浏览器C++和WebAssembly加速

使用WebAssembly在浏览器中运行C++和Rust

JavaScript在很多方面都很出色，但它并非为重型计算而设计。如果你想运行物理引擎、实时处理视频或在浏览器中编译代码，JavaScript可能太慢了。WebAssembly（简称Wasm）通过让你直接在浏览器中运行用C++、Rust或Go等语言编写的代码，以接近原生速度来解决这个问题。

WebAssembly的工作原理

你用C++或Rust等语言编写代码，将其编译成.wasm二进制文件，然后与JavaScript一起加载到浏览器中。浏览器将这个二进制文件编译成机器码，就像原生应用程序一样。结果是计算密集型任务的运行速度比等效的JavaScript快得多。

.wasm文件在沙盒环境中运行——它不能直接访问DOM或文件系统。相反，它通过一个定义良好的接口与JavaScript通信。JavaScript调用WebAssembly模块导出的函数，WebAssembly模块可以调用从JavaScript导入的函数。数据通过共享内存缓冲区共享。

不同语言的工具链

最简单的入门方式取决于你的语言。对于C和C++，Emscripten是最成熟的工具链。它将你的代码编译成WebAssembly，并提供处理加载和内存管理的JavaScript胶水代码。它还支持用于图形的SDL、POSIX线程和SIMD指令。

对于Rust，wasm-pack是标准工具。它与Cargo（Rust的包管理器）集成，并自动生成TypeScript绑定。对于Go，TinyGo生成小的WebAssembly二进制文件。而AssemblyScript让你使用类似TypeScript的语法编写WebAssembly。

性能特点

WebAssembly在CPU密集型任务（如数学、密码学、压缩、物理和机器学习推理）上以接近原生速度运行。启动时间比JavaScript快，因为二进制格式可以更高效地编译。流式编译让浏览器在下载WebAssembly的同时进行编译，进一步缩短了启动时间。

为了获得最大性能，请启用SIMD指令进行并行操作，使用Web Workers在主线程之外运行WebAssembly，并尽量减少JavaScript和WebAssembly之间的调用次数——每次跨越都有开销。

实际应用

许多以前在浏览器中不可能或不切实际的事情现在变得可行。图像和视频处理可以实时进行——FFmpeg.wasm在浏览器中运行完整的FFmpeg库。密码学库可以以原生速度工作。像Box2D和Rapier这样的3D物理引擎为游戏和模拟提供动力。

也许最令人印象深刻的用例是在浏览器中运行整个应用程序。Unity和Unreal Engine都可以将游戏导出到WebAssembly，将主机质量的游戏带到浏览器中。AutoCAD通过WebAssembly在浏览器中运行。而像SQLite、Figma和Google Earth等工具都拥有重要的WebAssembly组件。

未来

WebAssembly不再仅仅用于浏览器。WASI（WebAssembly系统接口）正在标准化文件、网络和时钟的系统调用，使WebAssembly能够在服务器、边缘设备上运行，甚至作为通用插件格式。组件模型将允许用不同语言编写的WebAssembly模块无缝互操作。WebAssembly正在成为代码的通用运行时，无论它在何处运行。