WebAssembly Export Object: Modül Dışa Aktarma Yapılandırması İçin Kapsamlı Bir Kılavuz

WebAssembly (Wasm), modern tarayıcılarda kodu çalıştırmak için yüksek performanslı, taşınabilir ve güvenli bir yol sağlayarak web geliştirmede devrim yarattı. WebAssembly'nin işlevselliğinin kritik bir yönü, dışa aktarma nesnesi aracılığıyla çevreleyen JavaScript ortamıyla etkileşim kurma yeteneğidir. Bu nesne bir köprü görevi görerek JavaScript kodunun bir WebAssembly modülü içinde tanımlanan fonksiyonlara, belleğe, tablolara ve global değişkenlere erişmesine ve bunları kullanmasına olanak tanır. WebAssembly dışa aktarmalarını yapılandırmayı ve yönetmeyi anlamak, verimli ve sağlam web uygulamaları oluşturmak için esastır. Bu kılavuz, WebAssembly dışa aktarma nesnelerinin kapsamlı bir incelemesini sunarak modül dışa aktarma yapılandırmasını, farklı dışa aktarma türlerini, en iyi uygulamaları ve optimum performans ve birlikte çalışabilirlik için ileri düzey teknikleri kapsamaktadır.

WebAssembly Export Object Nedir?

Bir WebAssembly modülü derlenip örneklendiğinde, bir örnek nesnesi üretir. Bu örnek nesnesi, exports adlı bir özelliğe sahiptir; bu da dışa aktarma nesnesidir. Dışa aktarma nesnesi, WebAssembly modülünün JavaScript kodu tarafından kullanıma sunduğu çeşitli varlıklara (fonksiyonlar, bellek, tablolar, global değişkenler) referansları tutan bir JavaScript nesnesidir.

Bunu WebAssembly modülünüz için genel bir API gibi düşünün. JavaScript'in Wasm modülünün içindeki kodu ve verileri "görebilmesinin" ve bunlarla etkileşim kurabilmesinin yoludur.

Temel Kavramlar

• Modül: Derlenmiş bir WebAssembly ikili dosyası (.wasm dosyası).
• Örnek: Bir WebAssembly modülünün çalışma zamanı örneği. Kodun aslında yürütüldüğü ve belleğin ayrıldığı yer burasıdır.
• Dışa Aktarma Nesnesi: Bir WebAssembly örneğinin dışa aktarılan üyelerini içeren bir JavaScript nesnesi.
• Dışa Aktarılan Üyeler: WebAssembly modülünün JavaScript tarafından kullanıma sunduğu fonksiyonlar, bellek, tablolar ve global değişkenler.

WebAssembly Modül Dışa Aktarmalarını Yapılandırma

Bir WebAssembly modülünden nelerin dışa aktarılacağını yapılandırma süreci, öncelikle derleme zamanında, WebAssembly'ye derlenen kaynak kod içinde yapılır. Belirli sözdizimi ve yöntemler, kullandığınız kaynak dile (örneğin, C, C++, Rust, AssemblyScript) bağlıdır. Bazı yaygın dillerde dışa aktarmaların nasıl bildirildiğini inceleyelim:

Emscripten ile C/C++

Emscripten, C ve C++ kodunu WebAssembly'ye derlemek için popüler bir araç zinciridir. Bir fonksiyonu dışa aktarmak için genellikle EMSCRIPTEN_KEEPALIVE makrosunu kullanırsınız veya Emscripten ayarlarında dışa aktarmaları belirtirsiniz.

Örnek: EMSCRIPTEN_KEEPALIVE kullanarak bir fonksiyon dışa aktarma

C kodu:

#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;
}

Bu örnekte, add ve multiply fonksiyonları EMSCRIPTEN_KEEPALIVE ile işaretlenmiştir; bu da Emscripten'e bunları dışa aktarma nesnesine dahil etmesini söyler.

Örnek: Emscripten ayarlarını kullanarak bir fonksiyon dışa aktarma

Derleme sırasında -s EXPORTED_FUNCTIONS bayrağını kullanarak da dışa aktarmaları belirtebilirsiniz:

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

Bu komut, Emscripten'e _add ve `_multiply` fonksiyonlarını dışa aktarmasını söyler (Emscripten'in genellikle eklediği başındaki alt çizgiyi not edin). Sonuç JavaScript dosyası (add.js), WebAssembly modülünü yüklemek ve etkileşim kurmak için gerekli kodu içerecektir ve `add` ve `multiply` fonksiyonları dışa aktarma nesnesi aracılığıyla erişilebilir olacaktır.

wasm-pack ile Rust

Rust, WebAssembly geliştirmesi için başka bir mükemmel dildir. wasm-pack aracı, Rust kodunu WebAssembly için derleme ve paketleme sürecini basitleştirir.

Örnek: Rust'ta bir fonksiyon dışa aktarma

Rust kodu:

#[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
}

Bu örnekte, #[no_mangle] özniteliği, Rust derleyicisinin fonksiyon adlarını karmaşıklaştırmasını engeller ve pub extern "C" fonksiyonları C uyumlu ortamlardan (WebAssembly dahil) erişilebilir hale getirir. Ayrıca Cargo.toml'deki `wasm-bindgen` bağımlılığını eklemeniz gerekir.

Bunu derlemek için şunları kullanırsınız:

wasm-pack build

Ortaya çıkan paket, bir WebAssembly modülü (.wasm dosyası) ve modülle etkileşimi kolaylaştıran bir JavaScript dosyası içerecektir.

AssemblyScript

AssemblyScript, doğrudan WebAssembly'ye derlenen TypeScript benzeri bir dildir. JavaScript geliştiricileri için tanıdık bir sözdizimi sunar.

Örnek: AssemblyScript'te bir fonksiyon dışa aktarma

AssemblyScript kodu:

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

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

AssemblyScript'te, dışa aktarma nesnesine dahil edilecek fonksiyonları belirtmek için basitçe export anahtar kelimesini kullanırsınız.

Derleme:

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

WebAssembly Dışa Aktarma Türleri

WebAssembly modülleri dört ana varlık türünü dışa aktarabilir:

• Fonksiyonlar: Yürütülebilir kod blokları.
• Bellek: WebAssembly modülü tarafından kullanılan doğrusal bellek.
• Tablolar: Fonksiyon referanslarının dizileri.
• Global Değişkenler: Değiştirilebilir veya değiştirilemez veri değerleri.

Fonksiyonlar

Dışa aktarılan fonksiyonlar en yaygın dışa aktarma türüdür. JavaScript kodunun WebAssembly modülü içindeki fonksiyonları çağırmasına olanak tanır.

Örnek (JavaScript): Dışa aktarılan bir fonksiyonu çağırma

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

Bellek

Belleği dışa aktarmak, JavaScript'in WebAssembly modülünün doğrusal belleğine doğrudan erişmesine ve bunları değiştirmesine olanak tanır. Bu, JavaScript ve WebAssembly arasında veri paylaşımı için yararlı olabilir, ancak bellek bozulmasını önlemek için dikkatli yönetim gerektirir.

Örnek (JavaScript): Dışa aktarılan belleğe erişme

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

// Belleğe bir değer yazma
buffer[0] = 42;

// Bellekten bir değer okuma
const value = buffer[0]; // value 42 olacaktır

console.log(value);

Tablolar

Tablolar, fonksiyon referanslarının dizileridir. Dinamik dağıtım ve fonksiyon işaretçilerini WebAssembly'de uygulamak için kullanılırlar. Bir tabloyu dışa aktarmak, JavaScript'in tablo aracılığıyla dolaylı olarak fonksiyonları çağırmasına olanak tanır.

Örnek (JavaScript): Dışa aktarılan tabloya erişme

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

// Tablonun fonksiyon referansları içerdiğini varsayarak
const functionIndex = 0; // Tablodaki fonksiyonun indeksi
const func = table.get(functionIndex);

// Fonksiyonu çağırma
const result = func(5, 3);
console.log(result);

Global Değişkenler

Global değişkenleri dışa aktarmak, JavaScript'in WebAssembly modülünde tanımlanan global değişkenlerin değerlerini okumasına ve (değişken değiştirilebilir ise) değiştirmesine olanak tanır.

Örnek (JavaScript): Dışa aktarılan global değişkene erişme

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

// Değeri okuma
const value = globalVar.value;
console.log(value);

// Değeri değiştirme (değiştirilebilir ise)
globalVar.value = 100;

WebAssembly Dışa Aktarma Yapılandırması İçin En İyi Uygulamalar

WebAssembly dışa aktarımlarını yapılandırırken, optimum performans, güvenlik ve sürdürülebilirlik sağlamak için en iyi uygulamaları izlemek önemlidir.

Dışa Aktarımları En Aza İndirin

Yalnızca JavaScript etkileşimi için kesinlikle gerekli olan fonksiyonları ve verileri dışa aktarın. Aşırı dışa aktarımlar, dışa aktarma nesnesinin boyutunu artırabilir ve potansiyel olarak performansı etkileyebilir.

Verimli Veri Yapıları Kullanın

JavaScript ve WebAssembly arasında veri paylaşırken, veri dönüştürme yükünü en aza indiren verimli veri yapıları kullanın. Optimum performans için tipli dizileri (Uint8Array, Float32Array, vb.) düşünün.

Girdileri ve Çıktıları Doğrulayın

Beklenmeyen davranışları ve potansiyel güvenlik açıklarını önlemek için WebAssembly fonksiyonlarına ve dışına yapılan girdileri ve çıktıları her zaman doğrulayın. Bu, özellikle bellek erişimiyle uğraşırken önemlidir.

Belleği Dikkatli Yönetin

Belleği dışa aktarırken, JavaScript'in ona nasıl eriştiği ve bunları nasıl değiştirdiği konusunda son derece dikkatli olun. Yanlış bellek erişimi, bellek bozulmasına ve çökmelere neden olabilir. Kontrollü bir şekilde bellek erişimini yönetmek için WebAssembly modülü içindeki yardımcı fonksiyonları kullanmayı düşünün.

Mümkün Olduğunda Doğrudan Bellek Erişiminden Kaçının

Doğrudan bellek erişimi verimli olsa da, karmaşıklık ve potansiyel riskler de getirir. Kod bakımını iyileştirmek ve hata riskini azaltmak için bellek erişimini kapsülleyen fonksiyonlar gibi daha üst düzey soyutlamalar kullanmayı düşünün. Örneğin, JavaScript'in doğrudan arabelleğe müdahale etmek yerine, belleğinin belirli konumlarındaki değerleri almak ve ayarlamak için WebAssembly fonksiyonlarına sahip olabilirsiniz.

Görev İçin Doğru Dili Seçin

WebAssembly'de gerçekleştirdiğiniz belirli görevlere en uygun programlama dilini seçin. Hesaplama açısından yoğun görevler için C, C++ veya Rust iyi seçenekler olabilir. JavaScript ile yakın entegrasyon gerektiren görevler için AssemblyScript daha iyi bir seçenek olabilir.

Güvenlik Etkilerini Düşünün

Belirli türde verilerin veya işlevselliğin dışa aktarılmasının güvenlik etkilerinin farkında olun. Örneğin, belleği doğrudan dışa aktarmak, dikkatli bir şekilde ele alınmadığı takdirde WebAssembly modülünü potansiyel arabellek taşması saldırılarına maruz bırakabilir. Gerekmedikçe hassas verileri dışa aktarmaktan kaçının.

İleri Düzey Teknikler

Paylaşılan Bellek İçin SharedArrayBuffer Kullanma

SharedArrayBuffer, JavaScript ve birden fazla WebAssembly örneği (veya hatta birden fazla iş parçacığı) arasında paylaşılabilen bir bellek arabelleği oluşturmanıza olanak tanır. Bu, paralel hesaplamaları ve paylaşılan veri yapılarını uygulamak için yararlı olabilir.

Örnek (JavaScript): SharedArrayBuffer kullanma

// Bir SharedArrayBuffer oluşturma
const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(1024);

// Paylaşılan arabellek ile bir WebAssembly modülü örnekleme
const wasm = await WebAssembly.instantiateStreaming(fetch('module.wasm'), {
  env: {
    memory: new WebAssembly.Memory({ shared: true, initial: 1024, maximum: 1024 }),
  },
});

// Paylaşılan arabelleğe JavaScript'ten erişme
const buffer = new Uint8Array(sharedBuffer);

// Paylaşılan arabelleğe WebAssembly'den erişme (belirli yapılandırma gerektirir)
// (örneğin, senkronizasyon için atomikleri kullanarak)

Önemli: SharedArrayBuffer kullanmak, birden fazla iş parçacığı veya örnek arabelleğe aynı anda eriştiğinde yarış durumlarını önlemek için uygun senkronizasyon mekanizmalarına (örneğin, atomikler) ihtiyaç duyar.

Asenkron İşlemler

WebAssembly içindeki uzun süren veya engelleyici işlemler için, ana JavaScript iş parçacığını engellemekten kaçınmak için asenkron teknikleri kullanmayı düşünün. Bu, Emscripten'de Asyncify özelliği kullanılarak veya Promise'ler veya geri çağırmalar kullanılarak özel asenkron mekanizmalar uygulayarak elde edilebilir.

Bellek Yönetimi Stratejileri

WebAssembly'nin yerleşik bir çöp toplayıcısı yoktur. Özellikle daha karmaşık programlar için belleği manuel olarak yönetmeniz gerekecektir. Bu, WebAssembly modülü içinde özel bellek ayırıcıları kullanmayı veya harici bellek yönetimi kütüphanelerine güvenmeyi içerebilir.

Akışlı Derleme

WebAssembly modüllerini doğrudan bir bayt akışından derlemek ve örneklemek için WebAssembly.instantiateStreaming kullanın. Bu, tarayıcının tüm dosya indirilmeden önce modülü derlemeye başlamasına izin vererek başlangıç süresini iyileştirebilir. Bu, modülleri yüklemek için tercih edilen yöntem haline gelmiştir.

Performans İçin Optimizasyon

Uygun veri yapıları, algoritmalar ve derleyici bayrakları kullanarak WebAssembly kodunuzu performans için optimize edin. Darboğazları belirlemek ve buna göre optimize etmek için kodunuzu profilleyin. Paralel işleme için SIMD (Tek Komut, Çoklu Veri) talimatlarını kullanmayı düşünün.

Gerçek Dünya Örnekleri ve Kullanım Durumları

WebAssembly çok çeşitli uygulamalarda kullanılır, bunlar arasında:

• Oyunlar: Mevcut oyunları web'e taşımak ve yeni yüksek performanslı web oyunları oluşturmak.
• Görüntü ve Video İşleme: Tarayıcıda karmaşık görüntü ve video işleme görevlerini gerçekleştirmek.
• Bilimsel Hesaplama: Tarayıcıda hesaplama açısından yoğun simülasyonlar ve veri analizi uygulamaları çalıştırmak.
• Kriptografi: Kriptografik algoritmaları ve protokolleri güvenli ve taşınabilir bir şekilde uygulamak.
• Codec'ler: Video veya ses kodlama ve kod çözme gibi tarayıcı içi medya codec'lerini ve sıkıştırma/sıkıştırma çözme işlemlerini işlemek.
• Sanal Makineler: Sanal makineleri güvenli ve performanslı bir şekilde uygulamak.
• Sunucu Taraflı Uygulamalar: Birincil kullanım tarayıcılar olsa da, WASM sunucu taraflı ortamlarda da kullanılabilir.

Örnek: WebAssembly ile Görüntü İşleme

Tarayıcı tabanlı bir görüntü düzenleyici oluşturduğunuzu hayal edin. Görüntü filtreleme, yeniden boyutlandırma ve renk işleme gibi performans açısından kritik görüntü işleme işlemlerini uygulamak için WebAssembly'yi kullanabilirsiniz. WebAssembly modülü, girdi olarak görüntü verisi alan ve işlenmiş görüntü verisi olarak çıktı döndüren fonksiyonları dışa aktarabilir. Bu, ağır işlemleri JavaScript'ten uzaklaştırarak daha akıcı ve duyarlı bir kullanıcı deneyimi sağlar.

Örnek: WebAssembly ile Oyun Geliştirme

Birçok oyun geliştiricisi, mevcut oyunları web'e taşımak veya yeni yüksek performanslı web oyunları oluşturmak için WebAssembly kullanmaktadır. WebAssembly, onlara neredeyse yerel performans elde etmelerine olanak tanır, bu da tarayıcıda karmaşık 3D grafikler ve fizik simülasyonları çalıştırmalarını sağlar. Unity ve Unreal Engine gibi popüler oyun motorları WebAssembly dışa aktarımını desteklemektedir.

Sonuç

WebAssembly dışa aktarma nesnesi, WebAssembly modülleri ve JavaScript kodu arasında iletişim ve etkileşim sağlamak için çok önemli bir mekanizmadır. Modül dışa aktarımlarının nasıl yapılandırılacağını, farklı dışa aktarma türlerini yönetmeyi ve en iyi uygulamaları izlemeyi anlayarak, geliştiriciler WebAssembly'nin gücünden yararlanan verimli, güvenli ve sürdürülebilir web uygulamaları oluşturabilirler. WebAssembly gelişmeye devam ettikçe, yenilikçi ve yüksek performanslı web deneyimleri oluşturmak için dışa aktarma yeteneklerine hakim olmak gerekli olacaktır.

Bu kılavuz, temel kavramlardan ileri düzey tekniklere kadar her şeyi kapsayan WebAssembly dışa aktarma nesnelerine kapsamlı bir genel bakış sunmuştur. Bu kılavuzda belirtilen bilgi ve en iyi uygulamaları uygulayarak, WebAssembly'yi web geliştirme projelerinizde etkili bir şekilde kullanabilir ve tüm potansiyelini ortaya çıkarabilirsiniz.