Ziele, Schlüsselkonzepte und Anwendungsfälle

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Haben Sie sich über die Schlüsselkonzepte und Anwendungsfälle von WASM gewundert? Wenn nicht, sind wir für Sie da.

WebAssembly (WASM) ist eine neue Low-Level-Sprache, mit der Sie eine native Leistung im Web entsperren können.

In WebAssembly für Anfänger – Teil 1 haben wir WASM aus der Perspektive eines Anfängers eingeführt, indem wir dessen Definition und Einschränkungen behandelt haben. Darüber hinaus haben wir WebAssembly-Funktionen, die WASM-Roadmap und die Funktionsweise von JavaScript mit WebAssembly und nicht dagegen durchgesehen.

In diesem Beitrag wird WebAssembly untersucht, indem WASM-Ziele, Schlüsselkonzepte und Anwendungsfälle erörtert werden. Wir werden auch einen Blick auf einige seiner spannenden Projekte werfen.

Lass uns anfangen.

WebAssembly-Ziele

Um die Schlüsselkonzepte von WebAssembly zu verstehen, müssen wir uns zunächst mit seinen Zielen befassen. Zu diesen Zielen gehören:

  • Möglichkeit, verfügbare Hardware zu nutzen, indem ein ladezeit- und größeneffizientes Binärformat als Kompilierungsziel verwendet wird. Mit einfachen Worten, WASM verwendet einen Abstract Syntax Tree (AST) im Binärformat, der die Kompilierung und Ausführung mit nativer Geschwindigkeit unterstützt. Durch die Verwendung dieses Ansatzes kann WASM auf verschiedenen Geräten ausgeführt werden, einschließlich IoT, Web und Mobilgeräten.
  • Das Ziel von WASM ist es nicht, die bestehende Webplattform zu verändern oder zu verändern. Mit diesem Ansatz lässt sich WebAssembly gut in das aktuelle und frühere Web integrieren. Außerdem ermöglicht es WebAssembly, nahtlos mit JavaScript zusammenzuarbeiten, einschließlich der parallelen Ausführung oder Durchführung synchroner Aufrufe von JavaScript.
  • Nahtloses Arbeiten mit Berechtigungssicherheitsrichtlinien und gleichem Ursprung.
  • Stellen Sie sicher, dass Entwickler ihre Lösungen so entwerfen können, dass sie Nicht-Browser-Einbettungen unterstützen.
  • Und schließlich geben wir Entwicklern die Tools, um effizient mit WebAssembly-Quellcode zu arbeiten, indem wir ein vom Menschen bearbeitbares Textformat bereitstellen.
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WebAssembly-Schlüsselkonzepte

Im Inneren folgt WebAssembly den folgenden Schritten:

  • Zunächst müssen Sie Code in einer statisch typisierten Sprache mit definierten Typen schreiben.
  • Anschließend generieren Sie ein vorkompiliertes WASM-Modul und geben den Code in den Engine-Compiler ein.
  • Der obige Schritt stellt sicher, dass WASM die Analyse überspringt und den Code für die Wiedergabe im Webbrowser bereit macht.

Zu den Schlüsselkonzepten hinter WebAssembly, das im Webbrowser ausgeführt wird, gehören:

  • Speicher: Der Speicher in WebAssembly wird von seinen Low-Level-Speicherzugriffsanweisungen verwaltet und geschrieben. Technisch gesehen ist es ein in der Größe veränderbarer ArrayBuffer und enthält ein Array von Speicherbytes.
  • Modul: Das Modul in WebAssembly ist ein kompilierter ausführbarer Computercode. Aufgrund seiner zustandslosen Form kompiliert der Webbrowser das Modul und teilt es mit Windows und Workern. Außerdem speichert und deklariert das Modul Importe und Exporte, zusätzlich zu den Funktionen, Tabellen, Typen, Globals und dem Speicher.
  • Tabelle: Eine Tabelle besteht aus allen Referenzen und Funktionen, die ein in der Größe veränderbares typisiertes Array verwenden. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, Rohbytes im Speicher zu speichern.
  • Instanz: In WASM ist eine Instanz während der Laufzeit ein Modul, bei dem alle Zustände gepaart sind. Zu diesen Zuständen gehören Tabelle, Speicher und andere importierte Wertesätze.

WASM-Schlüsselkonzepte

Als Webentwickler können Sie die JavaScript-API verwenden, um Module, Tabellen, Instanzen und Tabellen aufzurufen und zu definieren. Darüber hinaus verwenden Sie JavaScript, um WASM-Exporte synchron innerhalb der JavaScript-Funktionen aufzurufen. Daher spielt JavaScript gut mit WebAssembly zusammen, da Sie WASM verwenden können, um Hochleistungsanwendungen im Webbrowser zu schreiben.

WASM-Objekte

Wenn Sie mit WebAssembly arbeiten, müssen Sie acht WASM-Objekte im Auge behalten. Zu diesen Objekten gehören:

  • WebAssembly.Global – Das Global-Objekt ist eine globale Variableninstanz. Es ist sowohl über WebAssembly.Module als auch über JavaScript zugänglich.
  • WebAssembly.Module – Hier enthält das Module-Objekt den zustandslosen WASM-Code. Der Code ist vorkompiliert.
  • WebAssembly.Instance – WebAssembly.Instance ist die ausführbare, zustandsbehaftete Instanz von WebAssembly.Module.
  • WebAssembly.Table – Das Table-Objekt enthält Funktionsreferenzen und fungiert als JavaScript-Wrapper.
  • WebAssembly.CompileError – Das CompileError-Objekt enthält alle Fehler während der Validierung und Dekodierung.
  • WebAssembly.RuntimeError – Hier listet das RuntimeError-Objekt alle Laufzeitfehler auf.
  • WebAssembly.LinkError – Das LinkError-Objekt enthält Fehler, die während der Modulinstanziierung auftreten.
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WASM-Anwendungsfälle und -Projekte

Wir wissen bereits, dass WebAssembly eine native Leistung im Webbrowser bietet. Um jedoch wirklich zu verstehen, wo Sie es verwenden können, müssen Sie sich die Anwendungsfälle ansehen. Lassen Sie uns unten einige der WASM-Anwendungsfälle auflisten.

WebAssembly-Anwendungsfälle erstrecken sich sowohl innerhalb als auch außerhalb des Browsers. Wenn Sie beispielsweise WASM in einem Browser verwenden möchten, können Sie viele Dinge tun, darunter:

  • Video- oder Audiobearbeitung, wie z. B. das ffmpegwasm-Projekt.
  • Videospiele im Webbrowser, wie diese Hochleistungsspiele.
  • Wissenschaftliche Visualisierung und Simulation
  • Plattformemulation/-simulation wie DOSBox, MAME usw.
  • Verschlüsselung
  • Remotedesktop
  • Entwickler-Tools

Anwendungsfälle

Aus allgemeiner Sicht gehören zu den überzeugenden Anwendungsfällen von WebAssembly

  • Die Fähigkeit, schnelleren Code zu schreiben, kann die zugrunde liegende Hardware nutzen.
  • Darüber hinaus können Sie auch eine clientseitige Komprimierung durchführen, was zu einer besseren Ladezeit und Bandbreiteneinsparungen führt. Sie verwenden also die CPU des Clients oder die zugrunde liegende Hardware, um die Komprimierung und Dekomprimierung durchzuführen, und verwenden dann die Ressourcen des Servers.
  • Darüber hinaus können Sie andere Programmiersprachen verwenden, um Code für das Web zu schreiben, als nur JavaScript zu verwenden. Sie können beispielsweise Rust, C und C++ verwenden, um Hochleistungscode für bestimmte Aspekte Ihrer Webanwendungen zu schreiben.
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Projekte

Wenn wir uns den Beispielen aus der Praxis zuwenden, sind die folgenden Projekte erwähnenswert.

  • Figma verbesserte die Leistung seiner Webanwendung durch die Nutzung von WebAssembly. Sie reduzierten die Ladezeit während der App-Initialisierung, des Renderns des gesamten Designs und sogar des Herunterladens einer Designdatei. Wie bereits erwähnt, eignet sich WebAssembly auch hervorragend zum Komprimieren. Figma hat WASM implementiert, um die Downloadgröße zu verbessern und sie erheblich zu verkleinern.
  • Pyodide: Ein weiteres aufregendes WASM-Projekt ist das Pyodide-Projekt, das von Mozilla veröffentlicht wurde. Es ermöglicht Wissenschaftlern, den wissenschaftlichen Python-Stack für WebAssembly, einschließlich NumPy, SciPy, Scikit-learn usw., für den Browser zu kompilieren. Es bietet eine transparente Objektkonvertierung zwischen Python und JavaScript. Schließlich ermöglicht es Entwicklern auch, Web-APIs mit Python zu verwenden.
  • Brazor WebAssembly: Mit dem Brazor WebAssembly-Framework können Entwickler mit .NET einseitige, clientseitige und interaktive Web-Apps erstellen. Sie können diese Apps mit der WebAssembly-basierten .NET-Laufzeit im Browser hosten. Hier erhalten Sie als Entwickler mit Hilfe der JavaScript-APIs von WebAssembly Zugriff auf Browserfunktionen in Ihrem .NET-Code.

Quelle: Figma

Viele andere bekannte und wertvolle Projekte verwenden WebAssembly. Dies sind Binaryen, Cheerp, Forest, Grain und andere.

Abschließende Gedanken

WebAssembly ist nicht gerade anfängerfreundlich. Wenn Sie jedoch die Anwendungsfälle und Schlüsselkonzepte studieren, können Sie seine Leistungsfähigkeit klar verstehen.

Angesichts spannender Projekte auf dem Markt ist es die beste Zeit, WebAssembly zu lernen, insbesondere wenn Sie in der Webentwicklung tätig sind. Die Fähigkeit von WASM, außerhalb des Browsers zu arbeiten, macht es auch zu einer ausgezeichneten Wahl für leistungsorientierte Entwicklung.

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