JavaScript工做原理（六）：WebAssembly比較分析和特定狀況下最好在JavaScript上使用它

咱們將拆分WebAssembly來分析它的工做原理，更重要的是，它在性能方面如何提高JavaScript：加載時間，執行速度，垃圾回收，內存使用率，平臺API訪問，調試，多線程和可移植性。

咱們構建Web應用程序的方式正處於革命的邊緣 - 這仍然是初期階段，但咱們對Web應用程序的見解正在發生變化。

首先，讓咱們看看WebAssembly的功能

WebAssembly（又名wasm）是一種高效的，低級的網絡字節碼。

WASM使您可以使用JavaScript之外的語言（例如C，C ++，Rust或其餘），在其中編寫程序，而後將其編譯（提早）到WebAssembly。

其結果是一個加載和執行速度很是快的Web應用程序。

加載時間

爲了加載JavaScript，瀏覽器必須加載全部文本的.js文件。

WebAssembly在瀏覽器中加載速度更快，由於只有已編譯的wasm文件必須經過互聯網傳輸。而wasm是一種很是簡潔的二進制格式的低級彙編語言。

執行

今天Wasm比本地代碼執行速度慢20％。不管如何，這是一個驚人的結果。它是一種編譯到沙箱環境中的格式，而且在不少約束條件下運行，以確保它沒有安全漏洞，或者對它們很是強硬。與真正的本地代碼相比，速度降低很小。更重要的是，將來它會更快。

更好的是，它與瀏覽器無關 - 全部主要引擎都增長了對WebAssembly的支持，而且如今提供相似的執行時間。

爲了理解WebAssembly與JavaScript相比執行得有多快，您應該先閱讀咱們關於JavaScript引擎如何工做的文章。

咱們來看看V8中會發生什麼樣的快速概述：

在左側，咱們有一些JavaScript源代碼，包含JavaScript函數。它首先須要進行分析，以便將全部字符串轉換爲標記並生成抽象語法樹（AST）。AST是JavaScript程序邏輯的內存表示。一旦生成這種表示，V8直接轉到機器碼。基本上遍歷樹，生成機器代碼，生成你的編譯後的函數。 沒有真正的嘗試來加速它。

如今，咱們來看看V8管道在下一階段的功能：

此次咱們有TurboFan，V8的優化編譯器之一。當您的JavaScript應用程序正在運行時，不少代碼在V8中運行。TurboFan能夠監控某些內容是否運行緩慢，是否存在瓶頸和熱點以優化它們。它將它們推送到後端，這是一個優化的JIT，它爲那些耗時耗力CPU的函數建立了更快的代碼。

它解決了這個問題，但這裏的問題在於，分析代碼並決定優化哪些內容的過程也會消耗CPU。 這反過來又意味着更高的電池消耗，特別是在移動設備上。

那麼，wasm並不須要全部這些 - 它會被插入工做流程中，以下所示：

在彙編階段，wasm已經經過優化。最重要的是，解析也不是必需的。你有一個優化的二進制文件，能夠直接掛接到能夠生成機器碼的後端。 全部優化都由編譯器在前端完成。

這使得執行wasm更有效率，由於流程中的不少步驟均可以簡單地跳過。

內存模型

例如，編譯成WebAssembly的C++程序的內存是連續的內存塊，其中沒有「洞」。有助於提升安全性的wasm的特性之一是執行堆棧與線性內存分離的概念。在一個C++程序中，你有一堆，你從堆的底部分配，而後從堆頂部開始堆棧。能夠帶一個指針，而後在堆棧內存中查找，以便玩弄你不該該觸摸的變量。

這是不少惡意軟件利用的陷阱。

WebAssembly採用徹底不一樣的模型。執行堆棧與WebAssembly程序自己是分開的，所以您沒法在其中修改並更改變量等內容。並且，這些函數使用整數偏移而不是指針。函數指向一個間接函數表。而後這些直接計算的數字跳轉到模塊內部的函數中。它是以這種方式構建的，以便您能夠並排加載多個wasm模塊，並抵消全部索引，而且一切正常。

有關JavaScript中內存模型和管理的更多信息，能夠查看關於該主題的很是詳細的帖子。

垃圾收集

您已經知道JavaScript的內存管理是使用垃圾收集器處理的。

WebAssembly的狀況有點不一樣。它支持手動管理內存的語言。您能夠將本身的GC與您的wasm模塊一塊兒發貨，但這是一項複雜的任務。

目前，WebAssembly是圍繞C++和RUST用例設計的。因爲wasm是很是低級的，所以編程語言只是彙編語言之上的一個步驟就很容易編譯。 C可使用普通的malloc，C++可使用智能指針，Rust使用徹底不一樣的範例（徹底不一樣的主題）。這些語言不使用GC，所以它們不須要全部複雜的運行時間內容來跟蹤內存。 WebAssembly對他們來講是天做之合。

另外，這些語言並非100％設計用於調用DOM等複雜的JavaScript事物。在C++中編寫整個HTML應用程序是沒有意義的，由於C++不是爲它設計的。在大多數狀況下，當工程師編寫C++或Rust時，他們的目標是WebGL或高度優化的庫（例如繁重的數學計算）。

可是，未來WebAssembly將支持不附帶GC的語言。

平臺API訪問

取決於執行JavaScript的運行時，訪問特定於平臺的API將被公開，可經過JavaScript應用程序直接訪問。例如，若是您在瀏覽器中運行JavaScript，則您有一組Web API，Web應用程序能夠調用它來控制Web瀏覽器/設備功能並訪問DOM，CSSOM，WebGL，IndexedDB，Web Audio API等。

那麼，WebAssembly模塊沒法訪問任何平臺API。一切都是由JavaScript調解的。若是您想訪問WebAssembly模塊中的某些平臺特定的API，則必須經過JavaScript調用它。

例如，若是您想使用console.log，則必須經過JavaScript調用它，而不是使用C ++代碼。這些JavaScript調用的成本有所下降。

這並不老是如此。該規範將在將來爲平臺API提供wasm，而且您將可以在沒有JavaScript的狀況下發布您的應用程序。

源地圖

當您壓縮JavaScript代碼時，您須要一種正確調試它的方法。這就是Source Maps來拯救的地方。
基本上，源地圖是一種將組合/縮小文件映射回未創建狀態的方法。當您爲生產而構建時，同時縮小和組合您的JavaScript文件，您將生成一個包含原始文件信息的源映射。當您在生成的JavaScript中查詢某一行和列號時，能夠在返回原始位置的源地圖中執行查找。

WebAssembly目前不支持源地圖，由於沒有規範，但最終（可能很快）。

當您在C++代碼中設置斷點時，您將看到C++代碼而不是WebAssembly。至少，這是目標。

多線程

JavaScript在單個線程上運行。有不少方法能夠利用Event Loop並利用異步編程，如咱們關於該主題的文章中詳細介紹的那樣。

JavaScript也使用Web Workers，但他們有一個很是具體的用例 - 基本上，任何激烈的CPU計算會阻止主UI線程，把他們放到Web Worker中將會受益。可是，Web Workers沒法訪問DOM。

WebAssembly目前不支持多線程。可是，這多是將來的事情。 Wasm將接近本地線程（例如C++樣式線程）。擁有「真實」的線程將在瀏覽器中創造出許多新的機會。固然，這將打開更多濫用可能性的大門。

可移植性

現在，JavaScript幾乎能夠在任何地方運行，從瀏覽器到服務器端甚至嵌入式系統。

WebAssembly被設計爲安全和便攜。就像JavaScript同樣。 它將運行在支持主機的每一個環境中（例如每一個瀏覽器）。

WebAssembly具備與Java初期嘗試實現的Appliets相同的目標

在JavaScript上使用WebAssembly哪裏更好？

在WebAssembly的第一個版本中，主要關注CPU佔用大的計算（例如處理數學）。想到的最主流的用途是遊戲 - 那裏有大量的像素操做。您可使用您習慣的OpenGL綁定在C ++ / Rust中編寫您的應用程序，並將其編譯爲wasm。它會在瀏覽器中運行。

看看這個（在Firefox中運行） - http://s3.amazonaws.com/mozil...。這是運行虛幻引擎。

另外一種使用WebAssembly（性能方面）可能有意義的狀況是實現一些庫，這是一個CPU密集型工做。例如，一些圖像處理。

如前所述，因爲大多數處理步驟在編譯期間已提早完成，所以能夠減小移動設備上的電池消耗（取決於引擎）。

未來，即便您實際上沒有編寫編譯代碼，您也可使用WASM二進制文件。您能夠在NPM中找到開始使用此方法的項目。

對於DOM操做和沉重的平臺API使用，使用JavaScript確實頗有意義，由於它不會增長額外開銷，而且API自己提供。