摘要：初體驗從零開始重構計算模塊從屬于筆者的前端入門與工程實踐，更多相關資料文章參考學習與實踐資料索引和學習與實踐資料索引。不過筆者也只是了解其概念而未真正付諸實踐，本文即是筆者在將我司某個簡單項目中的計算模塊重構為過程中的總結。

WebAssembly 初體驗：從零開始重構計算模塊從屬于筆者的  Web 前端入門與工程實踐，更多相關資料文章參考WebAssembly 學習與實踐資料索引和 React 學習與實踐資料索引。本文中使用的游戲代碼修改自  WebAssembly 101: a developer"s first steps。

WebAssembly 的概念、意義以及未來帶來的性能提升相信已是耳熟能詳，筆者在前端每周清單系列中也是經常會推薦 WebAssembly 相關文章。不過筆者也只是了解其概念而未真正付諸實踐，本文即是筆者在將我司某個簡單項目中的計算模塊重構為 WebAssembly 過程中的總結。在簡單的實踐中筆者個人感覺，WebAssembly 的抽象程度會比 JavaScript 高不少，未來對于大型項目的遷移，對于純前端工程師而言可能存在的坑也是不少，仿佛又回到了被指針統治的年代。本文筆者使用的案例已經集成到了 React 腳手架 create-react-boilerplate 中 ，可以方便大家快速本地實踐。

我們使用 Emscripten 將 C 代碼編譯為 wasm 格式，官方推薦的方式是首先下載 Portable Emscripten SDK for Linux and OS X (emsdk-portable.tar.gz) 然后利用 emsdk 進行安裝：

$ ./emsdk update
$ ./emsdk install latest
# 如果出現異常使用 ./emsdk install sdk-1.37.12-64bit
# https://github.com/kripken/emscripten/issues/5272

安裝完畢后激活響應環境即可以進行編譯：

$ ./emsdk activate latest
$ source ./emsdk_env.sh  # you can add this line to your .bashrc

筆者在本地執行上述搭建步驟時一直失敗，因此改用了 Docker 預先配置好的鏡像進行處理：

# 拉取 Docker 鏡像
docker pull 42ua/emsdk

# 執行編譯操作
docker run --rm -v $(pwd):/home/src 42ua/emsdk emcc hello_world.c

對應的 Dockfile 如下所示，我們可以自行修改以適應未來的編譯環境：

FROM ubuntu

RUN 
    apt-get update && apt-get install -y build-essential 
    cmake python2.7 python nodejs-legacy default-jre git-core curl && 
    apt-get clean && 

    cd ~/ && 
    curl -sL https://s3.amazonaws.com/mozilla-games/emscripten/releases/emsdk-portable.tar.gz | tar xz && 
    cd emsdk-portable/ && 
    ./emsdk update && 
    ./emsdk install -j1 latest && 
    ./emsdk activate latest && 

    rm -rf ~/emsdk-portable/clang/tag-*/src && 
    find . -name "*.o" -exec rm {} ; && 
    find . -name "*.a" -exec rm {} ; && 
    find . -name "*.tmp" -exec rm {} ; && 
    find . -type d -name ".git" -prune -exec rm -rf {} ; && 

    apt-get -y --purge remove curl git-core cmake && 
    apt-get -y autoremove && apt-get clean

# http://docs.docker.com/engine/reference/run/#workdir
WORKDIR /home/src

到這里基本環境已經配置完畢，我們可以對簡單的 counter.c 進行編譯，源文件如下：

int counter = 100;

int count() {  
    counter += 1;
    return counter;
}

編譯命令如下所示，如果本地安裝好了 emcc 則可以直接使用，否則使用 Docker 環境進行編譯：

$ docker run --rm -v $(pwd):/home/src 42ua/emsdk emcc counter.c -s WASM=1 -s SIDE_MODULE=1 -o counter.wasm
$ emcc counter.c -s WASM=1 -s SIDE_MODULE=1 -o counter.wasm

# 如果出現以下錯誤，則是由如下參數
# WebAssembly Link Error: import object field "DYNAMICTOP_PTR" is not a Number
emcc counter.c -O1 -s WASM=1 -s SIDE_MODULE=1 -o counter.wasm 

這樣我們就得到了 WebAssembly 代碼：

獨立的 .wasm 文件并不能直接使用，我們需要在客戶端中使用 JavaScript 代碼將其加載進來。最樸素的加載 WebAssembly 的方式就是使用 fetch 抓取然后編譯，整個過程可以封裝為如下函數：

    // 判斷是否支持 WebAssembly
    if (!("WebAssembly" in window)) {
      alert("當前瀏覽器不支持 WebAssembly！");
    }
    // Loads a WebAssembly dynamic library, returns a promise.
    // imports is an optional imports object
    function loadWebAssembly(filename, imports) {
      // Fetch the file and compile it
      return fetch(filename)
        .then(response => response.arrayBuffer())
        .then(buffer => WebAssembly.compile(buffer))
        .then(module => {
          // Create the imports for the module, including the
          // standard dynamic library imports
          imports = imports || {};
          imports.env = imports.env || {};
          imports.env.memoryBase = imports.env.memoryBase || 0;
          imports.env.tableBase = imports.env.tableBase || 0;
          if (!imports.env.memory) {
            imports.env.memory = new WebAssembly.Memory({ initial: 256 });
          }
          if (!imports.env.table) {
            imports.env.table = new WebAssembly.Table({ initial: 0, element: "anyfunc" });
          }
          // Create the instance.
          return new WebAssembly.Instance(module, imports);
        });
    }

我們可以使用上述工具函數加載 wasm 文件：

    loadWebAssembly("counter.wasm")
      .then(instance => {
        var exports = instance.exports; // the exports of that instance
        var count = exports. _count; // the "_count" function (note "_" prefix)
        // 下面即可以調用 count 函數
      }
    );

而在筆者的腳手架中，使用了 wasm-loader 進行加載，這樣可以將 wasm 直接打包在 Bundle 中，然后通過 import 導入：

import React, { PureComponent } from "react";

import CounterWASM from "./counter.wasm";
import Button from "antd/es/button/button";

import "./Counter.scss";

/**
 * Description 簡單計數器示例
 */
export default class Counter extends PureComponent {
  state = {
    count: 0
  };

  componentDidMount() {
    this.counter = new CounterWASM({
      env: {
        memoryBase: 0,
        tableBase: 0,
        memory: new window.WebAssembly.Memory({ initial: 256 }),
        table: new window.WebAssembly.Table({ initial: 0, element: "anyfunc" })
      }
    });
    this.setState({
      count: this.counter.exports._count()
    });
  }

  /**
   * Description 默認渲染函數
   */
  render() {
    const isWASMSupport = "WebAssembly" in window;

    if (!isWASMSupport) {
      return (
        

          瀏覽器不支持 WASM
        
      );
    }

    return (
      

        
          簡單計數器示例：
        
        {this.state.count}
         {
            this.setState({
              count: this.counter.exports._count()
            });
          }}
        >
          點擊自增
        
      
    );
  }
}

在使用 wasm-loader 時，其會調用 new WebAssembly.Instance(module, importObject);

module 即 WebAssembly.Module 實例。

importObject 即默認的由 wasm-loader 提供的對象。

上文我們討論了利用 WebAssembly 重構簡單的計數器模塊，這里我們以簡單的游戲為例，交互式的感受 WebAssembly 帶來的性能提升，可以直接查看游戲的在線演示。這里的游戲引擎即是執行部分計算與重新賦值操作，譬如這里的計算下一個位置狀態的函數在 C 中實現為：

EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
void computeNextState()
{
  loopCurrentState();

  int neighbors = 0;
  int i_m1, i_p1, i_;
  int j_m1, j_p1;
  int height_limit = height - 1;
  int width_limit = width - 1;
  for (int i = 1; i < height_limit; i++)
  {
    i_m1 = (i - 1) * width;
    i_p1 = (i + 1) * width;
    i_ = i * width;
    for (int j = 1; j < width_limit; j++)
    {
      j_m1 = j - 1;
      j_p1 = j + 1;
      neighbors = current[i_m1 + j_m1];
      neighbors += current[i_m1 + j];
      neighbors += current[i_m1 + j_p1];
      neighbors += current[i_ + j_m1];
      neighbors += current[i_ + j_p1];
      neighbors += current[i_p1 + j_m1];
      neighbors += current[i_p1 + j];
      neighbors += current[i_p1 + j_p1];
      if (neighbors == 3)
      {
        next[i_ + j] = 1;
      }
      else if (neighbors == 2)
      {
        next[i_ + j] = current[i_ + j];
      }
      else
      {
        next[i_ + j] = 0;
      }
    }
  }
  memcpy(current, next, width * height);
}

而對應的 JS 版本引擎的實現為：

computeNextState() {
  let neighbors, iM1, iP1, i_, jM1, jP1;

  this.loopCurrentState();

  for (let i = 1; i < this._height - 1; i++) {
    iM1 = (i - 1) * this._width;
    iP1 = (i + 1) * this._width;
    i_ = i * this._width;
    for (let j = 1; j < this._width - 1; j++) {
      jM1 = j - 1;
      jP1 = j + 1;
      neighbors = this._current[iM1 + jM1];
      neighbors += this._current[iM1 + j];
      neighbors += this._current[iM1 + jP1];
      neighbors += this._current[i_ + jM1];
      neighbors += this._current[i_ + jP1];
      neighbors += this._current[iP1 + jM1];
      neighbors += this._current[iP1 + j];
      neighbors += this._current[iP1 + jP1];
      if (neighbors === 3) {
        this._next[i_ + j] = 1;
      } else if (neighbors === 2) {
        this._next[i_ + j] = this._current[i_ + j];
      } else {
        this._next[i_ + j] = 0;
      }
    }
  }
  this._current.set(this._next);
}

本部分的編譯依舊是直接將 [engine.c]() 編譯為 engine.wasm，不過在導入的時候我們需要動態地向 wasm 中注入外部函數：

    this.module = new EngineWASM({
      env: {
        memoryBase: 0,
        tableBase: 0,
        memory: new window.WebAssembly.Memory({ initial: 1024 }),
        table: new window.WebAssembly.Table({ initial: 0, element: "anyfunc" }),
        _malloc: size => {
          let buffer = new ArrayBuffer(size);
          return new Uint8Array(buffer);
        },
        _memcpy: (source, target, size) => {
          let sourceEnd = source.byteLength;

          let i, j;

          for (
            (i = 0), (j = 0), (k = new Uint8Array(target)), (l = new Uint8Array(
              source
            ));
            i < sourceEnd;
            ++i, ++j
          )
            k[j] = l[i];
        }
      }
    });

到這里文本告一段落，筆者最后需要聲明的是因為這只是隨手做的實驗，最后的代碼包括對于內存的操作可能存在潛在問題，請讀者批評指正。