深入了解 WebAssembly —— 一种新的 Web 可执行文件格式

计算技术的发展日新月异。从大型机到云 IaaS，从虚拟机到 Linux，我们不断地扩展和重塑技术。通常，这些技术变革是由于“惯常做法”不再适用于新的模式，或者实际上从一开始就不太理想。

我们从一些新兴技术中不难看出这一点。不断变化的需求会催生新的解决方案，例如虚拟机 (VM)、容器、Kubernetes 和 OpenTelemetry。只要该解决方案行之有效，人们便会纷纷采用，就像 Kubernetes 和 OpenTelemetry 一样。

最近，我采访了一些行业专家，他们预测了的三项未来可能有重大影响的技术。其中一项技术尤为值得我们深入了解：WebAssembly（通常缩写为 Wasm)。Wasm 引起了广泛关注，因为它将浏览器语言的支持范围扩展到了 JavaScript 之外。它不是 JavaScript 的替代方案，而是万维网联盟 (W3C) 认可的第四种也是最新的官方 Web 标准开发语言（其他三种是 HTML、CSS 和 JavaScript）。

 

什么是 WebAssembly？

早在 2015 年，Mozilla 就开始着手制定一套新标准，将“一种可移植的、紧凑的、加载时间高效的格式和执行模型”作为 web 浏览器的编译目标。WebAssembly 的设计初衷是允许 JavaScript 以外的其他语言在浏览器中运行。Wasm 很快就得到了浏览器厂商的青睐，所有主流浏览器都可以支持它。

大家可能还记得使用交叉编译器的时代，当时代码是针对外部环境的，通常是在控制硬件中。这些目标千差万别，这意味着交叉编译必须在生成系统和目标系统之间严格保持一致。Wasm 的工作原理大同小异，可在广泛的平台上为定义的运行时提供二进制可执行文件。由于运行时是一种低级虚拟机（类似于 JVM），因此可嵌入到许多主机应用中。

Wasm 既是一种用于执行程序的可移植二进制代码，也是一组用于程序与其环境之间交互的接口。它没有做出任何 Web 特定假设，因此可以被广泛使用。事实上，人们对 Wasm 的兴趣在很大程度上源于其在服务器端用例中的潜力。Cosmonic、Fermyon 和 Suborbital 等公司表明，Wasm 将影响我们从浏览器到后端应用的未来发展。

Wasm 支持多种语言，这是它备受青睐的原因之一。Wasm 几乎涵盖了所有热门语言，包括 C、C++、Go、Ruby 和 Rust 等。对其他语言的部分实现也已经支持或正在开发中。但需要注意的是，Wasm 对特定语言的支持可能仅限于某些特定的上下文：浏览器、浏览器之外，或者甚至直接在一个系统上。因此，您必须在您想要使用 Wasm 的上下文中验证它是否支持某种语言。

 

为何要关注 WebAssembly？

WebAssembly 专注于所有浏览器都需要的几个关键特性。我们之前提及了 Wasm 的多语言特性，该特性允许浏览器扩展到多种语言。接下来我们来看看它的其他特性。

• 速度/性能 — 没人愿意等待网页加载，更不用说等待 web 应用加载和启动了。Wasm 的编译模型有助于加快加载速度。事实上，其性能可接近原生应用的性能。
• 大小 — 对于 web 应用而言，下载对象的大小是关键因素。二进制文件越小，启动速度越快。
• 跨平台 — Web 浏览器是网站和应用的通用访问点，所以我们希望“一次编写，随处运行”（在所有浏览器上）成为现实，而不仅仅是一个承诺。Wasm 已经做到了这一点，并将继续改进。
• 多语言 — 在现代的自适应应用和微服务架构环境中，没有一种语言能够满足所有需求。 Wasm 使得多语言可以从应用开发延伸到浏览器，从此，“我不使用那种语言”这一主要的“反面模式”将不会再成为一种阻碍。特别是对于服务器端的使用，我们需要有除 JavaScript 之外的更多选择，而 Wasm 可支持我们做到这一点。
• 安全性 — 如果您必须在浏览器中运行不受信任的代码，则必须将其隔离。Wasm 通过内存安全的沙盒执行环境来实现隔离。目前的实现还不够完美，但 Wasm 的贡献者非常关注这个方面，因此预计很快会有所改进。

这些特性不仅让 Wasm 具有很高的性能和效率，而且还非常好用。如欲了解更多相关信息，请参见 Franziska Hinkelmann 在 CovalenceConf 2019 大会上的演讲录音：JavaScript、C++ 与 WebAssembly 的速度对比。请记住，现在 Wasm 可能并不比 JavaScript 快多少，也没有 JavaScript 多年积累的优化成果。但是，速度并不是 Wasm 获得青睐的唯一因素——大小和能够支持您所使用的语言也很重要。

 

如何快速上手？

对于 WebAssembly，我们有很多很棒的资源和案例。显然，从初创公司到大公司，很多公司都在使用它：

• Adobe 演示了如何使用 Wasm 在浏览器中运行 Photoshop。
• Figma 使用 Wasm 将加载时间缩短了 3 倍。
• VMware 的 Wasm Labs 演示了在浏览器中运行的 WordPress、PHP 运行时和数据库。

但您不必一下子就切换到 Wasm。下面都是些很好的学习资源：

• WebAssembly.org 是 Wasm 所有相关内容的权威来源，包括规范和面向开发人员的结构化入门指南。
• Renee Shah 在她的博客上调查了 18 家初创公司的技术人员如何以及为何使用 Wasm。

• 以下演示应用均使用 Wasm 运行：

  • 来自 Wasm Labs的 WordPress
  • Bartholomew（一个微型 CMS）和 Finicky Whiskers（一款游戏），两款应用都来自 Fermyon
  • 来自 QT Group 的系列演示

 

总结

WebAssembly 仍在开发中，与其他新技术一样，有些方面仍需完善。即便如此，它背后的理念仍引人注目。

我预计它将成为一项颠覆性技术，成为支持未来感知可控、随需而变的应用发展的主要力量，无论是在浏览器中还是云端。毫无疑问，WebAssembly 是您现在需要深入了解的技术之一。