使用WebAssembly来加速Web

Posted 2021-04-25 ArkTeam

原文标题：Bringing the Web up to Speed with WebAssembly

原文会议：PLDI 2017

原文链接：https://pldi17.sigplan.org/event/pldi-2017-papers-bringing-the-web-up-to-speed-with-webassembly

可下载链接：https://dl.acm.org/citation.cfm?id=3062363

Web平台的成熟引发了复杂和性能要求苛刻的Web应用程序，如交互式3D可视化，音频和视频软件以及游戏。因此，Web平台上代码的高效性和安全性变得越来越重要。然而，javascript作为Web平台（浏览器）唯一内置的语言，并不能很好地满足上述需求。

来自四大浏览器供应商（Google, Mozilla, Microsoft, Apple）的工程师已经面对这一挑战，合作设计了一个名为WebAssembly的可移植的底层字节码。它提供严谨的格式、有效的验证和编译、低或无开销安全执行。WebAssembly不针对特定的编程模型，而是对现代硬件的一层抽象，这使得WebAssembly和语言、硬件、平台无关，其平台也不仅仅局限于Web。WebAssembly从一开始就被设计为具有正式的语义。论文描述WebAssembly的动机，设计和形式语义，并提供一些实现的初步经验。论文的信息量很大，为了避免篇幅过长，本文仅简单介绍一下WebAssembly的基本概念和直观的性能提升效果。

一、基本概念。

文章在第一章首先介绍了WebAssembly的一些特性，即安全性、运行速度、可移植性，压缩性（WebAssembly二进制格式非常紧凑，对于通过网络传输的代码来说能够占用较小带宽，提升加载速度）。同时，文章也回顾了在浏览器中运行底层代码在过去的解决之道。例如Microsoft's ActiveX，Native Client、Emscripten等等。论文比较详细地介绍了WebAssembly的抽象语法，如图1所示。

图1 WebAssembly抽象语法

二、性能测试

论文首先以本机代码（Native Code，使用Clang生成）的运行时间为基准，使用PolyBenchC对WebAssembly（使用Emscripten生成）进行了性能测试，测试结果如图2所示。在这张图里使用Native Code运行时间做归一化，所以100%的一条横线是Native Code的运行时间，Native Code是用Clang编译的真正的二进制程序，WebAssembly有4中情况运行速度更快，7种情况最多没有超过Native Code 的10%，而大部分情况是没有超过Native Code的200%的，这个性能对于运行在V8和SpiderMonkey浏览器引擎里的代码来说，已经非常快了。

图2 WebAssembly与Native Code运行时间对比

对于WebAssembly和asm.js的速度对比，论文没有进行画图比较，作者提到了WebAssembly相较于asm.js快了33.7%。另外，对于代码的紧凑性，实验也进行了比较。论文比较了WebAssembly和asm.js，以及WebAssembly和x86-64本机代码（Native Code）。图3用比值的形式直观地对比了二进制代码的紧凑性。

图3 WebAssembly与asm.js和NativeCode二进制大小对比

平均来说，WebAssembly代码是asm.js的大小的62.5％（中位数68.6％），以及本机x86-64代码大小的85.3％（中位数78％）。

三、总结

论文中提出的新技术已经在四大主流浏览器引擎中得到了实现。虽然WebAssembly于2017年11月开始受到四大主流浏览器支持，到现在也仅仅过去半年，还有很多需要完善的地方。但是WebAssembly是Web的一个新趋势，其更加广泛的应用势必会给Web带来新的能力和发展空间，同时可能也会为Web安全带来一个全新的领域。