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Wasm Performance Demo

创作时间:

作者:

@小白创作中心

Wasm Performance Demo

引用

CSDN

https://m.blog.csdn.net/mmc123125/article/details/145661276

在追求高性能和极致用户体验的今天，传统的JavaScript在计算密集型任务上常常力不从心。WebAssembly（Wasm）的出现，为前端带来了全新的可能性。本文将深入探讨如何利用Rust编写高性能模块，并将其编译成WebAssembly，再与JavaScript无缝集成。

WebAssembly：新时代的高性能利器

什么是WebAssembly？

WebAssembly是一种低级字节码格式，专为在浏览器中高效执行设计。它具有以下特点：

接近原生速度：由于编译后的代码以字节码形式运行，并能充分利用CPU的性能，WebAssembly的执行速度接近原生应用。
语言无关性：任何能够编译成Wasm的语言（Rust、C/C++、Go等）都可以用于开发高性能模块。
安全性：WebAssembly在沙箱环境中运行，具有良好的安全隔离能力。
与JavaScript互操作性：可以在JavaScript中调用Wasm模块，也可以将数据传递给Wasm进行处理。

WebAssembly在性能优化中的意义

对于那些需要高性能计算、数据处理、图像/视频渲染、游戏引擎以及机器学习等场景，纯JavaScript往往存在瓶颈。而WebAssembly能够将复杂计算任务卸载到经过优化的二进制模块上，大幅度提高效率，同时保持前端开发的灵活性。

Rust与WebAssembly开发流程

Rust是一门内存安全、性能极高的系统编程语言，非常适合编写高性能模块。利用Rust编写的代码可以编译为WebAssembly模块，并通过JavaScript调用。

环境搭建

安装Rust和wasm-pack

首先，你需要安装Rust（Rust官方网站）以及wasm-pack工具，用于简化Rust到Wasm的构建过程：

# 安装wasm-pack
cargo install wasm-pack

创建Rust项目

使用Cargo创建一个新的Rust项目：

cargo new wasm_project --lib
cd wasm_project

编辑Cargo.toml文件，添加如下配置以支持WebAssembly：

[package]
name = "wasm_project"
version = "0.1.0"
edition = "2021"

[lib]
crate-type = ["cdylib"]

[dependencies]
wasm-bindgen = "0.2"

编写Rust代码

在src/lib.rs中编写你的高性能函数，并通过wasm-bindgen暴露给JavaScript：

use wasm_bindgen::prelude::*;

// 使用wasm_bindgen暴露接口
#[wasm_bindgen]
pub fn fib(n: u32) -> u32 {
    if n <= 1 {
        n
    } else {
        fib(n - 1) + fib(n - 2)
    }
}

// 更高效的非递归实现
#[wasm_bindgen]
pub fn fib_iter(n: u32) -> u32 {
    let mut a = 0;
    let mut b = 1;
    for _ in 0..n {
        let temp = a;
        a = b;
        b = temp + b;
    }
    a
}

在这个示例中，我们实现了两种计算斐波那契数列的函数：一个递归版本和一个迭代版本。迭代版本在性能上明显更优，适合大数值计算。

构建WebAssembly模块

使用wasm-pack构建项目：

wasm-pack build --target web

这会生成一个pkg目录，包含编译好的WebAssembly模块和相应的JavaScript接口。

在前端中集成WebAssembly模块

使用原生JavaScript调用Wasm模块

在前端项目（例如使用Vite或Webpack构建的项目）中，可以直接引入生成的Wasm模块。

示例：调用斐波那契函数

在项目中复制pkg文件夹至项目根目录或src/wasm中。
在前端代码中，动态加载并调用Wasm模块。

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <title>Wasm Performance Demo</title>
</head>
<body>
  <h1>斐波那契计算 (Wasm加速)</h1>
  <input id="input-n" type="number" placeholder="Enter n">
  <button id="calculate">Calculate</button>
  <p id="result"></p>
  <script type="module">
    import init, { fib_iter } from "./pkg/wasm_project.js";
    async function run() {
      // 初始化Wasm模块
      await init();
      document.getElementById("calculate").addEventListener("click", () => {
        const n = Number(document.getElementById("input-n").value);
        const result = fib_iter(n);
        document.getElementById("result").textContent = `Fib(${n}) = ${result}`;
      });
    }
    run();
  </script>
</body>
</html>

在这个示例中，我们在HTML页面上提供了一个输入框和按钮，用于计算斐波那契数。用户输入一个数字后，通过调用fib_iter函数，由WebAssembly模块返回计算结果，并将结果显示在页面上。

在Vue3项目中集成Wasm模块

项目结构示例

my-vue-wasm/
├── index.html
├── src/
│   ├── components/
│   │   └── Fibonacci.vue
│   ├── main.js
│   └── wasm/
│       └── pkg/        // wasm-pack构建输出的模块
└── package.json

Fibonacci.vue组件示例

<template>
  <div>
    <h1>Wasm斐波那契计算</h1>
    <input v-model.number="n" type="number" placeholder="输入数字" />
    <button @click="calculate">计算</button>
    <p v-if="result !== null">Fib({{ n }}) = {{ result }}</p>
  </div>
</template>
<script setup lang="ts">
import { ref } from 'vue';
import init, { fib_iter } from '../wasm/pkg/wasm_project.js';
const n = ref(0);
const result = ref<number | null>(null);
async function calculate() {
  // 确保wasm模块已初始化
  await init();
  result.value = fib_iter(n.value);
}
</script>
<style scoped>
input {
  margin-right: 10px;
  padding: 5px;
  font-size: 1rem;
}
</style>

在这个Vue组件中，我们使用Composition API定义响应式变量，通过init()初始化Wasm模块，并调用fib_iter函数计算斐波那契数，然后将结果展示在页面上。