WebAssembly 大型项目实战：模块化、代码拆分与异步加载的工程化实践

2025/3/12 13:59:37 48 0 0 0

WebAssembly 大型项目实战：模块化、代码拆分与异步加载的工程化实践

为什么大型项目需要关注这些？

模块化：让你的 Wasm 代码井然有序

代码拆分：按需加载你的 Wasm 模块

异步加载：避免阻塞主线程

其他工程化建议

总结

WebAssembly 大型项目实战：模块化、代码拆分与异步加载的工程化实践

你好！咱们今天来聊聊 WebAssembly（简称 Wasm）在大型项目中的最佳实践。相信你已经对 Wasm 有了一定的了解，知道它是一种可移植、体积小、加载快并且兼容 Web 的全新格式。但当 Wasm 真正应用到大型项目中时，你会发现事情远不止 “编译、运行” 那么简单。尤其是在模块化、代码拆分、异步加载等方面，会遇到各种各样的挑战。别担心，今天我就和你分享一些实用的工程化建议，帮你更好地驾驭 Wasm。

为什么大型项目需要关注这些？

在深入探讨之前，我们先来明确一下，为什么在大型项目中，模块化、代码拆分和异步加载如此重要。这其实和我们构建大型 JavaScript 应用的道理是相通的。

模块化： 将庞大的代码库拆分成一个个独立的模块，可以提高代码的可维护性、可重用性和可测试性。想象一下，如果把所有代码都堆在一个文件里，那简直就是一场噩梦！
代码拆分： 将代码分割成多个小块，可以实现按需加载，减少初始加载时间，提升用户体验。谁都不想让用户等上个半分钟才能看到页面吧？
异步加载： 利用异步加载，可以在不阻塞主线程的情况下加载 Wasm 模块，避免页面卡顿。这对于性能敏感的应用来说至关重要。

总之，这三者都是构建高性能、可维护的大型 Web 应用的关键。对于 Wasm 来说，这些实践同样重要，甚至更加重要，因为 Wasm 往往用于处理计算密集型任务，对性能的要求更高。

模块化：让你的 Wasm 代码井然有序

模块化是构建大型项目的基础。对于 Wasm 来说，模块化主要体现在两个方面：

Wasm 模块本身的模块化：
- 如果你使用 C/C++ 等语言编写 Wasm，可以使用 Emscripten 提供的模块化机制。 Emscripten 提供了 -s MODULARIZE=1 编译选项，可以将你的代码编译成一个 JavaScript 模块，方便你在 JavaScript 中导入和使用。
- 如果你使用 Rust 编写 Wasm，Rust 本身就具有强大的模块化系统，你可以直接利用 Rust 的模块化特性来组织你的 Wasm 代码。
- 如果你使用 AssemblyScript 编写 Wasm, AssemblyScript 同样也支持模块化。
Wasm 模块与 JavaScript 代码的交互：
- Wasm 模块通常需要与 JavaScript 代码进行交互，例如调用 JavaScript 函数、传递数据等。为了更好地组织代码，可以将 Wasm 模块封装成一个 JavaScript 类或模块，提供清晰的 API 供 JavaScript 代码调用。

示例（Emscripten）：

假设我们有一个 C++ 函数，用于计算斐波那契数列：

 // fib.cpp
#include <emscripten.h>
 
EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
int fib(int n) {
  if (n <= 1) {
    return n;
  }
  return fib(n - 1) + fib(n - 2);
}

我们可以使用 Emscripten 将其编译成一个 JavaScript 模块：

emcc fib.cpp -o fib.js -s MODULARIZE=1 -s EXPORT_NAME=createFibModule -s EXPORTED_FUNCTIONS='["_fib"]'

然后在 JavaScript 中使用：

 import createFibModule from './fib.js';
 
createFibModule().then(module => {
  const fib = module._fib;
  console.log(fib(10)); // 输出 55
});

示例（Rust）：

在 Rust 中，我们可以使用 #[wasm_bindgen] 宏来导出函数和结构体，使其可以在 JavaScript 中使用。

 // lib.rs
#[wasm_bindgen]
pub fn fib(n: u32) -> u32 {
    match n {
        0 => 0,
        1 => 1,
        _ => fib(n - 1) + fib(n - 2),
    }
}

使用 wasm-pack 构建后，可以在 JavaScript 中使用：

 import { fib } from './pkg/your_package_name.js';
 
console.log(fib(10)); // 输出 55

最佳实践：

遵循 “单一职责原则”： 每个 Wasm 模块应该只负责一项特定的任务，避免模块过于庞大和复杂。
定义清晰的接口： Wasm 模块应该提供清晰、简洁的 API 供 JavaScript 代码调用，隐藏内部实现细节。
使用命名空间： 对于大型项目，可以使用命名空间来避免模块之间的命名冲突。
文档化： 为模块撰写清晰的文档，说明模块的功能、用法和注意事项。

代码拆分：按需加载你的 Wasm 模块

代码拆分是优化 Web 应用性能的重要手段。对于 Wasm 来说，代码拆分可以帮助我们减少初始加载时间，提升用户体验。想象一下, 如果你有一个包含人脸识别, 图像处理, 语音合成等多个大型功能的 Web 应用, 如果不进行代码拆分, 用户首次加载可能需要下载几十 MB 的 Wasm 文件, 这显然是不可接受的。

目前，Wasm 的代码拆分主要有两种方式：

基于 Emscripten 的 SIDE_MODULE：

Emscripten 提供了 -s MAIN_MODULE=1 和 -s SIDE_MODULE=1 选项，可以将你的代码编译成多个 Wasm 模块。 MAIN_MODULE 是主模块，SIDE_MODULE 是侧模块。侧模块可以按需加载。
动态链接：

Wasm 支持动态链接，可以将多个 Wasm 模块链接成一个更大的 Wasm 模块。动态链接的 Wasm 模块可以按需加载。
目前, Emscripten 已经支持了 wasm 的动态链接. -s MAIN_MODULE=2 可以开启 wasm 的动态链接支持。

示例（Emscripten SIDE_MODULE）：

假设我们有两个 C++ 文件，main.cpp 和 side.cpp。

 // main.cpp
#include <emscripten.h>
 
EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
void main_func() {
  emscripten_run_script("console.log('Main module loaded')");
}

 // side.cpp
#include <emscripten.h>
 
EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
void side_func() {
  emscripten_run_script("console.log('Side module loaded')");
}

我们可以使用 Emscripten 将它们编译成主模块和侧模块：

 emcc main.cpp -o main.js -s MAIN_MODULE=1 -s EXPORTED_FUNCTIONS='["_main_func"]'
emcc side.cpp -o side.wasm -s SIDE_MODULE=1 -s EXPORTED_FUNCTIONS='["_side_func"]'

然后在 JavaScript 中按需加载侧模块：

 // 加载主模块
fetch('main.js')
  .then(response => response.text())
  .then(code => eval(code))
  .then(() => {
    // 调用主模块的函数
    _main_func();
 
    // 按需加载侧模块
    fetch('side.wasm')
      .then(response => response.arrayBuffer())
      .then(bytes => WebAssembly.instantiate(bytes))
      .then(results => {
        // 调用侧模块的函数
        results.instance.exports._side_func();
      });
  });

最佳实践：

识别可拆分的模块： 仔细分析你的代码，找出可以独立加载的模块。
延迟加载： 尽可能延迟加载非关键模块，减少初始加载时间。
使用预加载： 对于可能很快就会用到的模块，可以使用预加载技术，提前加载模块，减少用户等待时间。
注意模块之间的依赖关系： 如果模块之间存在依赖关系，需要确保依赖的模块先加载。
监控加载性能： 持续监控模块的加载性能，及时发现并解决性能问题。

异步加载：避免阻塞主线程

由于 Wasm 模块的编译和实例化可能会比较耗时，因此强烈建议使用异步加载的方式来加载 Wasm 模块，避免阻塞主线程，导致页面卡顿。

目前，Wasm 的异步加载主要有两种方式：

使用 WebAssembly.instantiateStreaming()：

WebAssembly.instantiateStreaming() 是一个异步函数，可以直接从网络流中编译和实例化 Wasm 模块，无需等待整个 Wasm 文件下载完成。
使用 WebAssembly.instantiate() 结合 fetch()：

WebAssembly.instantiate() 也是一个异步函数，可以从 ArrayBuffer 或 WebAssembly.Module 对象中实例化 Wasm 模块。我们可以先使用 fetch() 异步获取 Wasm 文件的 ArrayBuffer，然后再使用 WebAssembly.instantiate() 进行实例化。

示例：

 // 使用 instantiateStreaming()
WebAssembly.instantiateStreaming(fetch('my_module.wasm'))
  .then(results => {
    // 使用 Wasm 模块
    const my_module = results.instance.exports;
    console.log(my_module.add(1, 2));
  });
 
// 使用 instantiate() 结合 fetch()
fetch('my_module.wasm')
  .then(response => response.arrayBuffer())
  .then(bytes => WebAssembly.instantiate(bytes))
  .then(results => {
    // 使用 Wasm 模块
    const my_module = results.instance.exports;
    console.log(my_module.add(1, 2));
  });

最佳实践：

优先使用 instantiateStreaming()： instantiateStreaming() 性能更好，因为它可以在下载的同时进行编译和实例化。
使用 Promise： 使用 Promise 可以更好地处理异步操作，避免回调地狱。
处理错误： 在异步加载过程中，可能会出现各种错误，例如网络错误、编译错误等，需要妥善处理这些错误。
提供加载指示器： 在加载 Wasm 模块时，可以向用户显示加载指示器，提升用户体验。

其他工程化建议

除了模块化、代码拆分和异步加载之外，还有一些其他的工程化建议可以帮助你更好地构建大型 Wasm 项目：

使用构建工具： 使用 Webpack、Rollup 等构建工具可以自动化 Wasm 模块的构建、打包和部署过程。
使用代码检查工具： 使用 ESLint、Clang-Tidy 等代码检查工具可以帮助你发现代码中的潜在问题，提高代码质量。
使用测试框架： 使用 wasm-bindgen-test, Jest 等测试框架可以帮助你编写和运行 Wasm 模块的单元测试和集成测试。
使用性能分析工具： 使用 Chrome DevTools、Firefox Developer Tools 等性能分析工具可以帮助你分析 Wasm 模块的性能瓶颈，进行针对性的优化。
持续集成/持续部署（CI/CD）： 使用 CI/CD 工具可以自动化 Wasm 项目的构建、测试和部署流程，提高开发效率。
版本控制： 务必对你的 wasm 代码以及相关 js 代码进行版本控制, 推荐 git.
Wasm GC: 注意 wasm 的垃圾回收. 目前 wasm 的垃圾回收还在提案阶段, 不同的 wasm runtime 的实现可能不同. 如果你的 wasm 应用有内存泄漏问题, 需要特别关注.

总结

WebAssembly 为 Web 开发带来了无限可能，但在大型项目中应用 Wasm，我们需要关注模块化、代码拆分、异步加载等工程化实践，才能充分发挥 Wasm 的优势。希望今天的分享对你有所帮助，让你在构建大型 Wasm 项目时更加得心应手！

记住，构建大型项目是一个持续迭代的过程，我们需要不断学习、实践和总结，才能不断提升我们的工程化能力。加油，Wasm 的未来等你来创造！

Wasm老司机 WebAssembly 模块化代码拆分

	// fib.cpp
	#include <emscripten.h>

	EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
	int fib(int n) {
	if (n <= 1) {
	return n;
	}
	return fib(n - 1) + fib(n - 2);
	}

	import createFibModule from './fib.js';

	createFibModule().then(module => {
	const fib = module._fib;
	console.log(fib(10)); // 输出 55
	});

	// lib.rs
	#[wasm_bindgen]
	pub fn fib(n: u32) -> u32 {
	match n {
	0 => 0,
	1 => 1,
	_ => fib(n - 1) + fib(n - 2),
	}
	}

	import { fib } from './pkg/your_package_name.js';

	console.log(fib(10)); // 输出 55

	// main.cpp
	#include <emscripten.h>

	EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
	void main_func() {
	emscripten_run_script("console.log('Main module loaded')");
	}

	// side.cpp
	#include <emscripten.h>

	EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
	void side_func() {
	emscripten_run_script("console.log('Side module loaded')");
	}

	emcc main.cpp -o main.js -s MAIN_MODULE=1 -s EXPORTED_FUNCTIONS='["_main_func"]'
	emcc side.cpp -o side.wasm -s SIDE_MODULE=1 -s EXPORTED_FUNCTIONS='["_side_func"]'

	// 加载主模块
	fetch('main.js')
	.then(response => response.text())
	.then(code => eval(code))
	.then(() => {
	// 调用主模块的函数
	_main_func();

	// 按需加载侧模块
	fetch('side.wasm')
	.then(response => response.arrayBuffer())
	.then(bytes => WebAssembly.instantiate(bytes))
	.then(results => {
	// 调用侧模块的函数
	results.instance.exports._side_func();
	});
	});

	// 使用 instantiateStreaming()
	WebAssembly.instantiateStreaming(fetch('my_module.wasm'))
	.then(results => {
	// 使用 Wasm 模块
	const my_module = results.instance.exports;
	console.log(my_module.add(1, 2));
	});

	// 使用 instantiate() 结合 fetch()
	fetch('my_module.wasm')
	.then(response => response.arrayBuffer())
	.then(bytes => WebAssembly.instantiate(bytes))
	.then(results => {
	// 使用 Wasm 模块
	const my_module = results.instance.exports;
	console.log(my_module.add(1, 2));
	});

WebAssembly 大型项目实战：模块化、代码拆分与异步加载的工程化实践

WebAssembly 大型项目实战：模块化、代码拆分与异步加载的工程化实践

为什么大型项目需要关注这些？

模块化：让你的 Wasm 代码井然有序

代码拆分：按需加载你的 Wasm 模块

异步加载：避免阻塞主线程

其他工程化建议

总结

WebAssembly 大型项目实战：模块化、代码拆分与异步加载的工程化实践

为什么大型项目需要关注这些？

模块化：让你的 Wasm 代码井然有序

代码拆分：按需加载你的 Wasm 模块

异步加载：避免阻塞主线程

其他工程化建议

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