WebAssembly Funktionsdetektering: Kontroll av Körningskapacitet

WebAssembly (Wasm) har revolutionerat webbutvecklingen genom att föra med sig prestanda i nära nog native-klass till webbläsaren. Men den föränderliga naturen hos Wasm och dess webbläsarstöd innebär att utvecklare noggrant måste överväga funktionsdetektering för att säkerställa att deras applikationer körs smidigt i olika miljöer. Den här artikeln utforskar konceptet med kontroll av körningskapacitet i WebAssembly och ger praktiska tekniker och exempel för att bygga robusta och plattformsoberoende webbapplikationer.

Varför funktionsdetektering är viktigt i WebAssembly

WebAssembly är en teknik som utvecklas snabbt. Nya funktioner föreslås, implementeras och antas ständigt av olika webbläsare i varierande takt. Inte alla webbläsare stöder de senaste Wasm-funktionerna, och även när de gör det kan implementeringen skilja sig något. Denna fragmentering kräver en mekanism för utvecklare att avgöra vilka funktioner som är tillgängliga vid körning och anpassa sin kod därefter.

Utan korrekt funktionsdetektering kan din WebAssembly-applikation:

• Krascha eller misslyckas med att ladda i äldre webbläsare.
• Prestera dåligt på grund av saknade optimeringar.
• Uppvisa inkonsekvent beteende över olika plattformar.

Därför är det avgörande att förstå och implementera funktionsdetektering för att bygga robusta och högpresterande WebAssembly-applikationer.

Förstå WebAssembly-funktioner

Innan vi dyker in i tekniker för funktionsdetektering är det viktigt att förstå de olika typerna av funktioner som WebAssembly erbjuder. Dessa funktioner kan grovt kategoriseras som:

• Kärnfunktioner: Dessa är de grundläggande byggstenarna i WebAssembly, såsom grundläggande datatyper (i32, i64, f32, f64), kontrollflödesinstruktioner (if, else, loop, br) och primitiver för minneshantering. Dessa funktioner är generellt väl understödda i alla webbläsare.
• Standardförslag: Det här är funktioner som aktivt utvecklas och standardiseras av WebAssembly-gemenskapen. Exempel inkluderar trådar, SIMD, undantagshantering och referenstyper. Stödet för dessa funktioner varierar avsevärt mellan olika webbläsare.
• Icke-standardiserade tillägg: Det här är funktioner som är specifika för vissa WebAssembly-runtimes eller miljöer. De är inte en del av den officiella WebAssembly-specifikationen och är kanske inte portabla till andra plattformar.

När du utvecklar en WebAssembly-applikation är det viktigt att vara medveten om de funktioner du använder och deras stödnivå i olika målmiljöer.

Tekniker för funktionsdetektering i WebAssembly

Det finns flera tekniker du kan använda för att detektera WebAssembly-funktioner vid körning. Dessa tekniker kan grovt klassificeras som:

• JavaScript-baserad funktionsdetektering: Detta innebär att man använder JavaScript för att fråga webbläsaren om specifika WebAssembly-kapaciteter.
• WebAssembly-baserad funktionsdetektering: Detta innebär att man kompilerar en liten WebAssembly-modul som testar för specifika funktioner och returnerar ett resultat.
• Villkorlig kompilering: Detta innebär att man använder kompileringsflaggor för att inkludera eller exkludera kod baserat på målmiljön.

Låt oss utforska var och en av dessa tekniker mer i detalj.

JavaScript-baserad funktionsdetektering

JavaScript-baserad funktionsdetektering är den vanligaste och mest utbredda metoden. Den förlitar sig på WebAssembly-objektet i JavaScript, som ger tillgång till olika egenskaper och metoder för att fråga webbläsarens WebAssembly-kapaciteter.

Kontrollera grundläggande stöd för WebAssembly

Den mest grundläggande kontrollen är att verifiera att WebAssembly-objektet finns:

            if (typeof WebAssembly === "object") {
 console.log("WebAssembly stöds!");
} else {
 console.log("WebAssembly stöds inte!");
}
            

              
                Copy
              
            
          

Kontrollera specifika funktioner

Tyvärr exponerar inte WebAssembly-objektet direkt egenskaper för att kontrollera specifika funktioner som trådar eller SIMD. Du kan dock använda ett smart knep för att detektera dessa funktioner genom att försöka kompilera en liten WebAssembly-modul som använder dem. Om kompileringen lyckas stöds funktionen; annars gör den det inte.

Här är ett exempel på hur man kontrollerar stöd för 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 stöds!");
 } else {
 console.log("SIMD stöds inte!");
 }
});
            

              
                Copy
              
            
          

Denna kod försöker kompilera en WebAssembly-modul som använder i8x16.mul SIMD-instruktionen. Om kompileringen lyckas betyder det att webbläsaren stöder SIMD. Om den misslyckas betyder det att SIMD inte stöds.

Viktiga överväganden:

• Asynkrona operationer: WebAssembly-kompilering är en asynkron operation, så du måste använda async och await för att hantera promise.
• Felhantering: Omslut alltid kompileringen i ett try...catch-block för att hantera potentiella fel.
• Modulstorlek: Håll testmodulen så liten som möjligt för att minimera overheaden av funktionsdetektering.
• Prestandapåverkan: Att upprepade gånger kompilera WebAssembly-moduler kan vara kostsamt. Cacha resultaten av funktionsdetektering för att undvika onödiga omkompileringar. Använd `sessionStorage` eller `localStorage` för att spara resultaten.

WebAssembly-baserad funktionsdetektering

WebAssembly-baserad funktionsdetektering innebär att man kompilerar en liten WebAssembly-modul som direkt testar för specifika funktioner. Denna metod kan vara mer effektiv än JavaScript-baserad funktionsdetektering, eftersom den undviker overheaden av JavaScript-interop.

Grundidén är att definiera en funktion i WebAssembly-modulen som försöker använda den aktuella funktionen. Om funktionen exekveras framgångsrikt stöds funktionen; annars gör den det inte.

Här är ett exempel på hur man kontrollerar stöd för undantagshantering med hjälp av WebAssembly:

1. Skapa en WebAssembly-modul (t.ex. `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. Skapa en JavaScript-omslutning:

               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; // Undantagshantering stöds om den returnerar 1
    } catch (e) {
     return false; // Undantagshantering stöds inte
    }
   }
   
   hasExceptionHandling().then(supported => {
    if (supported) {
    console.log("Undantagshantering stöds!");
    } else {
    console.log("Undantagshantering stöds inte!");
    }
   });
   
               
   
                 
                   Copy
                 
               
             

I det här exemplet importerar WebAssembly-modulen en funktion throw_test från JavaScript, som alltid kastar ett undantag. Funktionen test_exceptions försöker anropa throw_test inom ett try...catch-block. Om undantagshantering stöds kommer catch-blocket att exekveras, och funktionen returnerar 0; annars kommer undantaget att propagera till JavaScript, och funktionen returnerar 1.

Fördelar:

• Potentiellt mer effektivt än JavaScript-baserad funktionsdetektering.
• Mer direkt kontroll över funktionen som testas.

Nackdelar:

• Kräver att man skriver WebAssembly-kod.
• Kan vara mer komplext att implementera.

Villkorlig kompilering

Villkorlig kompilering innebär att man använder kompileringsflaggor för att inkludera eller exkludera kod baserat på målmiljön. Denna teknik är särskilt användbar när du känner till målmiljön i förväg (t.ex. när du bygger för en specifik webbläsare eller plattform).

De flesta verktygskedjor för WebAssembly erbjuder mekanismer för att definiera kompileringsflaggor som kan användas för att villkorligt inkludera eller exkludera kod. Till exempel, i Emscripten kan du använda -D-flaggan för att definiera preprocessormakron.

Här är ett exempel på hur man använder villkorlig kompilering för att aktivera eller inaktivera SIMD-instruktioner:

            #ifdef ENABLE_SIMD
 // Kod som använder SIMD-instruktioner
 i8x16.add ...
#else
 // Fallback-kod som inte använder SIMD
 i32.add ...
#endif

            

              
                Copy
              
            
          

När du kompilerar koden kan du definiera ENABLE_SIMD-makrot med -D-flaggan:

            emcc -DENABLE_SIMD my_module.c -o my_module.wasm
            

              
                Copy
              
            
          

Om ENABLE_SIMD-makrot är definierat kommer koden som använder SIMD-instruktioner att inkluderas; annars kommer fallback-koden att inkluderas.

Fördelar:

• Kan avsevärt förbättra prestandan genom att skräddarsy koden för målmiljön.
• Minskar overheaden av funktionsdetektering vid körning.

Nackdelar:

• Kräver att man känner till målmiljön i förväg.
• Kan leda till kodduplicering om du behöver stödja flera miljöer.
• Ökar byggkomplexiteten

Praktiska exempel och användningsfall

Låt oss utforska några praktiska exempel på hur man använder funktionsdetektering i WebAssembly-applikationer.

Exempel 1: Använda trådar

WebAssembly-trådar låter dig utföra parallella beräkningar, vilket avsevärt kan förbättra prestandan för CPU-intensiva uppgifter. Dock stöder inte alla webbläsare WebAssembly-trådar.

Så här använder du funktionsdetektering för att avgöra om trådar stöds och använda dem om de är tillgängliga:

            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("Trådar stöds!");
  // Använd WebAssembly-trådar
 } else {
  console.log("Trådar stöds inte!");
  // Använd en fallback-mekanism (t.ex. web workers)
 }
});

            

              
                Copy
              
            
          

Denna kod kontrollerar först förekomsten av SharedArrayBuffer (ett krav för Wasm-trådar) och försöker sedan kompilera en minimal modul för att bekräfta att webbläsaren kan hantera trådrelaterade instruktioner.

Om trådar stöds kan du använda dem för att utföra parallella beräkningar. Annars kan du använda en fallback-mekanism, såsom web workers, för att uppnå samtidighet.

Exempel 2: Optimering för SIMD

SIMD-instruktioner (Single Instruction, Multiple Data) låter dig utföra samma operation på flera dataelement samtidigt, vilket avsevärt kan förbättra prestandan för dataparallella uppgifter. SIMD-stöd varierar dock mellan olika webbläsare.

Så här använder du funktionsdetektering för att avgöra om SIMD stöds och använda det om det är tillgängligt:

            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 stöds!");
  // Använd SIMD-instruktioner för dataparallella uppgifter
 } else {
  console.log("SIMD stöds inte!");
  // Använd skalära instruktioner för dataparallella uppgifter
 }
});

            

              
                Copy
              
            
          

Om SIMD stöds kan du använda SIMD-instruktioner för att utföra dataparallella uppgifter mer effektivt. Annars kan du använda skalära instruktioner, vilket blir långsammare men fortfarande fungerar korrekt.

Bästa praxis för funktionsdetektering i WebAssembly

Här är några bästa praxis att ha i åtanke när du implementerar funktionsdetektering i WebAssembly:

• Detektera funktioner tidigt: Utför funktionsdetektering så tidigt som möjligt i din applikations livscykel. Detta gör att du kan anpassa din kod därefter innan några prestandakritiska operationer utförs.
• Cacha resultat från funktionsdetektering: Funktionsdetektering kan vara en kostsam operation, särskilt om den involverar kompilering av WebAssembly-moduler. Cacha resultaten för att undvika onödiga omkompileringar. Använd mekanismer som `sessionStorage` eller `localStorage` för att spara dessa resultat mellan sidladdningar.
• Tillhandahåll fallback-mekanismer: Tillhandahåll alltid fallback-mekanismer för funktioner som inte stöds. Detta säkerställer att din applikation fortfarande fungerar korrekt, även i äldre webbläsare.
• Använd bibliotek för funktionsdetektering: Överväg att använda befintliga bibliotek för funktionsdetektering, som Modernizr, för att förenkla processen.
• Testa noggrant: Testa din applikation noggrant i olika webbläsare och plattformar för att säkerställa att funktionsdetekteringen fungerar korrekt.
• Överväg progressiv förbättring: Designa din applikation med en progressiv förbättringsstrategi. Det innebär att du börjar med en grundläggande funktionalitet som fungerar i alla webbläsare och sedan successivt förbättrar applikationen med mer avancerade funktioner om de stöds.
• Dokumentera din strategi för funktionsdetektering: Dokumentera tydligt din strategi för funktionsdetektering i din kodbas. Detta gör det lättare för andra utvecklare att förstå hur din applikation anpassar sig till olika miljöer.
• Övervaka funktionsstöd: Håll dig uppdaterad om de senaste WebAssembly-funktionerna och deras stödnivå i olika webbläsare. Detta gör att du kan justera din strategi för funktionsdetektering vid behov. Webbplatser som Can I Use är ovärderliga resurser för att kontrollera webbläsarstöd för olika tekniker.

Slutsats

Funktionsdetektering i WebAssembly är en avgörande aspekt för att bygga robusta och plattformsoberoende webbapplikationer. Genom att förstå de olika teknikerna för funktionsdetektering och följa bästa praxis kan du säkerställa att din applikation körs smidigt i olika miljöer och drar nytta av de senaste WebAssembly-funktionerna när de är tillgängliga.

I takt med att WebAssembly fortsätter att utvecklas kommer funktionsdetektering att bli ännu viktigare. Genom att hålla dig informerad och anpassa dina utvecklingsmetoder kan du säkerställa att dina WebAssembly-applikationer förblir högpresterande och kompatibla i många år framöver.

Den här artikeln gav en omfattande översikt över funktionsdetektering i WebAssembly. Genom att implementera dessa tekniker kan du leverera en bättre användarupplevelse och bygga mer motståndskraftiga och högpresterande webbapplikationer.