Accélération du navigateur C++ et WebAssembly

Exécuter C++ et Rust dans le navigateur avec WebAssembly

JavaScript est excellent pour de nombreuses choses, mais il n'a pas été conçu pour les calculs lourds. Si vous voulez exécuter un moteur physique, traiter une vidéo en temps réel ou compiler du code dans le navigateur, JavaScript peut être trop lent. WebAssembly (Wasm en abrégé) résout ce problème en vous permettant d'exécuter du code écrit dans des langages comme C++, Rust ou Go directement dans le navigateur, à une vitesse quasi native.

Comment fonctionne WebAssembly

Vous écrivez du code dans un langage comme C++ ou Rust, le compilez en un fichier binaire .wasm, et le chargez dans le navigateur aux côtés de JavaScript. Le navigateur compile ce binaire en code machine, comme une application native. Le résultat est que les tâches intensives en calcul s'exécutent beaucoup plus rapidement que le JavaScript équivalent.

Le fichier .wasm s'exécute dans un environnement bac à sable — il ne peut pas accéder directement au DOM ou au système de fichiers. Au lieu de cela, il communique avec JavaScript via une interface bien définie. JavaScript appelle des fonctions exportées par le module WebAssembly, et le module WebAssembly peut appeler des fonctions importées depuis JavaScript. Les données sont partagées via un tampon mémoire partagée.

Chaînes d'outils pour différents langages

La façon la plus simple de commencer dépend de votre langage. Pour C et C++, Emscripten est la chaîne d'outils la plus mature. Il compile votre code en WebAssembly et fournit du code de colle JavaScript qui gère le chargement et la gestion de la mémoire. Il prend également en charge SDL pour les graphiques, les threads POSIX et les instructions SIMD.

Pour Rust, wasm-pack est l'outil standard. Il s'intègre à Cargo (le gestionnaire de paquets de Rust) et génère automatiquement des liaisons TypeScript. Pour Go, TinyGo produit de petits binaires WebAssembly. Et AssemblyScript vous permet d'écrire du WebAssembly en utilisant une syntaxe de type TypeScript.

Caractéristiques de performance

WebAssembly s'exécute à une vitesse quasi native pour les tâches liées au processeur, comme les mathématiques, la cryptographie, la compression, la physique et l'inférence d'apprentissage automatique. Le temps de démarrage est plus rapide que JavaScript car le format binaire peut être compilé plus efficacement. La compilation en continu permet au navigateur de compiler WebAssembly pendant son téléchargement, réduisant encore le temps de démarrage.

Pour des performances maximales, activez les instructions SIMD pour les opérations parallèles, utilisez les Web Workers pour exécuter WebAssembly hors du thread principal et minimisez le nombre d'appels entre JavaScript et WebAssembly — chaque passage a un coût.

Applications du monde réel

De nombreuses choses qui étaient auparavant impossibles ou peu pratiques dans le navigateur sont désormais réalisables. Le traitement d'images et de vidéos peut se faire en temps réel — FFmpeg.wasm exécute la bibliothèque FFmpeg complète dans le navigateur. Les bibliothèques de cryptographie peuvent fonctionner à la vitesse native. Les moteurs physiques 3D comme Box2D et Rapier alimentent des jeux et des simulations.

Le cas d'utilisation le plus impressionnant est peut-être l'exécution d'applications entières dans le navigateur. Unity et Unreal Engine peuvent exporter des jeux vers WebAssembly, apportant des jeux de qualité console au navigateur. AutoCAD s'exécute dans le navigateur via WebAssembly. Et des outils comme SQLite, Figma et Google Earth ont des composants WebAssembly importants.

L'avenir

WebAssembly n'est plus réservé aux navigateurs. WASI (WebAssembly System Interface) normalise les appels système pour les fichiers, les réseaux et les horloges, permettant à WebAssembly de s'exécuter sur des serveurs, des périphériques de périphérie et même comme format de plugin universel. Le modèle de composant permettra aux modules WebAssembly écrits dans différents langages d'interopérer de manière transparente. WebAssembly devient un runtime universel pour le code, quel que soit l'endroit où il s'exécute.