AssemblyScript如何帮助WebAssembly发挥潜力？-InfoQ

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WebAssembly（或 Wasm）是 Web 浏览器中相对较新的功能，但它有潜力极大地扩展 Web 作为一个应用程序服务平台的能力。Web 开发人员在入门 WebAssembly 时可能会经历艰难的学习过程，而AssemblyScript就提供了一种解决办法。首先我们来看一下为什么 WebAssembly 是一项很有前途的技术，然后再介绍 AssemblyScript 是怎样帮助 WebAssembly 发挥潜力的。

WebAssembly

WebAssembly 是针对浏览器使用的底层语言，为开发人员提供了 JavaScript 之外的 Web 编译目标。它使网站代码可以在安全的沙盒环境中以接近原生的速度运行。

它是根据所有主流浏览器（Chrome、Firefox、Safari 和 Edge）代表的意见开发的，这些代表于 2017 年初达成了设计共识。所有这些浏览器现在都支持 WebAssembly，意味着整个市场中约 87％的浏览器可以使用它。

WebAssembly 以二进制格式交付，这意味着与 JavaScript 相比，WebAssembly 在大小和加载时间上均占优势。但它也有供人类阅读的文本表示形式。

当 WebAssembly 首次亮相时，一些开发人员认为它最后有可能取代 JavaScript，成为 Web 的主要语言。但最好将 WebAssembly 视为与现有 Web 平台集成良好的一项新工具，这也是其高阶目标之一。

WebAssembly 并没有取代现有的 JavaScript 用例，而是开拓了新的用户场景，吸引了更多人的兴趣。WebAssembly 尚不能直接访问 DOM，并且大多数现有网站都希望继续使用 JavaScript——毕竟经过多年的优化，JavaScript 已经相当快了。下面是 WebAssembly 自身提供的可行用例列表：

游戏
科学计算的可视化和模拟
CAD 应用
图像/视频编辑

这些用例的共同属性是，我们通常会将它们视为桌面应用程序。WebAssembly 可以为 CPU 密集型任务提供接近原生平台的性能表现，这样人们就能将更多桌面型应用程序移植到 Web 端了。

现有网站也可以从 WebAssembly 中受益。Figma提供了一个现实应用的示例，它使用 WebAssembly 大大缩短了加载时间。如果网站使用的某些代码需要进行大量的计算，则可以只将这部分代码替换为 WebAssembly 以提高性能。

所以也许现在你就有兴趣开始使用 WebAssembly 了。你可以学习这种语言本身并直接编写它，但实际上它打算成为其他语言的编译目标。它被设计为对 C 和 C++具有良好的支持，Go 在 1.11 版中添加了对它的实验性支持，Rust 也对其投入了大量资源。

但也许你并不想为了使用 WebAssembly 而学习或使用其中的任何一种语言。这就轮到 AssemblyScript 出场表现了。

AssemblyScript

AssemblyScript 是一个 TypeScript 到 WebAssembly 的编译器。由 Microsoft 开发的 TypeScript 为 JavaScript 添加了类型。它已经非常流行了，但就算用户不怎么熟悉 TS，AssemblyScript 也只支持 TypeScript 功能的一个有限子集，因此不需要花很长时间就能上手。

因为它与 JavaScript 非常相似，所以 AssemblyScript 使 Web 开发人员可以轻松地将 WebAssembly 整合到他们的网站中，而不必使用某种完全不同的语言。

尝试一下

下面我们试着编写第一个 AssemblyScript 模块（所有代码都在这个 GitHub 仓库中提供：https://github.com/dguo/assemblyscript-demo）。为了支持 WebAssembly，我们需要的Node.js最低版本是8.0。

转到一个空目录，创建一个 package.json 文件，然后安装 AssemblyScript。请注意，我们需要直接从其 GitHub 仓库安装它。它尚未在 npm 上发布，因为 AssemblyScript 开发人员认为这个编译器尚未准备好应对一般用途。

mkdir assemblyscript-democd assemblyscript-demonpm initnpm install --save-dev github:AssemblyScript/assemblyscript

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使用随附的 asinit 命令生成脚手架文件：

npx asinit .

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我们的 package.json 现在应该包含以下脚本：

{  "scripts": {    "asbuild:untouched": "asc assembly/index.ts -b build/untouched.wasm -t build/untouched.wat --sourceMap --validate --debug",    "asbuild:optimized": "asc assembly/index.ts -b build/optimized.wasm -t build/optimized.wat --sourceMap --validate --optimize",    "asbuild": "npm run asbuild:untouched && npm run asbuild:optimized"  }}

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顶层 index.js 看起来像这样：

const fs = require("fs");const compiled = new WebAssembly.Module(fs.readFileSync(__dirname + "/build/optimized.wasm"));const imports = {  env: {    abort(_msg, _file, line, column) {       console.error("abort called at index.ts:" + line + ":" + column);    }  }};Object.defineProperty(module, "exports", {  get: () => new WebAssembly.Instance(compiled, imports).exports});

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它使我们可以轻松地 require 我们的 WebAssembly 模块，就像 require 普通的 JavaScript 模块一样。其中，assembly 目录包含我们的 AssemblyScript 源代码。生成的示例是一个简单的加法函数。

export function add(a: i32, b: i32): i32 {  return a + b;}

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你可能以为函数签名会像 TypeScript 中的形式，也就是 add(a: number, b: number): number 这种格式；但这里之所以使用 i32，原因是 AssemblyScript 使用了 WebAssembly 的特定整数和浮点类型，而不是 TypeScript 的通用数字类型。下面我们来构建示例。

npm run asbuild

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现在，build 目录应包含以下文件：

optimized.wasmoptimized.wasm.mapoptimized.watuntouched.wasmuntouched.wasm.mapuntouched.wat

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我们得到了构建的普通版本和优化版本。对于每个构建版本，我们都有了一个.wasm 二进制文件、一个.wasm.map源映射，以及该二进制文件的.wat 文本表示形式。文本表示形式是用来供人类阅读的，但在这个例子中我们无需阅读或理解它——使用 AssemblyScript 的其中一个目的，就是用不着使用原始的 WebAssembly 了。

启动 Node，并像其他模块一样使用我们的编译模块。

$ nodeWelcome to Node.js v12.10.0.Type ".help" for more information.> const add = require('./index').add;undefined> add(3, 5)8

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从 Node 调用 WebAssembly 就只需要这些步骤！

添加监视脚本

在开发时，建议你在更改源代码时使用onchange自动重建模块，因为 AssemblyScript 尚不包含监视模式。

npm install --save-dev onchange

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将 asbuild:watch 脚本添加到 package.json。加入-i标志，可在运行命令后立即运行初始构建。

{  "scripts": {    "asbuild:untouched": "asc assembly/index.ts -b build/untouched.wasm -t build/untouched.wat --sourceMap --validate --debug",    "asbuild:optimized": "asc assembly/index.ts -b build/optimized.wasm -t build/optimized.wat --sourceMap --validate --optimize",    "asbuild": "npm run asbuild:untouched && npm run asbuild:optimized",    "asbuild:watch": "onchange -i 'assembly/**/*' -- npm run asbuild"  }}

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现在你可以运行 asbuild:watch，这样就用不着不断重新运行 asbuild 了。

性能

我们来写一个基本的基准测试，看看我们可以获得怎样的性能提升。WebAssembly 的专长是处理诸如数字计算之类的 CPU 密集型任务，所以我们这里使用一个函数来确定一个整数是否为质数。

我们的参考实现如下所示。这是一种原始的暴力解决方案，因为我们的目标是执行大量计算。

function isPrime(x) {    if (x < 2) {        return false;    }
    for (let i = 2; i < x; i++) {        if (x % i === 0) {            return false;        }    }
    return true;}

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等效的 AssemblyScript 版本仅需要一些类型注释：

function isPrime(x: u32): bool {    if (x < 2) {        return false;    }
    for (let i: u32 = 2; i < x; i++) {        if (x % i === 0) {            return false;        }    }
    return true;}

复制代码

我们将使用 Benchmark.js（https://benchmarkjs.com/）。

npm install --save-dev benchmark

复制代码

创建 benchmark.js ：

const Benchmark = require('benchmark');
const assemblyScriptIsPrime = require('./index').isPrime;
function isPrime(x) {    for (let i = 2; i < x; i++) {        if (x % i === 0) {            return false;        }    }
    return true;}
const suite = new Benchmark.Suite;const startNumber = 2;const stopNumber = 10000;

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在我的机器上，运行 node benchmark 时得到了以下结果：

AssemblyScript isPrime x 74.00 ops/sec ±0.43% (76 runs sampled)JavaScript isPrime x 61.56 ops/sec ±0.30% (64 runs sampled)AssemblyScript isPrime is ~20.2% faster.

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请注意，这个测试是一个microbenchmark，我们不应该太看重它的结果。

如果你想要参考一些更深度的 AssemblyScript 基准测试，我建议了解WasmBoy基准测试和wave equation基准测试。

加载模块

接下来我们在网站中使用我们的模块。创建 index.html：

<!DOCTYPE html><html>    <head>        <meta charset="utf-8" />        <title>AssemblyScript isPrime demo</title>    </head>    <body>        <form id="prime-checker">            <label for="number">Enter a number to check if it is prime:</label>            <input name="number" type="number" />            <button type="submit">Submit</button>        </form>
        <p id="result"></p>
        <script src="demo.js"></script>    </body></html>

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创建 demo.js。要加载 WebAssembly 模块有多种方法，但最有效的方法是使用WebAssembly.instantiateStreaming函数，以流方式编译和实例化这些模块。请注意，我们需要提供一个中止函数，如果断言失败就会调用这个中止函数。

(async () => {    const importObject = {        env: {            abort(_msg, _file, line, column) {                console.error("abort called at index.ts:" + line + ":" + column);            }        }    };    const module = await WebAssembly.instantiateStreaming(        fetch("build/optimized.wasm"),        importObject    );    const isPrime = module.instance.exports.isPrime;
    const result = document.querySelector("#result");    document.querySelector("#prime-checker").addEventListener("submit", event => {        event.preventDefault();        result.innerText = "";        const number = event.target.elements.number.value;        result.innerText = `${number} is ${isPrime(number) ? '' : 'not '}prime.`;    });})();

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现在安装static-server。我们需要一个服务器，因为使用 WebAssembly.instantiateStreaming 时，该模块需要 MIME 类型的 application/wasm。

npm install --save-dev static-server

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将脚本添加到 package.json。

{  "scripts": {    "serve-demo": "static-server"  }}

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运行 npm run serve-demo 命令，并在浏览器中打开 localhost URL。在表单中提交一个数字，你将收到一条消息，指出该数字是否为质数。到这里，从编写 AssemblyScript，到在网站中实际使用它的整个流程我们都走了一遍。

结论

WebAssembly 和它的 AssemblyScript 扩展并不会一夜之间加快所有网站的速度，但这也不是它们的目的。WebAssembly 之所以令人兴奋，是因为它为 Web 开拓了更多的可能性，从而支持更多种类的应用程序。

类似地，AssemblyScript 使更多开发人员可以快速上手 WebAssembly，这样我们就能在一般场景中继续使用 JavaScript，而在需要大量数字运算的任务中轻松切换到 WebAssembly 了。

原文链接：

https://blog.logrocket.com/the-introductory-guide-to-assemblyscript/

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