Sejak web menjadi platform tidak hanya untuk dokumen, tetapi juga untuk aplikasi, beberapa aplikasi tercanggih telah mendorong batas kemampuan browser web. Pendekatan "lebih dekat dengan hardware" dengan berinteraksi dengan bahasa tingkat bawah untuk meningkatkan performa ditemui di banyak bahasa tingkat tinggi. Sebagai contoh, Java memiliki Java Native Interface. Untuk JavaScript, bahasa tingkat bawah ini adalah WebAssembly. Dalam artikel ini, Anda akan menemukan apa itu bahasa assembly, dan mengapa bahasa ini dapat berguna di web, lalu mempelajari cara WebAssembly dibuat melalui solusi sementara asm.js.
Bahasa assembly
Pernahkah Anda memprogram dalam bahasa assembly? Dalam pemrograman komputer, bahasa assembly, yang sering disebut sebagai Assembly dan biasanya disingkat sebagai ASM atau asm, adalah bahasa pemrograman tingkat rendah dengan korespondensi yang sangat kuat antara instruksi dalam bahasa dan instruksi kode mesin arsitektur.
Misalnya, dengan melihat Intel® 64 and IA-32 Architectures (PDF), instruksi MUL (untuk perkalian) melakukan perkalian tidak bertanda dari operand pertama (operand tujuan) dan operand kedua (operand sumber), lalu menyimpan hasilnya di operand tujuan. Secara sederhana, operand tujuan adalah operand tersirat yang terletak di register AX, dan operand sumber terletak di register serbaguna seperti CX. Hasilnya disimpan lagi di register AX. Perhatikan contoh kode x86 berikut:
mov ax, 5 ; Set the value of register AX to 5.
mov cx, 10 ; Set the value of register CX to 10.
mul cx ; Multiply the value of register AX (5)
; and the value of register CX (10), and
; store the result in register AX.
Sebagai perbandingan, jika diberi tugas untuk mengalikan 5 dan 10, Anda mungkin akan menulis kode yang mirip dengan berikut di JavaScript:
const factor1 = 5;
const factor2 = 10;
const result = factor1 * factor2;
Keuntungan menggunakan rute assembly adalah kode tingkat rendah dan yang dioptimalkan untuk mesin jauh lebih efisien daripada kode tingkat tinggi dan yang dioptimalkan untuk manusia. Dalam kasus sebelumnya, hal ini tidak menjadi masalah, tetapi Anda dapat membayangkan bahwa untuk operasi yang lebih kompleks, perbedaannya bisa signifikan.
Seperti namanya, kode x86 bergantung pada arsitektur x86. Bagaimana jika ada cara untuk menulis kode assembly yang tidak bergantung pada arsitektur tertentu, tetapi akan mewarisi manfaat performa assembly?
asm.js
Langkah pertama untuk menulis kode assembly tanpa dependensi arsitektur adalah asm.js, subset JavaScript ketat yang dapat digunakan sebagai bahasa target tingkat rendah yang efisien untuk compiler. Sub-bahasa ini secara efektif mendeskripsikan virtual machine yang di-sandbox untuk bahasa yang tidak aman untuk memori seperti C atau C++. Kombinasi validasi statis dan dinamis memungkinkan mesin JavaScript menggunakan strategi kompilasi pengoptimalan ahead-of-time (AOT) untuk kode asm.js yang valid. Kode yang ditulis dalam bahasa yang diketik secara statis dengan pengelolaan memori manual (seperti C) diterjemahkan oleh compiler source-to-source seperti Emscripten awal (berdasarkan LLVM).
Performa ditingkatkan dengan membatasi fitur bahasa pada fitur yang kompatibel dengan AOT. Firefox 22 adalah browser pertama yang mendukung asm.js, yang dirilis dengan nama OdinMonkey. Chrome menambahkan dukungan asm.js di versi 61. Meskipun asm.js masih berfungsi di browser, asm.js telah digantikan oleh WebAssembly. Alasan penggunaan asm.js pada saat ini adalah sebagai alternatif untuk browser yang tidak memiliki dukungan WebAssembly.
WebAssembly
WebAssembly adalah bahasa tingkat rendah seperti assembly dengan format biner ringkas yang berjalan dengan performa mendekati native dan menyediakan bahasa seperti C/C++ dan Rust, serta banyak lagi dengan target kompilasi sehingga dapat berjalan di web. Dukungan untuk bahasa yang dikelola memori seperti Java dan Dart sedang dalam pengerjaan dan akan segera tersedia, atau sudah tersedia seperti dalam kasus Kotlin/Wasm. WebAssembly dirancang untuk berjalan bersama JavaScript, sehingga keduanya dapat bekerja sama.
Selain di browser, program WebAssembly juga berjalan di runtime lain berkat WASI, WebAssembly System Interface, antarmuka sistem modular untuk WebAssembly. WASI dibuat agar portabel di seluruh sistem operasi, dengan tujuan agar aman dan dapat berjalan di lingkungan sandbox.
Kode WebAssembly (kode biner, yaitu bytecode) dimaksudkan untuk dijalankan di mesin virtual (VM) stack portabel. Bytecode dirancang agar lebih cepat diuraikan dan dieksekusi daripada JavaScript serta memiliki representasi kode yang ringkas.
Eksekusi petunjuk konseptual dilakukan melalui penghitung program tradisional yang memproses petunjuk. Pada praktiknya, sebagian besar mesin Wasm mengompilasi bytecode Wasm ke kode mesin, lalu mengeksekusinya. Petunjuk dibagi menjadi dua kategori:
- Instruksi kontrol yang membentuk konstruksi kontrol formulir dan mengeluarkan nilai argumennya dari stack, dapat mengubah penghitung program, dan mendorong nilai hasil ke stack.
- Petunjuk sederhana yang mengeluarkan nilai argumennya dari stack, menerapkan operator ke nilai, lalu memasukkan nilai hasil ke stack, diikuti dengan peningkatan implisit penghitung program.
Kembali ke contoh sebelumnya, kode WebAssembly berikut akan setara dengan kode x86 dari awal artikel:
i32.const 5 ; Push the integer value 5 onto the stack.
i32.const 10 ; Push the integer value 10 onto the stack.
i32.mul ; Pop the two most recent items on the stack,
; multiply them, and push the result onto the stack.
Meskipun asm.js diimplementasikan sepenuhnya dalam software, yaitu kodenya dapat berjalan di mesin JavaScript mana pun (meskipun tidak dioptimalkan), WebAssembly memerlukan fungsi baru yang disetujui oleh semua vendor browser. Diumumkan pada tahun 2015 dan pertama kali dirilis pada Maret 2017, WebAssembly menjadi rekomendasi W3C pada 5 Desember 2019. W3C mengelola standar ini dengan kontribusi dari semua vendor browser utama dan pihak lain yang berkepentingan. Sejak tahun 2017, dukungan browser bersifat universal.
WebAssembly memiliki dua representasi: tekstual dan biner. Yang Anda lihat di atas adalah representasi tekstual.
Representasi tekstual
Representasi tekstual didasarkan pada S-expression dan biasanya menggunakan ekstensi file .wat (untuk format teks WebAssembly t). Jika benar-benar ingin, Anda dapat menuliskannya dengan tangan. Dengan mengambil contoh perkalian dari atas dan membuatnya lebih berguna dengan tidak lagi meng-hardcode faktor-faktornya, Anda mungkin dapat memahami kode berikut:
(module
(func $mul (param $factor1 i32) (param $factor2 i32) (result i32)
local.get $factor1
local.get $factor2
i32.mul)
(export "mul" (func $mul))
)
Representasi biner
Format biner yang menggunakan ekstensi file .wasm tidak dimaksudkan untuk dikonsumsi manusia, apalagi dibuat oleh manusia. Dengan menggunakan alat seperti wat2wasm, Anda dapat mengonversi kode di atas ke representasi biner berikut. (Komentar biasanya bukan bagian dari representasi biner, tetapi ditambahkan oleh alat wat2wasm agar lebih mudah dipahami.)
0000000: 0061 736d ; WASM_BINARY_MAGIC
0000004: 0100 0000 ; WASM_BINARY_VERSION
; section "Type" (1)
0000008: 01 ; section code
0000009: 00 ; section size (guess)
000000a: 01 ; num types
; func type 0
000000b: 60 ; func
000000c: 02 ; num params
000000d: 7f ; i32
000000e: 7f ; i32
000000f: 01 ; num results
0000010: 7f ; i32
0000009: 07 ; FIXUP section size
; section "Function" (3)
0000011: 03 ; section code
0000012: 00 ; section size (guess)
0000013: 01 ; num functions
0000014: 00 ; function 0 signature index
0000012: 02 ; FIXUP section size
; section "Export" (7)
0000015: 07 ; section code
0000016: 00 ; section size (guess)
0000017: 01 ; num exports
0000018: 03 ; string length
0000019: 6d75 6c mul ; export name
000001c: 00 ; export kind
000001d: 00 ; export func index
0000016: 07 ; FIXUP section size
; section "Code" (10)
000001e: 0a ; section code
000001f: 00 ; section size (guess)
0000020: 01 ; num functions
; function body 0
0000021: 00 ; func body size (guess)
0000022: 00 ; local decl count
0000023: 20 ; local.get
0000024: 00 ; local index
0000025: 20 ; local.get
0000026: 01 ; local index
0000027: 6c ; i32.mul
0000028: 0b ; end
0000021: 07 ; FIXUP func body size
000001f: 09 ; FIXUP section size
; section "name"
0000029: 00 ; section code
000002a: 00 ; section size (guess)
000002b: 04 ; string length
000002c: 6e61 6d65 name ; custom section name
0000030: 01 ; name subsection type
0000031: 00 ; subsection size (guess)
0000032: 01 ; num names
0000033: 00 ; elem index
0000034: 03 ; string length
0000035: 6d75 6c mul ; elem name 0
0000031: 06 ; FIXUP subsection size
0000038: 02 ; local name type
0000039: 00 ; subsection size (guess)
000003a: 01 ; num functions
000003b: 00 ; function index
000003c: 02 ; num locals
000003d: 00 ; local index
000003e: 07 ; string length
000003f: 6661 6374 6f72 31 factor1 ; local name 0
0000046: 01 ; local index
0000047: 07 ; string length
0000048: 6661 6374 6f72 32 factor2 ; local name 1
0000039: 15 ; FIXUP subsection size
000002a: 24 ; FIXUP section size
Mengompilasi ke WebAssembly
Seperti yang Anda lihat, .wat maupun .wasm tidak terlalu mudah dipahami oleh manusia. Di sinilah compiler seperti Emscripten berperan.
Anda dapat mengompilasi dari bahasa tingkat tinggi seperti C dan C++. Ada compiler lain untuk bahasa lain seperti Rust dan banyak lagi. Pertimbangkan kode C berikut:
#include <stdio.h>
int main() {
printf("Hello World\n");
return 0;
}
Biasanya, Anda akan mengompilasi program C ini dengan compiler gcc.
$ gcc hello.c -o hello
Setelah Emscripten diinstal, Anda dapat mengompilasinya ke WebAssembly menggunakan perintah emcc dan argumen yang hampir sama:
$ emcc hello.c -o hello.html
Tindakan ini akan membuat file hello.wasm dan file wrapper HTML hello.html. Saat menayangkan file hello.html dari server web, Anda akan melihat "Hello World" dicetak ke konsol DevTools.
Ada juga cara untuk mengompilasi ke WebAssembly tanpa wrapper HTML:
$ emcc hello.c -o hello.js
Seperti sebelumnya, perintah ini akan membuat file hello.wasm, tetapi kali ini file hello.js, bukan wrapper HTML. Untuk menguji, Anda menjalankan file JavaScript hello.js yang dihasilkan dengan, misalnya, Node.js:
$ node hello.js
Hello World
Pelajari lebih lanjut
Pengenalan singkat tentang WebAssembly ini hanyalah sebagian kecil dari keseluruhan topik.
Pelajari lebih lanjut WebAssembly di dokumentasi WebAssembly di MDN
dan lihat dokumentasi Emscripten. Sejujurnya, bekerja dengan WebAssembly bisa terasa seperti meme Cara menggambar burung hantu, terutama karena developer web yang terbiasa dengan HTML, CSS, dan JavaScript belum tentu menguasai bahasa yang akan dikompilasi seperti C. Untungnya, ada saluran seperti tag webassembly StackOverflow tempat pakar sering kali dengan senang hati membantu jika Anda meminta dengan sopan.
Ucapan terima kasih
Artikel ini ditinjau oleh Jakob Kummerow, Derek Schuff, dan Rachel Andrew.