Aceleración de navegador C++ y WebAssembly

Ejecutar C++ y Rust en el navegador con WebAssembly

JavaScript es excelente para muchas cosas, pero no fue diseñado para cálculos pesados. Si desea ejecutar un motor de física, procesar video en tiempo real o compilar código en el navegador, JavaScript puede ser demasiado lento. WebAssembly (Wasm para abreviar) resuelve esto permitiéndole ejecutar código escrito en lenguajes como C++, Rust o Go directamente en el navegador, a una velocidad casi nativa.

Cómo funciona WebAssembly

Escribes código en un lenguaje como C++ o Rust, lo compilas a un archivo binario .wasm y lo cargas en el navegador junto con JavaScript. El navegador compila este binario a código máquina, como una aplicación nativa. El resultado es que las tareas con uso intensivo de cómputo se ejecutan mucho más rápido que el JavaScript equivalente.

El archivo .wasm se ejecuta en un entorno aislado: no puede acceder al DOM ni al sistema de archivos directamente. En su lugar, se comunica con JavaScript a través de una interfaz bien definida. JavaScript llama a funciones exportadas por el módulo de WebAssembly, y el módulo de WebAssembly puede llamar a funciones importadas desde JavaScript. Los datos se comparten a través de un búfer de memoria compartida.

Cadenas de herramientas para diferentes lenguajes

La forma más fácil de comenzar depende de tu lenguaje. Para C y C++, Emscripten es la cadena de herramientas más madura. Compila tu código a WebAssembly y proporciona código de pegamento JavaScript que maneja la carga y la gestión de la memoria. También admite SDL para gráficos, subprocesos POSIX e instrucciones SIMD.

Para Rust, wasm-pack es la herramienta estándar. Se integra con Cargo (el administrador de paquetes de Rust) y genera automáticamente enlaces de TypeScript. Para Go, TinyGo produce pequeños binarios de WebAssembly. Y AssemblyScript te permite escribir WebAssembly usando una sintaxis similar a TypeScript.

Características de rendimiento

WebAssembly se ejecuta a una velocidad casi nativa para tareas vinculadas a la CPU, como matemáticas, criptografía, compresión, física e inferencia de aprendizaje automático. El tiempo de inicio es más rápido que JavaScript porque el formato binario se puede compilar de manera más eficiente. La compilación en streaming permite que el navegador compile WebAssembly mientras se descarga, lo que reduce aún más el tiempo de inicio.

Para obtener el máximo rendimiento, habilite las instrucciones SIMD para operaciones paralelas, use Web Workers para ejecutar WebAssembly fuera del hilo principal y minimice la cantidad de llamadas entre JavaScript y WebAssembly; cada cruce tiene una sobrecarga.

Aplicaciones del mundo real

Muchas cosas que antes eran imposibles o poco prácticas en el navegador ahora son factibles. El procesamiento de imágenes y videos puede ocurrir en tiempo real: FFmpeg.wasm ejecuta la biblioteca completa de FFmpeg en el navegador. Las bibliotecas de criptografía pueden funcionar a velocidad nativa. Los motores de física 3D como Box2D y Rapier impulsan juegos y simulaciones.

Quizás el caso de uso más impresionante es ejecutar aplicaciones completas en el navegador. Tanto Unity como Unreal Engine pueden exportar juegos a WebAssembly, llevando juegos de calidad de consola al navegador. AutoCAD se ejecuta en el navegador a través de WebAssembly. Y herramientas como SQLite, Figma y Google Earth tienen componentes significativos de WebAssembly.

El futuro

WebAssembly ya no es solo para navegadores. WASI (WebAssembly System Interface) está estandarizando las llamadas al sistema para archivos, redes y relojes, lo que permite que WebAssembly se ejecute en servidores, dispositivos periféricos e incluso como un formato de complemento universal. El modelo de componentes permitirá que los módulos de WebAssembly escritos en diferentes lenguajes interoperen sin problemas. WebAssembly se está convirtiendo en un tiempo de ejecución universal para el código, independientemente de dónde se ejecute.