Odkrivanje zmožnosti WebAssembly: Preverjanje sposobnosti v času izvajanja

WebAssembly (Wasm) je revolucioniral spletni razvoj, saj je v brskalnik prinesel skoraj nativno zmogljivost. Vendar pa razvijajoča se narava Wasm in podpora brskalnikov pomenita, da morajo razvijalci skrbno pretehtati odkrivanje zmožnosti, da zagotovijo nemoteno delovanje svojih aplikacij v različnih okoljih. Ta članek raziskuje koncept preverjanja sposobnosti v času izvajanja v WebAssembly, pri čemer ponuja praktične tehnike in primere za gradnjo robustnih in medplatformskih spletnih aplikacij.

Zakaj je odkrivanje zmožnosti pri WebAssembly pomembno

WebAssembly je tehnologija, ki se hitro razvija. Nove zmožnosti se nenehno predlagajo, implementirajo in sprejemajo s strani različnih brskalnikov z različnimi hitrostmi. Vsi brskalniki ne podpirajo najnovejših zmožnosti Wasm, in tudi ko jih, se lahko implementacija nekoliko razlikuje. Ta razdrobljenost zahteva mehanizem, s katerim lahko razvijalci v času izvajanja ugotovijo, katere zmožnosti so na voljo, in ustrezno prilagodijo svojo kodo.

Brez ustreznega odkrivanja zmožnosti bi se lahko vaša aplikacija WebAssembly:

• Sesula ali se ne bi naložila v starejših brskalnikih.
• Delovala slabo zaradi manjkajočih optimizacij.
• Kaže neusklajeno obnašanje na različnih platformah.

Zato je razumevanje in implementacija odkrivanja zmožnosti ključnega pomena za gradnjo robustnih in visoko zmogljivih aplikacij WebAssembly.

Razumevanje zmožnosti WebAssembly

Preden se poglobimo v tehnike odkrivanja zmožnosti, je bistveno razumeti različne vrste zmožnosti, ki jih ponuja WebAssembly. Te zmožnosti lahko na splošno razdelimo na:

• Osnovne zmožnosti: To so temeljni gradniki WebAssembly, kot so osnovni podatkovni tipi (i32, i64, f32, f64), ukazi za nadzor toka (if, else, loop, br) in primitivi za upravljanje pomnilnika. Te zmožnosti so na splošno dobro podprte v vseh brskalnikih.
• Standardni predlogi: To so zmožnosti, ki jih skupnost WebAssembly aktivno razvija in standardizira. Primeri vključujejo niti, SIMD, izjeme in referenčne tipe. Podpora za te zmožnosti se med različnimi brskalniki močno razlikuje.
• Nestandardne razširitve: To so zmožnosti, ki so specifične za določena izvajalska okolja ali okolja WebAssembly. Niso del uradne specifikacije WebAssembly in morda niso prenosljive na druge platforme.

Pri razvoju aplikacije WebAssembly je pomembno, da se zavedate zmožnosti, ki jih uporabljate, in njihove stopnje podpore v različnih ciljnih okoljih.

Tehnike za odkrivanje zmožnosti WebAssembly

Obstaja več tehnik, ki jih lahko uporabite za odkrivanje zmožnosti WebAssembly v času izvajanja. Te tehnike lahko na splošno razdelimo na:

• Odkrivanje zmožnosti na osnovi JavaScripta: To vključuje uporabo JavaScripta za poizvedovanje brskalnika o specifičnih sposobnostih WebAssembly.
• Odkrivanje zmožnosti na osnovi WebAssembly: To vključuje prevajanje majhnega modula WebAssembly, ki preizkuša specifične zmožnosti in vrne rezultat.
• Pogojno prevajanje: To vključuje uporabo zastavic prevajalnika za vključitev ali izključitev kode glede na ciljno okolje.

Poglejmo si podrobneje vsako od teh tehnik.

Odkrivanje zmožnosti na osnovi JavaScripta

Odkrivanje zmožnosti na osnovi JavaScripta je najpogostejši in najširše podprt pristop. Zanaša se na objekt WebAssembly v JavaScriptu, ki omogoča dostop do različnih lastnosti in metod za poizvedovanje o sposobnostih WebAssembly v brskalniku.

Preverjanje osnovne podpore za WebAssembly

Najosnovnejše preverjanje je, da preverimo, ali objekt WebAssembly obstaja:

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

              
                Copy
              
            
          

Preverjanje specifičnih zmožnosti

Na žalost objekt WebAssembly ne izpostavlja neposredno lastnosti za preverjanje specifičnih zmožnosti, kot so niti ali SIMD. Vendar pa lahko uporabite pameten trik za odkrivanje teh zmožnosti tako, da poskusite prevesti majhen modul WebAssembly, ki jih uporablja. Če je prevajanje uspešno, je zmožnost podprta; sicer ni.

Tukaj je primer, kako preveriti podporo za 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
              
            
          

Ta koda poskuša prevesti modul WebAssembly, ki uporablja SIMD ukaz i8x16.mul. Če je prevajanje uspešno, to pomeni, da brskalnik podpira SIMD. Če ne uspe, to pomeni, da SIMD ni podprt.

Pomembni premisleki:

• Asinhrone operacije: Prevajanje WebAssembly je asinhrona operacija, zato morate za obravnavo obljube (promise) uporabiti async in await.
• Obravnavanje napak: Prevajanje vedno zavijte v blok try...catch za obravnavo morebitnih napak.
• Velikost modula: Testni modul naj bo čim manjši, da zmanjšate obremenitev pri odkrivanju zmožnosti.
• Vpliv na zmogljivost: Ponavljajoče se prevajanje modulov WebAssembly je lahko drago. Rezultate odkrivanja zmožnosti shranite v predpomnilnik, da se izognete nepotrebnim ponovnim prevajanjem. Uporabite `sessionStorage` ali `localStorage` za ohranjanje rezultatov.

Odkrivanje zmožnosti na osnovi WebAssembly

Odkrivanje zmožnosti na osnovi WebAssembly vključuje prevajanje majhnega modula WebAssembly, ki neposredno preizkuša specifične zmožnosti. Ta pristop je lahko učinkovitejši od odkrivanja zmožnosti na osnovi JavaScripta, saj se izogne obremenitvi medsebojnega delovanja z JavaScriptom.

Osnovna ideja je, da v modulu WebAssembly definirate funkcijo, ki poskuša uporabiti zadevno zmožnost. Če se funkcija uspešno izvede, je zmožnost podprta; sicer ni.

Tukaj je primer, kako preveriti podporo za obravnavo izjem z uporabo WebAssembly:

1. Ustvarite modul WebAssembly (npr., `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. Ustvarite JavaScript ovojnico:

               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
                 
               
             

V tem primeru modul WebAssembly uvozi funkcijo throw_test iz JavaScripta, ki vedno sproži izjemo. Funkcija test_exceptions poskuša poklicati throw_test znotraj bloka try...catch. Če je obravnavanje izjem podprto, se bo izvedel blok catch in funkcija bo vrnila 0; sicer se bo izjema razširila v JavaScript in funkcija bo vrnila 1.

Prednosti:

• Potencialno učinkovitejše od odkrivanja zmožnosti na osnovi JavaScripta.
• Bolj neposreden nadzor nad preizkušano zmožnostjo.

Slabosti:

• Zahteva pisanje kode WebAssembly.
• Implementacija je lahko bolj zapletena.

Pogojno prevajanje

Pogojno prevajanje vključuje uporabo zastavic prevajalnika za vključitev ali izključitev kode glede na ciljno okolje. Ta tehnika je še posebej uporabna, ko ciljno okolje poznate vnaprej (npr. pri gradnji za določen brskalnik ali platformo).

Večina orodnih verig za WebAssembly ponuja mehanizme za definiranje zastavic prevajalnika, ki jih je mogoče uporabiti za pogojno vključitev ali izključitev kode. Na primer, v Emscriptnu lahko uporabite zastavico -D za definiranje makrov predprocesorja.

Tukaj je primer, kako uporabiti pogojno prevajanje za omogočanje ali onemogočanje ukazov SIMD:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Pri prevajanju kode lahko definirate makro ENABLE_SIMD z uporabo zastavice -D:

            emcc -DENABLE_SIMD my_module.c -o my_module.wasm
            

              
                Copy
              
            
          

Če je makro ENABLE_SIMD definiran, bo vključena koda, ki uporablja ukaze SIMD; sicer bo vključena nadomestna koda.

Prednosti:

• Lahko znatno izboljša delovanje s prilagajanjem kode ciljnemu okolju.
• Zmanjša obremenitev odkrivanja zmožnosti v času izvajanja.

Slabosti:

• Zahteva poznavanje ciljnega okolja vnaprej.
• Lahko vodi do podvajanja kode, če morate podpirati več okolij.
• Poveča zapletenost gradnje

Praktični primeri in primeri uporabe

Poglejmo si nekaj praktičnih primerov, kako uporabiti odkrivanje zmožnosti v aplikacijah WebAssembly.

Primer 1: Uporaba niti

Niti WebAssembly omogočajo vzporedno računanje, kar lahko znatno izboljša delovanje nalog, ki so intenzivne za CPE. Vendar pa vsi brskalniki ne podpirajo niti WebAssembly.

Tukaj je primer, kako uporabiti odkrivanje zmožnosti za ugotavljanje, ali so niti podprte, in jih uporabiti, če so na voljo:

            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
              
            
          

Ta koda najprej preveri obstoj SharedArrayBuffer (pogoj za niti Wasm) in nato poskuša prevesti minimalen modul, da potrdi, ali brskalnik lahko obravnava ukaze, povezane z nitmi.

Če so niti podprte, jih lahko uporabite za vzporedno računanje. V nasprotnem primeru lahko uporabite nadomestni mehanizem, kot so spletni delavci (web workers), da dosežete sočasnost.

Primer 2: Optimizacija za SIMD

Ukazi SIMD (Single Instruction, Multiple Data) omogočajo izvajanje iste operacije na več podatkovnih elementih hkrati, kar lahko znatno izboljša delovanje nalog z vzporednimi podatki. Vendar se podpora za SIMD med različnimi brskalniki razlikuje.

Tukaj je primer, kako uporabiti odkrivanje zmožnosti za ugotavljanje, ali je SIMD podprt, in ga uporabiti, če je na voljo:

            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
              
            
          

Če je SIMD podprt, lahko uporabite ukaze SIMD za učinkovitejše izvajanje nalog z vzporednimi podatki. V nasprotnem primeru lahko uporabite skalarne ukaze, ki bodo počasnejši, a bodo vseeno delovali pravilno.

Najboljše prakse za odkrivanje zmožnosti WebAssembly

Tukaj je nekaj najboljših praks, ki jih je treba upoštevati pri implementaciji odkrivanja zmožnosti WebAssembly:

• Zgodnje odkrivanje zmožnosti: Odkrivanje zmožnosti izvedite čim prej v življenjskem ciklu vaše aplikacije. To vam omogoča, da ustrezno prilagodite kodo, preden se izvedejo kakršne koli operacije, ki so kritične za delovanje.
• Shranjevanje rezultatov odkrivanja zmožnosti v predpomnilnik: Odkrivanje zmožnosti je lahko draga operacija, še posebej, če vključuje prevajanje modulov WebAssembly. Rezultate shranite v predpomnilnik, da se izognete nepotrebnim ponovnim prevajanjem. Uporabite mehanizme, kot sta `sessionStorage` ali `localStorage`, da ohranite te rezultate med nalaganji strani.
• Zagotovite nadomestne mehanizme: Vedno zagotovite nadomestne mehanizme za zmožnosti, ki niso podprte. To zagotavlja, da bo vaša aplikacija še vedno delovala pravilno, tudi v starejših brskalnikih.
• Uporabite knjižnice za odkrivanje zmožnosti: Razmislite o uporabi obstoječih knjižnic za odkrivanje zmožnosti, kot je Modernizr, da poenostavite postopek.
• Temeljito testirajte: Aplikacijo temeljito testirajte na različnih brskalnikih in platformah, da zagotovite pravilno delovanje odkrivanja zmožnosti.
• Upoštevajte postopno izboljšanje (progressive enhancement): Zasnovo aplikacije gradite na pristopu postopnega izboljšanja. To pomeni, da začnete z osnovno ravnjo funkcionalnosti, ki deluje v vseh brskalnikih, nato pa aplikacijo postopoma izboljšujete z naprednejšimi zmožnostmi, če so podprte.
• Dokumentirajte svojo strategijo odkrivanja zmožnosti: V svoji kodni bazi jasno dokumentirajte strategijo odkrivanja zmožnosti. To bo drugim razvijalcem olajšalo razumevanje, kako se vaša aplikacija prilagaja različnim okoljem.
• Spremljajte podporo za zmožnosti: Bodite na tekočem z najnovejšimi zmožnostmi WebAssembly in njihovo stopnjo podpore v različnih brskalnikih. To vam bo omogočilo, da po potrebi prilagodite svojo strategijo odkrivanja zmožnosti. Spletne strani, kot je Can I Use, so neprecenljivi viri za preverjanje podpore brskalnikov za različne tehnologije.

Zaključek

Odkrivanje zmožnosti WebAssembly je ključen vidik gradnje robustnih in medplatformskih spletnih aplikacij. Z razumevanjem različnih tehnik za odkrivanje zmožnosti in upoštevanjem najboljših praks lahko zagotovite, da vaša aplikacija deluje nemoteno v različnih okoljih in izkorišča najnovejše zmožnosti WebAssembly, ko so na voljo.

Ker se WebAssembly še naprej razvija, bo odkrivanje zmožnosti postalo še pomembnejše. Z obveščenostjo in prilagajanjem razvojnih praks lahko zagotovite, da bodo vaše aplikacije WebAssembly ostale zmogljive in združljive še vrsto let.

Ta članek je ponudil celovit pregled odkrivanja zmožnosti WebAssembly. Z implementacijo teh tehnik lahko zagotovite boljšo uporabniško izkušnjo ter zgradite bolj odporne in zmogljive spletne aplikacije.