一、简介
WebAssembly 是一种新型的低级字节码，其设计目标是提供一种可移植的目标代码。WebAssembly 可以在浏览器中运行并与 JavaScript 交互，可用于在 Web 平台上运行高性能，低延迟的应用程序，也可用于跨平台开发桌面应用、服务端应用和 IoT 应用程序。
与 JavaScript 的对比，JavaScript 是一种解释性语言，因此运行速度比 WebAssembly 慢，并且对于密集型任务而言运行缓慢。但是，JavaScript 很容易上手，可以直接在浏览器中执行，这使得开发变得更容易。WebAssembly 虽然比 JavaScript 更快，但由于语法较为复杂，需要一些编程经验方可编写。
二、使用场景
2.1 客户端（浏览器）应用场景
提高游戏性能
游戏是最受欢迎的 Web 应用之一，游戏的快速响应和流畅的体验是游戏开发者的重要目标。WebAssembly 可以使游戏改善流畅性和快速响应。下面是一个简单的 WebAssembly 游戏示例，该游戏可以在浏览器中运行：
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<title>WebAssembly 游戏示例</title>
</head>
<body>
<canvas id="canvas" width="800" height="600"></canvas>
<script>
async function init() {
const importObject = {
imports: {
env: {
getRandomNumber() {
return Math.floor(Math.random() * 800);
}
}
}
};
const response = await fetch('game.wasm');
const bytes = await response.arrayBuffer();
const { instance }= await WebAssembly.instantiate(bytes, importObject);
instance.exports.run();
}
init();
</script>
</body>
</html>
开发桌面级应用
WebAssembly 可以用于开发桌面级应用程序（即桌面应用）。WebAssembly 可在运行平台上直接运行，因此开发者可以编写并在 WebAssembly 中运行在不同操作系统和硬件平台上运行的应用程序。下面是一个基于 WebAssembly 的桌面级应用程序，该程序使用 C++ 作为编程语言：
#include<iostream>
int main() {
std::cout << "Hello, WebAssembly!" << std::endl;
return 0;
}
2.2 在服务端（服务器）应用场景
转码器
WebAssembly 还可以用作编码器或解码器，用于在服务端上进行数据转换，可帮助服务端提高效率和性能。使用 WebAssembly 作为转码器的好处是，它可以在一个机器上快速地运行，并为不同的操作系统和接口提供高效的编码和解码服务。
防止代码泄漏
WebAssembly 可在服务端使用，同时也适用于云端应用，其中一项重要应用程序是代码加密。WebAssembly 可以将 JavaScript 代码编译成二进制，从而有效地保护开发人员的原始代码免受恶意攻击。
2.3 WebAssembly案例分析
在视频编解码中的应用
WebAssembly 可以用于 视频编解码器，被广泛应用于视频编辑或实时视频流转换。因为它能在不对计算机主机的性能和资源造成太大损害的情况下，快速有效地转码。下面是使用 WebAssembly 进行 Web 视频播放的引入代码和示例：
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<title>WebAssembly 视频播放示例</title>
</head>
<body>
<video id="player" controls></video>
<script>
const video = document.getElementById('player');
const url = 'video.mp4';
const importObject = {
env: {
logTime: time => console.log(`Time: ${time}`)
}
};
async function init() {
const response = await fetch('decoder.wasm');
const bytes = await response.arrayBuffer();
const { instance, module } = await WebAssembly.instantiate(bytes, importObject);
const decoder = instance.exports.instantiateDecoder(module);
const initResult = decoder.init(url);
if (initResult === 0) {
console.log('Init decoder success');
video.addEventListener('canplay', () => {
console.log(`Duration: ${video.duration}`);
instance.exports.decodeFrames(decoder);
});
video.addEventListener('timeupdate', () => {
instance.exports.decodeFrames(decoder);
});
} else {
console.log('Init decoder failed');
}
}
init();
</script>
</body>
</html>
WebAssembly与GPU编程结合的案例
将 WebAssembly 与 GPU 编程结合使用，可以加快 GPU 计算过程并在不牺牲计算质量的情况下提高性能，从而实现更高效的图形和通用计算。下面是一个使用 WebAssembly 和 WebGL 进行 GPU 编程的示例：
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<title>WebAssembly 和 WebGL 结合的案例</title>
</head>
<body>
<canvas id="canvas" width="800" height="600"></canvas>
<script>
async function init() {
const canvas = document.getElementById('canvas');
const gl = canvas.getContext('webgl');
const response = await fetch('raytracer.wasm');
const bytes = await response.arrayBuffer();
const { instance } = await WebAssembly.instantiate(bytes, {
env: {
log: msg => console.log(msg),
getCanvasWidth: () => canvas.width,
getCanvasHeight: () => canvas.height,
getCanvasData: () => gl.readPixels(0, 0, canvas.width, canvas.height, gl.RGBA, gl.UNSIGNED_BYTE, new Uint8Array(canvas.width * canvas.height * 4))
}
});
instance.exports.init();
instance.exports.renderFrame();
}
init();
</script>
</body>
</html>
WebAssembly在音频剪辑和处理中的应用
WebAssembly 可以用于音频剪辑和处理，因为它可以使用较小的块大小处理以提高性能。例如，下面是一个使用 WebAssembly 的音频剪辑程序的示例：
void clipAudio(float* inputBuffer, float* outputBuffer, float threshold, float gain, int blocksize) {
for (int i = 0; i < blocksize; i++) {
float sample = inputBuffer[i];
if (sample > threshold) {
sample = threshold;
} else if (sample < (-1 * threshold)) {
sample = -1 * threshold;
}
outputBuffer[i] = sample * gain;
}
}
2.4 如何使用WebAssembly
WebAssembly工具链介绍
WebAssembly 可以通过编写其特定的格式来构建和组装。这些格式包括 .wast（WebAssembly 文本格式），.wat（WebAssembly 符号格式）和 .wasm（WebAssembly 二进制格式）。下面是将 C++ 代码编译成 WebAssembly 二进制文件的示例：
em++ -Os -s WASM=1 -s SIDE_MODULE=1 -s BINARYEN_ASYNC_COMPILATION=0 -o my_code.wasm my_code.cpp
WebAssembly的开发与调试
WebAssembly 可以与 JavaScript 进行交互，可以调用 JavaScript 或被 JavaScript 调用。下面是一个使用 C++ 和 JavaScript 进行交互的示例：
#include<iostream>
#include<emscripten.h>
extern "C" {
EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
void myFunction(int argc, char **argv) {
std::cout << "Hello World" << std::endl;
}
}
在JavaScript中，我们可以像下面这样调用 C++ 中的函数：
Module.ccall('myFunction', /* returnType */ 'null', /* argumentTypes */ [], /* arguments在C++中编写WebAssembly模块
下面是一个使用 C++ 编写 WebAssembly 模块的示例：
```c++
#include <emscripten.h>
extern "C" {
EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
int add(int a, int b) {
return a + b;
}
}
2.5 未来展望
WebAssembly发展趋势
WebAssembly 未来将会成长为一项功能完整和稳定的技术，更多的新特性将被支持。WebAssembly 还将更多地集成到模块化编程环境中，开发人员将能够轻松地构建和使用 WebAssembly 模块。
WebAssembly在IoT领域中的应用
WebAssembly 可以在 IoT 设备上运行，这将极大地扩展其应用范围。特别是在资源受限的设备上，使用 WebAssembly 可以充分发挥其高效性能和低延迟优势。
三、总结
WebAssembly 是一种新型的跨平台编程技术，可用于客户端、服务端以及 IoT 应用程序开发，可帮助开发人员实现更高效的计算和更快速的响应。WebAssembly 还可以与 JavaScript 和 GPU 编程结合使用，提高计算性能，同时还在音频、视频编解码和代码加密、解密等领域得到了广泛应用。WebAssembly 的未来前景光明，它将成为编程语言和应用程序开发的一项重要技术。
