WebAssembly的起源及實踐分析
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標(biāo)簽：JAVA(102450)webassemly(1576)
在瀏覽器之爭中，Chrome憑借Java的卓越性能取得了市場主導(dǎo)地位，然而由于Java的無類型特性，導(dǎo)致其運行時消耗大量的性能做為代價，這也是Java的瓶頸之一。WebAssembly旨在解決這一問題。本文從WebAssembly的起源到開發(fā)實踐對其做全面探究，幫助開發(fā)者對WebAssembly有全面的了解。緣起
讓我們從瀏覽器大戰(zhàn)說起。微軟憑借Windows系統(tǒng)捆綁Internet Explorer的先天優(yōu)勢擊潰Netscape后，進(jìn)入了長達(dá)數(shù)年的靜默期。而Netscape則于1998年將Communicator開源，并由Mozilla基金會衍生出Firefox瀏覽器，在2004年發(fā)布了1.0版本。從此，第二次瀏覽器大戰(zhàn)拉開帷幕。這場大戰(zhàn)由Firefox瀏覽器領(lǐng)銜，Safari、Opera等瀏覽器也積極進(jìn)取，Internet Explorer的主導(dǎo)地位首次受到挑戰(zhàn)。2008年Google推出Chrome瀏覽器，不但逐步侵蝕Firefox的市場，更是壓制了老邁的Internet Explorer。在此次大戰(zhàn)之后的2012年，StatCounter的數(shù)據(jù)指出Chrome以微弱優(yōu)勢超越Internet Explorer成為世界上最流行的瀏覽器。
分析Google Chrome瀏覽器戰(zhàn)勝Internet Explorer的原因，除了對Web標(biāo)準(zhǔn)更友善的支持外，卓越的性能是其中相當(dāng)重要的因素，而瀏覽器性能之爭的本質(zhì)則體現(xiàn)在Java引擎。此前，Java引擎的實現(xiàn)方式經(jīng)歷了遍歷語法樹到字節(jié)碼解釋器等較為原始的方式，將每條源代碼翻譯成相應(yīng)的機器碼并執(zhí)行，并不保存翻譯后的機器碼，使得解釋執(zhí)行很慢。2008年9月，Google發(fā)布了V8 Java引擎。V8被設(shè)計用于提高Web瀏覽器中Java的執(zhí)行性能，通過即時編譯JIT（Just-In-Time）技術(shù)，在執(zhí)行時將Java代碼編譯成更為高效的機器代碼并保存，下次執(zhí)行同一代碼段時無需再編譯，使得Java獲得了幾十倍的性能提升。
然而，Java是個無類型（untyped，變量沒有類型）的語言，這直接導(dǎo)致表達(dá)式c=a+b有多重含義：
a、b均為數(shù)字，則算術(shù)運算符+表示值相加；
a、b為字符串，則+運算符表示字符串連接；
……
表達(dá)式執(zhí)行時，JIT編譯器需要檢查a和b的類型，確定操作行為。若a、b均為數(shù)字，JIT編譯器則將a、b確認(rèn)為整型，而一旦某一變量變成字符串，JIT編譯器則不得不將之前編譯的機器碼推倒重來。由此可見，Java的無類型特性建立在消耗大量性能代價的基礎(chǔ)之上。即便JIT編譯器在對變量類型發(fā)生變化時已進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化，但仍然有很多情況Java引擎未進(jìn)行或無法優(yōu)化，例如for-of、try-catch、try-finally、with語句以及復(fù)合let、const賦值的函數(shù)等。
由此可見，Java的無類型是Java引擎的性能瓶頸之一，改進(jìn)方案有兩種：一是設(shè)計一門新的強類型語言并強制開發(fā)者進(jìn)行類型指定；二是給現(xiàn)有的Java加上變量類型。
微軟開發(fā)的Type屬于第一種改進(jìn)方案。它是擴展了Java特性的語言，包含了類型批注，編譯時類型檢查，類型推斷和擦除等功能，Type開發(fā)者在聲明變量時指定類型，使得Java引擎能夠更快將這種強類型的語言編譯成弱類型。
看看第二種方案：
代碼1
代碼1表示帶有兩個參數(shù)（a和b）的Java函數(shù)，和通常Java代碼不同的地方在于a=a | 0及b=b | 0，以及返回值后面均利用標(biāo)注進(jìn)行了按位OR操作。這么做的優(yōu)點是使Java引擎強制轉(zhuǎn)換變量的值為整型執(zhí)行。通過標(biāo)注加上變量類型，Java引擎就能更快地編譯。
既然增加變量類型能夠提升Web性能，有沒有辦法將靜態(tài)類型代碼例如C/C++等轉(zhuǎn)換成Java指令的子集呢？上面的這段代碼恰恰是作為Java子集的asm.js，由代碼2的C語言編譯而來：
代碼2
事實上，早在1995年起就已經(jīng)有Netscape Plugin API（NPAPI）在內(nèi)的可以使用瀏覽器運行C/C++程序的項目在開發(fā)。而2013年問世的asm.js是目前較為廣泛的方案。asm.js是一種中間編程語言，允許用C/C++語言編寫的計算機軟件作為Web應(yīng)用程序運行，并保持更好的性能，而Mozilla Firefox從版本22起成為第一個為asm.js特別優(yōu)化的網(wǎng)頁瀏覽器。
Google也同樣在為原生代碼運行在Web端而努力。Google Native Client（NaCl）采用沙盒技術(shù)，讓Intel x86、ARM或MIPS子集的機器碼直接在沙盒上運行。它能夠在無需安裝插件的情況下從瀏覽器直接運行原生可執(zhí)行代碼，使Web應(yīng)用程序可以用接近于機器碼運作的速度來運行。而Google Portable Native Client（PNaCl）則稍有變化，通過一些前端編譯器將C/C++源代碼編譯成LLVM的中間字節(jié)碼而不是x86或ARM代碼，并且進(jìn)行優(yōu)化以及鏈接。
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