本文由雲+社區發表 作者：QQ音樂前端團隊 在識別和描述核心元素的過程中，我們分享了構建SessionStack時使用的一些經驗法則，這是一個輕量級但健壯且高性能的JavaScript應用程式，以幫助用戶實時查看和重現其Web應用程式的缺陷。 這次我們來分析WebAssembly的工作原理，以及在如 ...
本文由雲+社區發表
作者：QQ音樂前端團隊
在識別和描述核心元素的過程中，我們分享了構建SessionStack時使用的一些經驗法則，這是一個輕量級但健壯且高性能的JavaScript應用程式，以幫助用戶實時查看和重現其Web應用程式的缺陷。
這次我們來分析WebAssembly的工作原理，以及在如下幾個方面和JavaScript進行比較：載入時間，執行速度，垃圾回收，記憶體使用情況，平臺API訪問，調試，多線程和可移植性。
WebAssembly的功能
WebAssembly（又名wasm）是一種高效的，低級別的編程語言。 它讓我們能夠使用JavaScript以外的語言（例如C，C ++，Rust或其他）編寫程式，然後將其編譯成WebAssembly，進而生成一個載入和執行速度非常快的Web應用程式。
載入時間
為了載入JavaScript，瀏覽器必須載入所有.js文本文件。 WebAssembly在瀏覽器中載入速度更快，因為只有已編譯的wasm文件才通過互聯網傳輸。並且wasm是一種非常簡潔的二進位格式的低級彙編語言，文件更小。
執行
目前Wasm 比本地代碼執行速度慢20％。這倒是一個令人吃驚的結果，不過，這是一種編譯到沙盒環境中的格式並且在很多約束條件下運行，以確保它沒有安全漏洞或者很難攻防這個漏洞。與真實的本地代碼相比，其實速度下降很小。但是，未來它會更快。
更好的是，它與瀏覽器無關 - 所有主要引擎都增加了對WebAssembly的支持，並且現在提供類似的執行時間。我們來看看簡單看看V8中發生了什麼：
V8 Approach: lazy compilation
在左邊，我們有一些JavaScript源代碼，包含JavaScript函數。它首先需要進行分析，以便將所有字元串轉換為標記並生成抽象語法樹（AST）。AST是JavaScript程式邏輯的記憶體表示。一旦生成這種表示，V8直接轉到機器碼。一般來說，只需要遍歷樹，生成機器代碼，便生成了編譯好的函數。從這個過程可以看出，這個階段並沒有編譯速度的優勢。 現在，我們來看看V8管道在下一階段的功能：
V8管道設計
這次我們有TurboFan，V8的優化編譯器之一。當您的JavaScript應用程式正在運行時，很多代碼在V8中運行。TurboFan可以監控運行緩慢的內容，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，它可以優化那些非常耗cpu的代碼。 雖然它解決了上述問題，但是新的問題在於：分析代碼並決定優化哪些內容的過程也會消耗CPU。這反過來又意味著更高的電池消耗，特別是在移動設備上。 然而，wasm不一樣在於，它會被插入工作流程中，如下所示：
記憶體模型
WebAssembly可信和不可信狀態 例如，編譯成WebAssembly的C ++程式的記憶體是連續的記憶體塊，其中沒有“漏洞”。有助於提高安全性的wasm的特性之一是執行堆棧與線性記憶體分離的概念。在一個C ++程式中，你有一個記憶體堆，你從堆的底部分配，然後從堆頂增漲堆大小。這便產生一個很多惡意軟體利用的漏洞：用一個指針就可以在堆棧記憶體中查找數據從而更改變數，而這些數據本是你不應該訪問到的。
WebAssembly採用完全不同的模型。執行堆棧與WebAssembly程式本身是分開的，因此您無法在其中修改並更改變數等內容。而且，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。然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，以便您可以同時載入多個wasm模塊，形成多個索引列表，並且一切正常。 有關JavaScript中記憶體模型和管理的更多信息，可以查看關於該主題的非常詳細的帖子。
垃圾回收
您已經知道JavaScript的記憶體管理是使用垃圾回收器處理的。
WebAssembly的情況有點不同。它支持手動管理記憶體的語言。您可以自定義在WASM上的垃圾回收模塊，但是這個比較複雜。
目前，WebAssembly是圍繞C ++和RUST用例設計的。由於wasm是非常低級的，因此只有彙編語言上一步的編程語言才易於編譯。C可以使用普通的malloc，C ++可以使用智能指針，Rust使用完全不同的模式（完全不同的主題）。這些語言不使用GC，因此它們不需要所有複雜的運行時內容來跟蹤記憶體。WebAssembly對他們來說是天作之合。
另外，這些語言並不是100％設計用於調用複雜的JavaScript事物，如DOM。在C ++中編寫整個HTML應用程式是沒有意義的，因為C ++不是為它設計的。在大多數情況下，當工程師編寫C ++或Rust時，他們的目標是WebGL或高度優化的庫（例如重數學計算）。
但是，將來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，可以通過你的JavaScript應用程式來訪問平臺相關的API。例如，如果您在瀏覽器中運行JavaScript，則您有一組Web APIs，Web應用程式可以調用它來控制Web瀏覽器/設備功能並訪問DOM, CSSOM, WebGL, IndexedDB, Web Audio API等。
然而，WebAssembly模塊無法訪問任何平臺API。一切都是由JavaScript調用的。如果您想訪問WebAssembly模塊中的某些平臺特定的API，則必須通過JavaScript調用它。
例如，如果你想console.log，你必須通過JavaScript來調用它，而不是你的C ++代碼。這些JavaScript調用的成本有所降低。
這並不總是如此。該規範將在未來為平臺API提供wasm，並且您將能夠在沒有JavaScript的情況下發佈您的應用程式。
Source maps
當您精簡JavaScript源代碼時，您需要一種正確方式調試它。這就需要Source Maps。基本上， Source Maps 是一種將組合/縮小文件映射回未建立狀態的方法。當您為生產而構建時，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，可以在返回原始位置的源地圖中執行查找。
WebAssembly目前不支持source maps，因為沒有規範，但最終會支持（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。
多線程
JavaScript在單個線程上運行。有很多方法可以利用Event Loop並利用非同步編程。
JavaScript也使用Web Workers，但他們有一個非常具體的用例 - 基本上，可能阻塞主UI線程的任何CPU密集計算都可以進入到Web Worker中來提高性能。但是，Web Workers無法訪問DOM。
WebAssembly目前不支持多線程。但是，這可能是未來的事情。Wasm將更接近本地線程（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。當然，這將打開更多濫用可能性的大門。
可移植性
如今，JavaScript幾乎可以在任何地方運行，從瀏覽器到伺服器端甚至嵌入式系統。
WebAssembly被設計為安全和便攜。就像JavaScript一樣。它將運行在支持主機的每個環境中（例如每個瀏覽器）。就像當年的Java的Applets，WebAssembly有相同的可移植性的願景。
哪些場景更合適使用WA
在WebAssembly的第一個版本中，主要關註CPU占用大的計算（例如處理數學）。想到的最主流的用途是游戲 - 那裡有大量的像素操作。您可以使用您習慣的OpenGL在C ++ / Rust中編寫您的應用程式，並將其編譯為wasm。它會在瀏覽器中運行。 看看這個（在Firefox中運行）
http://s3.amazonaws.com/mozilla-games/tmp/2017-02-21-SunTemple/SunTemple.html。
這是 Unreal engine.。
另一種使用WebAssembly（性能方面）可能有意義的情況是實現一些庫，這是一個CPU密集型工作。例如，一些圖像處理。
如前所述，由於大多數處理步驟都是在編譯期間提前完成的，因此wasm可以減少移動設備上的電池消耗（取決於引擎）。
將來，即使您實際上沒有編寫編譯代碼，您也可以使用WASM二進位文件。您可以在NPM中找到開始使用此方法的項目。
對於DOM操作和沉重的平臺API使用，使用JavaScript確實很有意義，因為它不會增加額外的開銷，並且具有本地提供的API。
在SessionStack中，我們不斷增強JavaScript的性能，以編寫高度優化且高效的代碼。我們的解決方案需要提供超快的性能，因為我們不能阻礙客戶應用的性能。將SessionStack集成到生產Web應用程式或網站後，它會開始記錄所有內容：所有DOM更改，用戶交互，JavaScript異常，堆棧跟蹤，失敗的網路請求和調試數據。所有這些都在您的生產環境中進行，而不會影響產品的任何UX和性能。我們需要大量優化我們的代碼並儘可能使其非同步。
不僅僅是庫文件，當在SessionStack中重放用戶回話時，我們會渲染用戶瀏覽器中發生的所有事件，並且我們必須重構整個狀態，允許您在會話時間線中來回跳轉。因為沒有更好的選擇，為了做到這一點，我們大量使用了JavaScript提供的非同步機會。
藉助WebAssembly，我們將能夠將一些最繁重的處理和渲染轉換為更適合作業的語言，並將數據收集和DOM操作保留為JavaScript。
如果你想嘗試下SessionStack，你可以免費開始。有一個免費的計劃)，每月提供1000個會話。
參考:
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