WebAssembly (Wasm): ブラウザでのネイティブに近いパフォーマンス

WebAssembly: ブラウザでネイティブコードを実行する

JavaScriptは多くのことに優れていますが、重い計算のために設計されたわけではありません。物理エンジンを実行したり、ビデオをリアルタイムで処理したり、ブラウザでコードをコンパイルしたい場合、JavaScriptは遅すぎることがあります。WebAssembly（略称Wasm）は、C++、Rust、Goなどの言語で書かれたコードをブラウザで直接、ネイティブに近い速度で実行できるようにすることで、この問題を解決します。

WebAssemblyの仕組み

C++やRustなどの言語でコードを書き、それを.wasmバイナリファイルにコンパイルし、JavaScriptと一緒にブラウザに読み込みます。ブラウザはこのバイナリをネイティブアプリケーションと同様にマシンコードにコンパイルします。その結果、計算集約型のタスクは同等のJavaScriptよりもはるかに高速に実行されます。

.wasmファイルはサンドボックス環境で実行されます。DOMやファイルシステムに直接アクセスすることはできません。代わりに、明確に定義されたインターフェースを介してJavaScriptと通信します。JavaScriptはWebAssemblyモジュールがエクスポートする関数を呼び出し、WebAssemblyモジュールはJavaScriptからインポートした関数を呼び出すことができます。データは共有メモリバッファを介して共有されます。

WebAssemblyで何が作れるか？

以前はブラウザでは不可能または非現実的だった多くのことが、今では実現可能です。画像やビデオの処理はリアルタイムで可能です。FFmpeg.wasmはFFmpegライブラリ全体をブラウザで実行します。暗号化ライブラリはネイティブ速度で動作できます。Box2DやRapierなどの3D物理エンジンはゲームやシミュレーションを動かします。機械学習モデルは、ONNX Runtime WebやTensorFlow.jsのWASMバックエンドを使用してローカルで推論を実行できます。

おそらく最も印象的なユースケースは、ブラウザでアプリケーション全体を実行することです。UnityとUnreal Engineの両方がゲームをWebAssemblyにエクスポートでき、コンソール品質のゲームをブラウザにもたらします。AutoCADはWebAssemblyを介してブラウザで実行されます。SQLite、Figma、Google Earthなどのツールには重要なWebAssemblyコンポーネントがあります。

はじめに

WebAssemblyを始める最も簡単な方法は、使用する言語によって異なります。CおよびC++の場合、Emscriptenが最も成熟したツールチェーンです。コードをWebAssemblyにコンパイルし、ロードとメモリ管理を処理するJavaScriptのグルーコードを提供します。Rustの場合、wasm-packはCargoと統合し、TypeScriptバインディングを自動的に生成します。Goの場合、TinyGoは小さなWebAssemblyバイナリを生成します。

パフォーマンスのためには、並列演算にSIMD（Single Instruction Multiple Data）を有効にし、Web Workersを使用してWebAssemblyをメインスレッドからオフにして実行し、WebAssembly.instantiateStreamingを使用してモジュールをストリームコンパイルし、読み込みを高速化します。

未来: WebAssembly everywhere

WebAssemblyはもはやブラウザだけのものではありません。WASI（WebAssembly System Interface）は、ファイル、ネットワーキング、クロックのシステムコールを標準化しており、WebAssemblyをサーバー、エッジデバイス、さらにはユニバーサルプラグインフォーマットとして実行できるようにします。コンポーネントモデルにより、異なる言語で書かれたWebAssemblyモジュールがシームレスに相互運用できるようになります。WebAssemblyは、コードがどこで実行されるかにかかわらず、ユニバーサルランタイムになりつつあります。