JavaScript与WebAssembly进行比较

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作者：qq音乐前端团队

在识别和描述核心元素的过程中，我们分享了构建sessionstack时使用的一些经验法则，这是一个轻量级但健壮且高性能的javascript应用程序，以帮助用户实时查看和重现其web应用程序的缺陷。

这次我们来分析webassembly的工作原理，以及在如下几个方面和javascript进行比较：加载时间，执行速度，垃圾回收，内存使用情况，平台api访问，调试，多线程和可移植性。

webassembly的功能

webassembly（又名wasm）是一种高效的，低级别的编程语言。 它让我们能够使用javascript以外的语言（例如c，c ++，rust或其他）编写程序，然后将其编译成webassembly，进而生成一个加载和执行速度非常快的web应用程序。

加载时间

为了加载javascript，浏览器必须加载所有.js文本文件。 webassembly在浏览器中加载速度更快，因为只有已编译的wasm文件才通过互联网传输。并且wasm是一种非常简洁的二进制格式的低级汇编语言，文件更小。

执行

目前wasm 比本地代码执行速度慢20％。这倒是一个令人吃惊的结果，不过，这是一种编译到沙盒环境中的格式并且在很多约束条件下运行，以确保它没有安全漏洞或者很难攻防这个漏洞。与真实的本地代码相比，其实速度下降很小。但是，未来它会更快。

更好的是，它与浏览器无关 - 所有主要引擎都增加了对webassembly的支持，并且现在提供类似的执行时间。我们来看看简单看看v8中发生了什么：

v8 approach: lazy compilation

在左边，我们有一些javascript源代码，包含javascript函数。它首先需要进行分析，以便将所有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。一般来说，只需要遍历树，生成机器代码，便生成了编译好的函数。从这个过程可以看出，这个阶段并没有编译速度的优势。 现在，我们来看看v8管道在下一阶段的功能：

v8管道设计

这次我们有turbofan，v8的优化编译器之一。当您的javascript应用程序正在运行时，很多代码在v8中运行。turbofan可以监控运行缓慢的内容，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，它可以优化那些非常耗cpu的代码。 虽然它解决了上述问题，但是新的问题在于：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。 然而，wasm不一样在于，它会被插入工作流程中，如下所示：

内存模型

webassembly可信和不可信状态 例如，编译成webassembly的c ++程序的内存是连续的内存块，其中没有“漏洞”。有助于提高安全性的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，你有一个内存堆，你从堆的底部分配，然后从堆顶增涨堆大小。这便产生一个很多恶意软件利用的漏洞：用一个指针就可以在堆栈内存中查找数据从而更改变量，而这些数据本是你不应该访问到的。

webassembly采用完全不同的模型。执行堆栈与webassembly程序本身是分开的，因此您无法在其中修改并更改变量等内容。而且，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。然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，以便您可以同时加载多个wasm模块，形成多个索引列表，并且一切正常。 有关javascript中内存模型和管理的更多信息，可以查看关于该主题的非常详细的帖子。

垃圾回收

您已经知道javascript的内存管理是使用垃圾回收器处理的。

webassembly的情况有点不同。它支持手动管理内存的语言。您可以自定义在wasm上的垃圾回收模块，但是这个比较复杂。

目前，webassembly是围绕c ++和rust用例设计的。由于wasm是非常低级的，因此只有汇编语言上一步的编程语言才易于编译。c可以使用普通的malloc，c ++可以使用智能指针，rust使用完全不同的模式（完全不同的主题）。这些语言不使用gc，因此它们不需要所有复杂的运行时内容来跟踪内存。webassembly对他们来说是天作之合。

另外，这些语言并不是100％设计用于调用复杂的javascript事物，如dom。在c ++中编写整个html应用程序是没有意义的，因为c ++不是为它设计的。在大多数情况下，当工程师编写c ++或rust时，他们的目标是webgl或高度优化的库（例如重数学计算）。

但是，将来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，可以通过你的javascript应用程序来访问平台相关的api。例如，如果您在浏览器中运行javascript，则您有一组web apis，web应用程序可以调用它来控制web浏览器/设备功能并访问dom, cssom, webgl, indexeddb, web audio api等。

然而，webassembly模块无法访问任何平台api。一切都是由javascript调用的。如果您想访问webassembly模块中的某些平台特定的api，则必须通过javascript调用它。

例如，如果你想console.log，你必须通过javascript来调用它，而不是你的c ++代码。这些javascript调用的成本有所降低。

这并不总是如此。该规范将在未来为平台api提供wasm，并且您将能够在没有javascript的情况下发布您的应用程序。

source maps

当您精简javascript源代码时，您需要一种正确方式调试它。这就需要source maps。基本上， source maps 是一种将组合/缩小文件映射回未建立状态的方法。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，可以在返回原始位置的源地图中执行查找。

webassembly目前不支持source maps，因为没有规范，但最终会支持（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。

多线程

javascript在单个线程上运行。有很多方法可以利用event loop并利用异步编程。

javascript也使用web workers，但他们有一个非常具体的用例 - 基本上，可能阻塞主ui线程的任何cpu密集计算都可以进入到web worker中来提高性能。但是，web workers无法访问dom。

webassembly目前不支持多线程。但是，这可能是未来的事情。wasm将更接近本地线程（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。当然，这将打开更多滥用可能性的大门。

可移植性

如今，javascript几乎可以在任何地方运行，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一样。它将运行在支持主机的每个环境中（例如每个浏览器）。就像当年的java的applets，webassembly有相同的可移植性的愿景。

哪些场景更合适使用wa

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作。您可以使用您习惯的opengl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/mozilla-games/tmp/2017-02-21-suntemple/suntemple.html。

这是 unreal engine.。

另一种使用webassembly（性能方面）可能有意义的情况是实现一些库，这是一个cpu密集型工作。例如，一些图像处理。

如前所述，由于大多数处理步骤都是在编译期间提前完成的，因此wasm可以减少移动设备上的电池消耗（取决于引擎）。

将来，即使您实际上没有编写编译代码，您也可以使用wasm二进制文件。您可以在npm中找到开始使用此方法的项目。

对于dom操作和沉重的平台api使用，使用javascript确实很有意义，因为它不会增加额外的开销，并且具有本地提供的api。

在sessionstack中，我们不断增强javascript的性能，以编写高度优化且高效的代码。我们的解决方案需要提供超快的性能，因为我们不能阻碍客户应用的性能。将sessionstack集成到生产web应用程序或网站后，它会开始记录所有内容：所有dom更改，用户交互，javascript异常，堆栈跟踪，失败的网络请求和调试数据。所有这些都在您的生产环境中进行，而不会影响产品的任何ux和性能。我们需要大量优化我们的代码并尽可能使其异步。

不仅仅是库文件，当在sessionstack中重放用户回话时，我们会渲染用户浏览器中发生的所有事件，并且我们必须重构整个状态，允许您在会话时间线中来回跳转。因为没有更好的选择，为了做到这一点，我们大量使用了javascript提供的异步机会。

借助webassembly，我们将能够将一些最繁重的处理和渲染转换为更适合作业的语言，并将数据收集和dom操作保留为javascript。

如果你想尝试下sessionstack，你可以免费开始。有一个免费的计划)，每月提供1000个会话。

参考:

• https://www.youtube.com/watch?v=6v4e6oksar0
• https://www.youtube.com/watch?v=6y3w94_8scw

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