什么是WebAssembly ？
WebAssembly（简称 Wasm）是一种用于在 Web 浏览器中运行二进制代码的技术。它是由 W3C WebAssembly 工作组开发的开放标准，旨在提供一种高效、安全的方式来在浏览器中执行代码。WebAssembly 的出现极大地扩展了 Web 应用程序的能力，使得它们能够接近原生应用程序的性能。
产生背景
WebAssembly（Wasm）的产生背景与 Web 技术的发展和用户对 Web 应用性能的需求密切相关。以下是 WebAssembly 产生的主要背景因素：
Web 应用的复杂性增加
随着互联网的发展，Web 应用从简单的静态页面演变为复杂的动态应用，涉及到富媒体内容、交互式用户界面和复杂的业务逻辑。这种复杂性要求更高的性能，而传统的 JavaScript 在处理这些复杂任务时有一定的局限性。
JavaScript 的性能瓶颈
JavaScript 是 Web 开发的主要语言，但由于其解释型的特性，在执行速度上不如编译型语言快。虽然现代 JavaScript 引擎（如 V8、SpiderMonkey）通过 JIT（即时编译）技术提高了性能，但在处理高计算密集型任务时，仍然存在性能瓶颈。
Native 应用的竞争
移动和桌面应用通常是用编译型语言编写的，能够提供更好的性能和用户体验。Web 应用需要在性能上缩小与原生应用的差距，以提高竞争力。
现有技术的局限
在 WebAssembly 之前，技术如 asm.js 尝试通过将 JavaScript 限制在一个子集内，以便更有效地进行优化和编译，来提高 Web 应用的性能。然而，这种方法仍然依赖于 JavaScript 的局限性，并未完全解决性能问题。
多语言支持的需求
开发者希望能够使用多种编程语言进行 Web 开发，而不仅仅局限于 JavaScript。这需要一种通用的编译目标，能够支持多种语言并在 Web 环境中高效运行。
浏览器厂商的支持
主要浏览器厂商（如 Google、Mozilla、Microsoft、Apple）意识到 Web 性能和多语言支持的重要性，并共同参与到 WebAssembly 的标准化过程中。这种合作推动了 WebAssembly 的快速发展和广泛支持。
安全性与跨平台需求
WebAssembly 的设计考虑了安全性和跨平台执行的需求，确保在沙盒环境中安全运行，并且能够在各种浏览器和设备上无缝执行。
WebAssembly 的产生是为了应对 Web 应用对高性能、跨平台、多语言支持的需求，同时解决 JavaScript 在性能和复杂任务处理上的局限。通过引入一种高效的二进制格式，WebAssembly 为现代 Web 应用提供了接近原生应用的性能，并扩大了 Web 开发的生态系统。随着 WebAssembly 的发展，它为 Web 应用的未来发展提供了新的可能性和方向。
核心特点
- 高性能：WebAssembly 是一种低级字节码格式，设计用于接近原生性能的执行。这是因为它是编译的结果，而不是解释的源代码，能够更有效地利用现代处理器的特性。
- 语言中立：WebAssembly 不是一种编程语言，而是一种可以由多种高级语言（如 C/C++、Rust 等）编译生成的目标格式。这意味着开发者可以使用他们熟悉的语言来开发应用程序，然后将其编译为 WebAssembly 以在浏览器中运行。
- 安全性：WebAssembly 在一个沙盒环境中运行，确保代码不能对宿主环境（如浏览器或操作系统）造成安全威胁。这种设计使得 WebAssembly 可以安全地在 Web 上执行。
- 跨平台：由于 WebAssembly 是一种标准化的格式，它可以在支持的任何浏览器中运行，无需特定的操作系统或硬件支持。这使得开发者可以编写一次代码，并在多个平台上运行。
- 与 JavaScript 的互操作性：WebAssembly 与 JavaScript 紧密集成，允许两者之间进行高效的交互。这使得开发者可以在同一个应用程序中结合使用 WebAssembly 和 JavaScript，发挥各自的优势。
- 模块化：WebAssembly的模块化设计使得代码可以被轻松加载和执行，支持动态加载和链接。
优势与限制
优势
- 性能优势：由于其低级别的设计，WebAssembly通常比JavaScript更高效。
- 语言多样性：支持多种编程语言，开发者可以选择最适合他们需求的语言。
- 改进的用户体验：通过更快的加载时间和执行速度，WebAssembly可以显著改善Web应用的用户体验。
限制
- 调试困难：由于WebAssembly是二进制格式，调试可能比JavaScript更复杂。
- 生态系统尚在发展：尽管WebAssembly正在迅速普及，但其生态系统和工具链仍在发展中。
应用场景
- 计算密集型应用：如图像处理、视频编辑、3D渲染、科学计算等，这些应用可以利用WebAssembly的高性能特性。
- 游戏开发：WebAssembly可以用于在浏览器中运行复杂的游戏引擎，实现高性能的游戏体验。
- 跨平台应用：开发者可以使用C/C++、Rust等语言编写应用程序，并编译为WebAssembly，以便在Web上运行。
- 现有代码库的移植：可以将现有的 C/C++、Rust 等语言编写的代码库移植到 Web 上，而不必重写为 JavaScript，从而保护和利用已有的代码资产。
- 多语言支持：支持使用多种编程语言开发 Web 应用程序，降低了开发门槛，扩大了 Web 开发的生态系统。
- 提高 Web 应用的响应速度：通过将性能关键的部分用 WebAssembly 编写，可以显著提高 Web 应用的响应速度和用户体验。
WebAssembly 是一项重要的 Web 技术，提供了高性能、跨平台、安全的解决方案，使得 Web 应用程序可以接近原生应用程序的性能。它不仅扩展了 Web 开发的可能性，也为现有应用的移植和多语言支持提供了便利。随着浏览器对 WebAssembly 的支持不断增强，它在现代 Web 开发中的地位将会越来越重要。
WebAssembly 与 asm.js的关系
WebAssembly 和 asm.js 都是为了提高 Web 应用性能而开发的技术，但它们在实现方式、性能、功能和支持上有显著差异。以下是两者之间的关系和区别：
asm.js
- 定义：js 是 JavaScript 的一个高度优化的子集，设计用于通过 JavaScript 引擎进行高效的编译和执行。
- 目的：旨在通过限制 JavaScript 的动态特性，使用严格的语法规则，使其能够被优化为接近原生性能。
- 实现：js 代码可以被标准的 JavaScript 引擎执行，但当浏览器识别出代码是 asm.js 格式时，可以进行特定的优化。
- 兼容性：由于js 只是 JavaScript 的一个子集，所有支持 JavaScript 的浏览器都可以执行 asm.js 代码。
- 性能：虽然js 提供了性能优化，但仍然受到 JavaScript 的某些固有限制。
WebAssembly
- 定义：WebAssembly 是一种新的二进制指令格式，设计用于作为一种编译目标，支持多种编程语言。
- 目的：旨在提供一种高效的、接近原生速度的执行环境，同时保持安全性和可移植性。
- 实现：WebAssembly 代码在浏览器中通过一个专门的虚拟机执行，这使得其性能可以超过 JavaScript，包括js。
- 兼容性：现代浏览器（如 Chrome、Firefox、Safari 和 Edge）都支持 WebAssembly，且其设计使得未来的支持和扩展更加容易。
- 性能：由于其二进制格式和直接的编译执行路径，WebAssembly 通常比js 更快。
关系和演变
- 共同目标：两者都旨在提高 Web 应用的性能，尤其是对于计算密集型任务和需要高效执行的场景。
- 发展过程：js 可以被视为 WebAssembly 的前身或过渡技术。它为高性能 Web 应用的需求提供了早期的解决方案，并为 WebAssembly 的开发奠定了基础。
- 协同作用：在 WebAssembly 推出之前，js 已经被用于将 C/C++ 等语言编译为 JavaScript 运行在浏览器中。WebAssembly 的出现则进一步优化了这一过程，通过更高效的格式和执行环境提升了性能。
- 向后兼容性：WebAssembly 的设计考虑了与js 的兼容性，许多现有的 asm.js 项目可以在不进行大量修改的情况下迁移到 WebAssembly。
WebAssembly 和 asm.js 都是为了提升 Web 应用性能的技术，asm.js 作为早期的解决方案提供了宝贵的经验，而 WebAssembly 则在其基础上进行了优化和扩展，提供了更高的性能和更广泛的语言支持。随着 WebAssembly 的成熟和普及，它逐渐成为现代 Web 应用高性能计算的首选技术。
WebAssembly 与 Javascript的关系
WebAssembly 和 JavaScript 是两种不同的技术，各自有其独特的用途和优势。虽然 WebAssembly 提供了许多性能上的优势，但它并不会取代 JavaScript。相反，两者在 Web 开发中具有互补的角色。以下是对 WebAssembly 和 JavaScript 关系的详细分析：
不同的用途和优势
- JavaScript：
- 动态特性：JavaScript 是一种动态语言，具有灵活性，适合处理动态网页内容、用户交互和 DOM 操作。
- 广泛使用：作为 Web 的基础语言，JavaScript 已经深度集成到浏览器环境中，拥有丰富的生态系统和开发工具。
- 高效的开发和调试：JavaScript 的动态特性和解释执行模式使得开发和调试过程相对简单和快速。
- WebAssembly：
- 高性能计算：WebAssembly 是一种低级二进制格式，适合需要高性能的计算密集型任务，如游戏引擎、视频处理、图像处理和科学计算。
- 多语言支持：可以将多种编程语言（如 C/C++、Rust）编译为 WebAssembly，扩展了 Web 开发的语言选择。
- 安全性和可移植性：设计为在沙盒环境中安全执行，并能够在不同的平台和浏览器中无缝运行。
互补的关系
- 协同工作：WebAssembly 和 JavaScript 可以在同一应用中协同工作，利用各自的优势。例如，性能关键的部分可以用 WebAssembly 实现，而 UI 和交互逻辑可以继续使用 JavaScript。
- 互操作性：WebAssembly 和 JavaScript 之间有很好的互操作性，允许两者之间的数据和函数调用。这使得开发者可以在应用中无缝集成这两种技术。
WebAssembly 的局限性
- 开发复杂性：与 JavaScript 相比，WebAssembly 的开发和调试过程可能更复杂，因为它需要使用编译型语言和工具链。
- 生态系统和工具：尽管 WebAssembly 的生态系统在快速发展，但与 JavaScript 的成熟生态系统相比，还有一定的差距。
未来展望
- 共同进化：WebAssembly 和 JavaScript 将继续共同发展。JavaScript 仍然是 Web 开发的核心语言，而 WebAssembly 将作为补充，为需要高性能的场景提供支持。
- 新功能和扩展：随着 WebAssembly 的不断发展，可能会引入更多功能，如直接的 DOM 操作支持，但这不会改变 JavaScript 在 Web 开发中的核心地位。
WebAssembly 不会取代 JavaScript，而是作为一种补充技术，扩展了 Web 应用的能力。两者在 Web 开发中具有不同的角色和优势，通过互补的方式为开发者提供了更强大的工具集。JavaScript 仍然是处理动态内容和用户交互的理想选择，而 WebAssembly 则为高性能需求提供了解决方案。
WebAssembly开发工具
WebAssembly（Wasm）的开发工具链不断扩展，为开发者提供了丰富的工具来编写、调试和优化 WebAssembly 应用程序。以下是一些常用的 WebAssembly 开发工具和框架：
编译器和工具链
- Emscripten：Emscripten 是一个广泛使用的工具链，能够将 C/C++ 代码编译为 WebAssembly。它支持将现有的 C/C++ 项目移植到 Web 上，并提供了对 Web API 的绑定。
- LLVM：LLVM 是一个编译器基础设施项目，许多语言的编译器（如 Rust 和 Swift）都使用 LLVM 作为后端来生成 WebAssembly 代码。
- Rust and wasm-pack：Rust 是一种现代系统编程语言，提供了优秀的 WebAssembly 支持。wasm-pack是一个用于构建和发布 Rust WebAssembly 包的工具，集成了编译、打包和测试功能。
- AssemblyScript：AssemblyScript 是一种 TypeScript 的子集，专门用于编译到 WebAssembly。这对于 TypeScript 开发者来说是一个友好的选择，因为它允许使用熟悉的语法来编写 WebAssembly 代码。
- TinyGo：TinyGo 是一个 Go 语言的编译器，可以将 Go 代码编译为 WebAssembly。它适合资源受限的环境，如物联网设备和 WebAssembly。
开发框架和库
- Blazor：Blazor 是一个用于构建交互式 Web 应用的框架，使用 C# 和 .NET。Blazor WebAssembly 允许在浏览器中运行 .NET 代码，提供了类似于单页应用（SPA）的体验。
- Yew：Yew 是一个用 Rust 编写的现代 Web 框架，支持通过 WebAssembly 构建前端应用程序。它采用了类似 React 的组件模型。
- wasm-bindgen：wasm-bindgen是一个 Rust 库，提供了与 JavaScript 互操作的功能。它可以自动生成与 JavaScript 的绑定代码，使得 WebAssembly 模块能够轻松调用 JavaScript 函数和访问 DOM。
调试和分析工具
- Chrome DevTools：Chrome DevTools 提供了对 WebAssembly 的调试支持，包括设置断点、查看内存、检查变量和执行堆栈等功能。
- Firefox Developer Tools：Firefox 的开发者工具也支持 WebAssembly 的调试，提供了类似的功能集，并且在某些方面对 WebAssembly 的支持更为深入。
- WasmFiddle：WasmFiddle 是一个在线工具，允许开发者编写、编译和分享 WebAssembly 代码片段，适合快速测试和实验。
测试工具
- wasm-bindgen-test：wasm-bindgen-test是一个用于在 WebAssembly 环境中测试 Rust 代码的工具，集成了常用的测试框架。
- wasmtime：Wasmtime 是一个快速的 WebAssembly 运行时，支持在命令行中执行 WebAssembly 模块，可以用于测试和调试。
WebAssembly 的开发生态系统正在快速发展，涵盖了从编译器和工具链到框架、库、调试工具和测试工具的方方面面。这些工具使得开发者能够高效地创建、调试和优化 WebAssembly 应用程序，并与现有的 Web 技术栈无缝集成。随着 WebAssembly 的普及和技术的进步，更多的工具和资源将会涌现，为开发者提供更强大的支持。
Python与WebAssembly
Python 社区也在积极开发和维护将 Python 代码编译为 WebAssembly 的工具和项目。虽然 Python 不是一种原生编译型语言，但通过这些工具，开发者可以在 Web 环境中运行 Python 代码。以下是一些常用的 Python WebAssembly 工具和项目：
Pyodide
- 简介：Pyodide 是一个将 Python 科学计算堆栈移植到 WebAssembly 的项目。它最初由 Mozilla 开发，现在作为一个独立的开源项目继续发展。
- 功能：Pyodide 支持在浏览器中运行 Python 代码，并能够访问大量的 Python 科学库，如 NumPy、Pandas 和 Matplotlib。
- 应用场景：适合需要在浏览器中执行 Python 科学计算的应用，如数据分析和可视化工具。
Transcrypt
- 简介：Transcrypt 是一个将 Python 代码编译为 JavaScript 的工具，虽然它不是直接编译为 WebAssembly，但可以与 WebAssembly 互操作。
- 功能：Transcrypt 支持大部分 Python 语法，并生成高效的 JavaScript 代码，可以与 WebAssembly 模块结合使用。
- 应用场景：适合需要将现有 Python 代码库转换为可在浏览器中运行的项目。
Brython
- 简介：Brython 是一个运行在浏览器中的 Python 解释器，旨在替代 JavaScript 进行客户端编程。
- 功能：虽然 Brython 本身不生成 WebAssembly，但它允许在浏览器中直接运行 Python 代码，并可与 WebAssembly 模块进行交互。
- 应用场景：适合需要在 Web 应用中使用 Python 进行交互逻辑的开发者。
RustPython
- 简介：RustPython 是一个用 Rust 编写的 Python 解释器，目标是支持在 WebAssembly 环境中运行。
- 功能：由于 Rust 对 WebAssembly 的良好支持，RustPython 可以被编译为 WebAssembly，允许在浏览器中执行 Python 代码。
- 应用场景：适合需要在浏览器中运行 Python 解释器的场景，特别是在资源受限的环境中。
Empythoned
- 简介：Empythoned 是一个基于 Emscripten 的项目，用于将 CPython 编译为 WebAssembly。
- 功能：它提供了一个在浏览器中运行的 Python 环境，支持基本的 Python 语法和功能。
- 应用场景：适合需要在 Web 环境中使用标准 Python 解释器的应用。
虽然 Python 不是为 WebAssembly 自然设计的语言，但通过上述工具和项目，开发者可以在 Web 环境中运行 Python 代码。这些工具为希望利用 Python 生态系统的开发者提供了更多选择，并扩大了 Python 在 Web 开发中的应用范围。随着 WebAssembly 技术的进步和社区的持续努力，未来可能会有更多功能强大、性能更好的工具出现。
参考链接：
