JavaScript与WebAssembly进行比较

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:

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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:

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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:

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内存模型

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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。

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