JavaScript工做原理（六）：WebAssembly比较分析和特定状况下最好在JavaScript上使用它

咱们将拆分WebAssembly来分析它的工做原理，更重要的是，它在性能方面如何提高JavaScript：加载时间，执行速度，垃圾回收，内存使用率，平台API访问，调试，多线程和可移植性。

咱们构建Web应用程序的方式正处于革命的边缘 - 这仍然是初期阶段，但咱们对Web应用程序的见解正在发生变化。

首先，让咱们看看WebAssembly的功能

WebAssembly（又名wasm）是一种高效的，低级的网络字节码。

WASM使您可以使用JavaScript之外的语言（例如C，C ++，Rust或其余），在其中编写程序，而后将其编译（提早）到WebAssembly。

其结果是一个加载和执行速度很是快的Web应用程序。

加载时间

为了加载JavaScript，浏览器必须加载全部文本的.js文件。

WebAssembly在浏览器中加载速度更快，由于只有已编译的wasm文件必须经过互联网传输。而wasm是一种很是简洁的二进制格式的低级汇编语言。

执行

今天Wasm比本地代码执行速度慢20％。不管如何，这是一个惊人的结果。它是一种编译到沙箱环境中的格式，而且在不少约束条件下运行，以确保它没有安全漏洞，或者对它们很是强硬。与真正的本地代码相比，速度降低很小。更重要的是，将来它会更快。

更好的是，它与浏览器无关 - 全部主要引擎都增长了对WebAssembly的支持，而且如今提供相似的执行时间。

为了理解WebAssembly与JavaScript相比执行得有多快，您应该先阅读咱们关于JavaScript引擎如何工做的文章。

咱们来看看V8中会发生什么样的快速概述：

在左侧，咱们有一些JavaScript源代码，包含JavaScript函数。它首先须要进行分析，以便将全部字符串转换为标记并生成抽象语法树（AST）。AST是JavaScript程序逻辑的内存表示。一旦生成这种表示，V8直接转到机器码。基本上遍历树，生成机器代码，生成你的编译后的函数。 没有真正的尝试来加速它。

如今，咱们来看看V8管道在下一阶段的功能：

此次咱们有TurboFan，V8的优化编译器之一。当您的JavaScript应用程序正在运行时，不少代码在V8中运行。TurboFan能够监控某些内容是否运行缓慢，是否存在瓶颈和热点以优化它们。它将它们推送到后端，这是一个优化的JIT，它为那些耗时耗力CPU的函数建立了更快的代码。

它解决了这个问题，但这里的问题在于，分析代码并决定优化哪些内容的过程也会消耗CPU。 这反过来又意味着更高的电池消耗，特别是在移动设备上。

那么，wasm并不须要全部这些 - 它会被插入工做流程中，以下所示：

在汇编阶段，wasm已经经过优化。最重要的是，解析也不是必需的。你有一个优化的二进制文件，能够直接挂接到能够生成机器码的后端。 全部优化都由编译器在前端完成。

这使得执行wasm更有效率，由于流程中的不少步骤均可以简单地跳过。

内存模型

例如，编译成WebAssembly的C++程序的内存是连续的内存块，其中没有“洞”。有助于提升安全性的wasm的特性之一是执行堆栈与线性内存分离的概念。在一个C++程序中，你有一堆，你从堆的底部分配，而后从堆顶部开始堆栈。能够带一个指针，而后在堆栈内存中查找，以便玩弄你不该该触摸的变量。

这是不少恶意软件利用的陷阱。

WebAssembly采用彻底不一样的模型。执行堆栈与WebAssembly程序自己是分开的，所以您没法在其中修改并更改变量等内容。并且，这些函数使用整数偏移而不是指针。函数指向一个间接函数表。而后这些直接计算的数字跳转到模块内部的函数中。它是以这种方式构建的，以便您能够并排加载多个wasm模块，并抵消全部索引，而且一切正常。

有关JavaScript中内存模型和管理的更多信息，能够查看关于该主题的很是详细的帖子。

垃圾收集

您已经知道JavaScript的内存管理是使用垃圾收集器处理的。

WebAssembly的状况有点不一样。它支持手动管理内存的语言。您能够将本身的GC与您的wasm模块一块儿发货，但这是一项复杂的任务。

目前，WebAssembly是围绕C++和RUST用例设计的。因为wasm是很是低级的，所以编程语言只是汇编语言之上的一个步骤就很容易编译。 C可使用普通的malloc，C++可使用智能指针，Rust使用彻底不一样的范例（彻底不一样的主题）。这些语言不使用GC，所以它们不须要全部复杂的运行时间内容来跟踪内存。 WebAssembly对他们来讲是天做之合。

另外，这些语言并非100％设计用于调用DOM等复杂的JavaScript事物。在C++中编写整个HTML应用程序是没有意义的，由于C++不是为它设计的。在大多数状况下，当工程师编写C++或Rust时，他们的目标是WebGL或高度优化的库（例如繁重的数学计算）。

可是，未来WebAssembly将支持不附带GC的语言。

平台API访问

取决于执行JavaScript的运行时，访问特定于平台的API将被公开，可经过JavaScript应用程序直接访问。例如，若是您在浏览器中运行JavaScript，则您有一组Web API，Web应用程序能够调用它来控制Web浏览器/设备功能并访问DOM，CSSOM，WebGL，IndexedDB，Web Audio API等。

那么，WebAssembly模块没法访问任何平台API。一切都是由JavaScript调解的。若是您想访问WebAssembly模块中的某些平台特定的API，则必须经过JavaScript调用它。

例如，若是您想使用console.log，则必须经过JavaScript调用它，而不是使用C ++代码。这些JavaScript调用的成本有所下降。

这并不老是如此。该规范将在将来为平台API提供wasm，而且您将可以在没有JavaScript的状况下发布您的应用程序。

源地图

当您压缩JavaScript代码时，您须要一种正确调试它的方法。这就是Source Maps来拯救的地方。
基本上，源地图是一种将组合/缩小文件映射回未创建状态的方法。当您为生产而构建时，同时缩小和组合您的JavaScript文件，您将生成一个包含原始文件信息的源映射。当您在生成的JavaScript中查询某一行和列号时，能够在返回原始位置的源地图中执行查找。

WebAssembly目前不支持源地图，由于没有规范，但最终（可能很快）。

当您在C++代码中设置断点时，您将看到C++代码而不是WebAssembly。至少，这是目标。

多线程

JavaScript在单个线程上运行。有不少方法能够利用Event Loop并利用异步编程，如咱们关于该主题的文章中详细介绍的那样。

JavaScript也使用Web Workers，但他们有一个很是具体的用例 - 基本上，任何激烈的CPU计算会阻止主UI线程，把他们放到Web Worker中将会受益。可是，Web Workers没法访问DOM。

WebAssembly目前不支持多线程。可是，这多是将来的事情。 Wasm将接近本地线程（例如C++样式线程）。拥有“真实”的线程将在浏览器中创造出许多新的机会。固然，这将打开更多滥用可能性的大门。

可移植性

现在，JavaScript几乎能够在任何地方运行，从浏览器到服务器端甚至嵌入式系统。

WebAssembly被设计为安全和便携。就像JavaScript同样。 它将运行在支持主机的每一个环境中（例如每一个浏览器）。

WebAssembly具备与Java初期尝试实现的Appliets相同的目标

在JavaScript上使用WebAssembly哪里更好？

在WebAssembly的第一个版本中，主要关注CPU占用大的计算（例如处理数学）。想到的最主流的用途是游戏 - 那里有大量的像素操做。您可使用您习惯的OpenGL绑定在C ++ / Rust中编写您的应用程序，并将其编译为wasm。它会在浏览器中运行。

看看这个（在Firefox中运行） - http://s3.amazonaws.com/mozil...。这是运行虚幻引擎。

另外一种使用WebAssembly（性能方面）可能有意义的状况是实现一些库，这是一个CPU密集型工做。例如，一些图像处理。

如前所述，因为大多数处理步骤在编译期间已提早完成，所以能够减小移动设备上的电池消耗（取决于引擎）。

未来，即便您实际上没有编写编译代码，您也可使用WASM二进制文件。您能够在NPM中找到开始使用此方法的项目。

对于DOM操做和沉重的平台API使用，使用JavaScript确实颇有意义，由于它不会增长额外开销，而且API自己提供。