -o my_module.wasm
            

              
                Copy
              
            
          

Jeśli makro ENABLE_SIMD jest zdefiniowane, kod używający instrukcji SIMD zostanie dołączony; w przeciwnym razie dołączony zostanie kod zapasowy.

Zalety:

• Może znacznie poprawić wydajność, dostosowując kod do środowiska docelowego.
• Zmniejsza narzut związany z wykrywaniem funkcji w czasie rzeczywistym.

Wady:

• Wymaga znajomości środowiska docelowego z góry.
• Może prowadzić do duplikacji kodu, jeśli trzeba obsługiwać wiele środowisk.
• Zwiększa złożoność procesu budowania.

Praktyczne przykłady i przypadki użycia

Przyjrzyjmy się kilku praktycznym przykładom, jak używać wykrywania funkcji w aplikacjach WebAssembly.

Przykład 1: Używanie wątków

Wątki WebAssembly pozwalają na wykonywanie obliczeń równoległych, co może znacznie poprawić wydajność zadań intensywnie wykorzystujących procesor. Jednak nie wszystkie przeglądarki obsługują wątki WebAssembly.

Oto jak użyć wykrywania funkcji, aby określić, czy wątki są obsługiwane i używać ich, jeśli są dostępne:

            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("Threads are supported!");
  // Use WebAssembly threads
 } else {
  console.log("Threads are not supported!");
  // Use a fallback mechanism (e.g., web workers)
 }
});

            

              
                Copy
              
            
          

Ten kod najpierw sprawdza istnienie SharedArrayBuffer (wymaganie dla wątków Wasm), a następnie próbuje skompilować minimalny moduł, aby potwierdzić, że przeglądarka potrafi obsłużyć instrukcje związane z wątkami.

Jeśli wątki są obsługiwane, można ich użyć do wykonywania obliczeń równoległych. W przeciwnym razie można użyć mechanizmu zapasowego, takiego jak web workers, aby osiągnąć współbieżność.

Przykład 2: Optymalizacja pod kątem SIMD

Instrukcje SIMD (Single Instruction, Multiple Data) pozwalają na jednoczesne wykonywanie tej samej operacji na wielu elementach danych, co może znacznie poprawić wydajność zadań równoległych na danych. Jednak wsparcie dla SIMD różni się w zależności od przeglądarki.

Oto jak użyć wykrywania funkcji, aby określić, czy SIMD jest obsługiwane i używać go, jeśli jest dostępne:

            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 is supported!");
  // Use SIMD instructions for data-parallel tasks
 } else {
  console.log("SIMD is not supported!");
  // Use scalar instructions for data-parallel tasks
 }
});

            

              
                Copy
              
            
          

Jeśli SIMD jest obsługiwane, można użyć instrukcji SIMD do bardziej wydajnego wykonywania zadań równoległych na danych. W przeciwnym razie można użyć instrukcji skalarnych, które będą wolniejsze, ale nadal będą działać poprawnie.

Najlepsze praktyki dotyczące wykrywania funkcji WebAssembly

Oto kilka najlepszych praktyk, o których warto pamiętać podczas implementacji wykrywania funkcji WebAssembly:

• Wykrywaj funkcje wcześnie: Przeprowadzaj wykrywanie funkcji tak wcześnie, jak to możliwe w cyklu życia aplikacji. Pozwala to na odpowiednie dostosowanie kodu przed wykonaniem jakichkolwiek operacji krytycznych dla wydajności.
• Zapisuj wyniki wykrywania funkcji w pamięci podręcznej: Wykrywanie funkcji może być kosztowną operacją, zwłaszcza jeśli wiąże się z kompilacją modułów WebAssembly. Zapisuj wyniki wykrywania funkcji, aby uniknąć niepotrzebnych rekompilacji. Używaj mechanizmów takich jak `sessionStorage` lub `localStorage`, aby utrwalić te wyniki między ładowaniami strony.
• Zapewnij mechanizmy zapasowe: Zawsze zapewniaj mechanizmy zapasowe dla funkcji, które nie są obsługiwane. Gwarantuje to, że Twoja aplikacja będzie działać poprawnie, nawet w starszych przeglądarkach.
• Używaj bibliotek do wykrywania funkcji: Rozważ użycie istniejących bibliotek do wykrywania funkcji, takich jak Modernizr, aby uprościć proces wykrywania funkcji.
• Testuj dokładnie: Dokładnie testuj swoją aplikację na różnych przeglądarkach i platformach, aby upewnić się, że wykrywanie funkcji działa poprawnie.
• Rozważ progressive enhancement: Projektuj swoją aplikację, stosując podejście progressive enhancement. Oznacza to, że powinieneś zacząć od podstawowego poziomu funkcjonalności, który działa we wszystkich przeglądarkach, a następnie stopniowo ulepszać aplikację o bardziej zaawansowane funkcje, jeśli są obsługiwane.
• Dokumentuj swoją strategię wykrywania funkcji: Jasno dokumentuj swoją strategię wykrywania funkcji w bazie kodu. Ułatwi to innym deweloperom zrozumienie, jak Twoja aplikacja dostosowuje się do różnych środowisk.
• Monitoruj wsparcie dla funkcji: Bądź na bieżąco z najnowszymi funkcjami WebAssembly i ich poziomem wsparcia w różnych przeglądarkach. Pozwoli to na dostosowanie strategii wykrywania funkcji w razie potrzeby. Strony internetowe takie jak Can I Use są nieocenionym źródłem informacji do sprawdzania wsparcia przeglądarek dla różnych technologii.

Podsumowanie

Wykrywanie funkcji WebAssembly jest kluczowym aspektem budowania solidnych i wieloplatformowych aplikacji internetowych. Rozumiejąc różne techniki wykrywania funkcji i stosując najlepsze praktyki, możesz zapewnić, że Twoja aplikacja będzie działać płynnie w różnych środowiskach i wykorzystywać najnowsze funkcje WebAssembly, gdy są dostępne.

W miarę jak WebAssembly będzie się dalej rozwijać, wykrywanie funkcji stanie się jeszcze ważniejsze. Będąc na bieżąco i dostosowując swoje praktyki programistyczne, możesz zapewnić, że Twoje aplikacje WebAssembly pozostaną wydajne i kompatybilne przez wiele lat.

Ten artykuł przedstawił kompleksowy przegląd wykrywania funkcji WebAssembly. Implementując te techniki, możesz zapewnić lepsze doświadczenie użytkownika i budować bardziej odporne i wydajne aplikacje internetowe.