[WebAssembly 入门] 与 Webpack 联动

Yiniau
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title: [WebAssembly 入门] 与 Webpack 联动

date: 2018-4-6 19:40:00

categories: WebAssembly, 笔记

tags: WebAssembly, JavaScript, Rust, LLVM toolchain

auther: Yiniau

与 Webpack 联动

常规的进行rust代码编写再手动编译为wasm文件是十分缓慢的，目前有几种解决方案，接下来我将基于webpack来提升WebAssembly的编写效率。

首先，webpack 4 是必须的，此文写下时的version是 webpack 4.5.0

具体的webpack安装自行解决

配置 webpack

创建一个webpack.config.js，输入如下代码

const path = require('path');
const HtmlWebpackPlugin = require('html-webpack-plugin');
const CleanWebpackPlugin = require('clean-webpack-plugin');
const webpack = require('webpack');

const paths = {
  src: path.resolve(__dirname, 'src'),
  entryFile: path.resolve(__dirname, 'src', 'index.js'),
  dist: path.resolve(__dirname, 'dist'),
  wasm: path.relative(__dirname, 'build'),
}

module.exports = {
  mode: 'development',
  devtool: 'inline-source-map',
  devServer: {
    contentBase: __dirname,
    hot: true,
    port: 10001,
    open: true, // will open on browser after started
  },
  entry: paths.entryFile,
  output: {
    path: paths.dist,
    filename: 'main.js'
  },
  resolve: {
    alias: {
      wasm: paths.wasm,
    }
  },
  module: {
    rules: [
      {
        test: /\.(js|jsx)$/,
        exclude: /node_modules/,
        use: [{
          loader: 'babel-loader',
          options: {
            cacheDirectory: true,
          }
        }],
      },
    ],
  },
  plugins: [
    new CleanWebpackPlugin(['dist']),
    new HtmlWebpackPlugin({
      title: 'WebAssembly Hello World'
    }),
    new webpack.NamedModulesPlugin(),
    new webpack.HotModuleReplacementPlugin(),
  ],
};

配置文件解读就不做了，这是个很基础的配置，如果想要学习进阶配置可以看看create-react-app里eject出来的webpack配置文件

配置 babel

.babelrc

{
  "presets": [
    "env"
  ],
  "plugins": [
    "syntax-dynamic-import",
    "syntax-async-functions"
  ]
}

这里开启了async支持和import()动态导入的支持

要注意的是，静态的import导入.wasm文件并不被webpack内置支持，webpack会在控制台打印错误信息，提示你换成动态导入(Dynamic import)

不添加社区loader支持

webpack 4 内置支持解析 .wasm 文件，并且import不写后缀时搜索的优先级最高

首先让我们看看目录的情况

𝝪 yiniau @ yiniau in /Users/yiniau/code/WebAssembly/hello_world
↪ ll
total 952
-rw-r--r--    1 yiniau  staff    52B  3 25 22:14 Cargo.lock
-rw-r--r--    1 yiniau  staff   143B  4  6 21:51 Cargo.toml
drwxr-xr-x    4 yiniau  staff   128B  4  6 01:36 build
-rw-r--r--    1 yiniau  staff    12B  3 26 21:53 build.sh
-rw-r--r--    1 yiniau  staff   170B  4  4 16:26 index.html
drwxr-xr-x  809 yiniau  staff    25K  4  6 20:34 node_modules
-rw-r--r--    1 yiniau  staff   782B  4  6 20:34 package.json
drwxr-xr-x    3 yiniau  staff    96B  4  4 16:41 rust
drwxr-xr-x    4 yiniau  staff   128B  4  4 17:16 src
drwxr-xr-x    5 yiniau  staff   160B  3 29 15:29 target
-rw-r--r--    1 yiniau  staff   1.2K  4  6 15:51 webpack.config.js
-rw-r--r--    1 yiniau  staff   230K  4  6 01:07 yarn-error.log
-rw-r--r--    1 yiniau  staff   216K  4  6 16:09 yarn.lock

其中

  • rust 中存放 .rs 文件
  • src 中存放 .js 文件
  • build 中存放 .wasm 文件
  • index.js 为 entry 指定的入口文件，我在这里引入polyfill
𝝪 yiniau @ yiniau in /Users/yiniau/code/WebAssembly/hello_world
↪ ll src
total 16
-rw-r--r--  1 yiniau  staff    77B  4  6 20:39 index.js
-rw-r--r--  1 yiniau  staff   1.9K  4  6 21:30 main.js

ok，让我们在main.js中完成主要的逻辑吧

main.js

(async () => {
  import('../build/hello.wasm')
    .then(bytes => bytes.arrayBuffer())
    .then(res => WebAssembly.instantiate(bytes, imports))
    .then(results => {
      console.log(results);
      const exports = results.instance.exports;
      console.log(exports);
      mem = exports.memory;
    });
})()

oh heck!! 为什么会报错！！

没事，错误信息很明确

WebAssembly.Instance is disallowed on the main thread, if the buffer size is larger than 4KB. Use WebAssembly.instantiate.

如果 buffer的大小超过了 4KB，WebAssembly.Instance 在主线程中不被允许使用。需要使用WebAssembly.instantiate代替，但是问题来了。

import() 并不能传递 importsObject。让我们去 webpack 的github上找找看issue：

github issue

linclark(a cartoon to WebAssembly 的作者) 提出使用 instantiateStreaming 代替 compileStreaming，以避免在ios上因快速内存的限制造成的影响。

sokra 对此表示有点反对（应该是非常反对！）

不支持的原因

预备信息

webpack试图像ESM一样对待WASM。 将适用于ESM的所有规则/假设也应用于WASM。假设将来WASM JS API可能会被W​​ASM集成到ESM模块图中。

这意味着WASM文件中的imports部分（importsObject）与ESM中的import语句一样被解析，exports部分(instance.exports)被视为像ESM中的export部分。

WASM模块也有一个start部分，在WASM实例化时执行。

在WASM中，JS API的导入通过importsObject传递给实例化的WASM模块。

ESM规范

ESM规范指定了多个阶段。一个阶段是ModuleEvaluation。在这个阶段，所有的模块都按照明确的顺序进行评估。这个阶段是同步的。所有模块都以相同的“tick”进行评估。

当WASM在模块图中时，这意味着：

  • start部分在相同的“tick”中执行
  • WASM的所有依赖关系都在相同的“tick”中执行
  • 导入WASM的ESM在相同的“tick”中执行

对于使用Promise的instantiate，这种行为是不可能的。一个Promise总是将它的履行延迟到另一个“tick”中。

只有在使用实例化同步版本（WebAssembly.Instance）时才可能。

注意：从技术上讲，可能会有一个没有start部分并且没有依赖关系的WASM。在这种情况下，这不适用。但我们不能认为情况总是如此。

webpack想要并行下载/编译wasm文件与下载JS代码。使用instantiateStreaming不会允许这样做（当WASM具有依赖关系时），因为实例化需要传递一个importsObject。创建importsObject需要评估WASM的所有依赖项/导入，因此需要在开始下载WASM之前下载这些依赖项。

当使用compileStreaming + new WebAssembly.Instance并行下载和编译是可能的，因为compileStreaming不需要一个importsObject。可以在WASM和JS下载完成时创建importsObject。

WebAssembly规范

我也想引用WebAssembly规范。它指出编译发生在后台线程中compile和实例化发生在主线程上。

它没有明确说明，但在我看来JSC的行为是不规范的。

其他说明

WASM也缺乏使用导入标识符的实时绑定的能力。相反，importsObject将被复制。这可能会伴随奇怪的循环依赖和WASM上的问题。

在importsObject中支持getter并且能够在执行start部分之前获得exports会更好。

尝试使用loader直接解析.rs

wasm-loader 对于直接使用 rustup wasm32-unknown-unknown 编译的.wasm文件支持有问题，看了下wasm-loader使用了基于emcc工具链产出的wasm文件，我试过直接使用

rules: [
  {
    test: /\.(js|jsx)$/,
    exclude: /node_modules/,
    use: [{
      loader: 'babel-loader',
      options: {
        cacheDirectory: true,
      }
    }],
  },
  {
    test: /\.wasm$/,
    include: path.resolve(__dirname, 'wasm'),
    use: 'wasm-loader',
  },
],

但是会报错：

这应该是工具链产出的编码问题

于是我再次尝试了使用rust-native-wasm-loader：

webpack.config.js

rules: [
  {
    test: /\.(js|jsx)$/,
    exclude: /node_modules/,
    use: [{
      loader: 'babel-loader',
      options: {
        cacheDirectory: true,
      }
    }],
  },
  {
    test: /\.rs$/,
    include: paths.rust,
    use: [{
      loader: 'wasm-loader'
    }, {
      loader: 'rust-native-wasm-loader',
      options: {
        release: true,
      },
    },]
  },
],

rust/add.rs

#[no_mangle]
pub fn add(a: i32, b: i32) -> i32 {
    eprintln!("add({:?}, {:?}) was called", a, b);
    a + b
}

main.js

import loadAdd from 'rust/add.rs';

loadAdd().then(result => {
  const add = result.instance.exports['add'];
  console.log('return value was', add(2, 3));
});

BUT!

臣妾做不到啊！！

我已经完全按照rust-native-wasm-loader的例子改了，但似乎现在的插件都是在asm.js时代遗留的，都是在解析成.wasm那一步失败，是因为WebAssembly不适合以同步方式调用吗。。就目前来看，如果在rust中调用std::mem来操作Memory对象，文件大小会非常大——使用wasm-gc后依旧有200多的KB

#![feature(custom_attribute)]
#![feature(wasm_import_memory)]
#![wasm_import_memory]

use std::mem;
use std::ffi::{CString, CStr};
use std::os::raw::{c_char, c_void};

/// alloc memory
#[no_mangle]
// In order to work with the memory we expose (de)allocation methods
pub extern fn alloc(size: usize) -> *mut c_void {
    let mut buf = Vec::with_capacity(size);
    let ptr = buf.as_mut_ptr();
    mem::forget(buf);
    ptr as *mut c_void
}

或许webpack的做法并不适合全部的web assembly的应用模式，以ESM的方式处理.wasm似乎很美好，但是实际使用可能会成问题，目前主要还是js处理逻辑，为了兼容低版本浏览器使用异步处理（或许是）必须的？

2018-4-17 12:00 更新

Parcel！

webassembly的webpack支持PR有更新了！一句不起眼的tip I don't know if this helps but it seems parceljs has got support for rust functions. BY pyros2097 https://medium.com/@devongovett/parcel-v1-5-0-released-source-maps-webassembly-rust-and-more-3a6385e43b95

ok

我滚去用Parcel了...

虽然不能传imports，单函数开发的话也能用用

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