Sejak web menjadi platform tidak hanya untuk dokumen tetapi juga untuk aplikasi, beberapa aplikasi paling canggih telah mendorong browser web hingga batasnya. Pendekatan untuk "lebih dekat dengan standar" dengan berinteraksi dengan bahasa tingkat rendah untuk meningkatkan performa ditemui dalam banyak bahasa tingkat lebih tinggi. Sebagai contoh, Java memiliki Java Native Interface. Untuk JavaScript, bahasa tingkat rendah ini adalah WebAssembly. Dalam artikel ini, Anda akan menemukan apa itu bahasa assembly, dan mengapa bahasa tersebut 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 setiap bahasa pemrograman tingkat rendah dengan korelasi yang sangat kuat antara petunjuk dalam bahasa dan petunjuk kode mesin arsitektur.
Misalnya, dengan melihat Arsitektur Intel® 64 dan IA-32 (PDF), petunjuk MUL (untuk mulsipasi) melakukan perkalian yang tidak ditandatangani dari operand pertama (Operand tujuan) dan operand kedua (Operand sumber), dan menyimpan hasilnya di operand tujuan. Secara sangat sederhana, operand tujuan adalah operand tersirat yang terletak di register AX, dan operand sumber terletak di register tujuan umum 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 kode berikut di JavaScript:
const factor1 = 5;
const factor2 = 10;
const result = factor1 * factor2;
Keuntungan menggunakan rute assembly adalah kode tingkat rendah dan yang dioptimalkan mesin tersebut jauh lebih efisien daripada kode tingkat tinggi dan yang dioptimalkan manusia. Dalam kasus sebelumnya hal ini tidak menjadi masalah, tetapi Anda bisa membayangkan bahwa untuk operasi yang lebih kompleks, perbedaannya bisa jadi signifikan.
Seperti namanya, kode x86 bergantung pada arsitektur x86. Bagaimana jika ada cara 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 dan efisien untuk compiler. Sub-bahasa ini secara efektif menjelaskan virtual machine dengan 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 dengan jenis statis dengan pengelolaan memori manual (seperti C) diterjemahkan oleh compiler source-to-source seperti Emscripten awal (berdasarkan LLVM).
Performa ditingkatkan dengan membatasi fitur bahasa hanya untuk fitur yang sesuai 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 untuk menggunakan asm.js pada tahap ini adalah sebagai alternatif untuk browser yang tidak memiliki dukungan WebAssembly.
WebAssembly
WebAssembly adalah bahasa seperti assembly tingkat rendah 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 proses dan akan segera tersedia, atau sudah tersedia seperti dalam kasus Kotlin/Wasm. WebAssembly dirancang untuk berjalan bersama JavaScript, sehingga memungkinkan keduanya bekerja sama.
Selain browser, program WebAssembly juga berjalan di runtime lainnya berkat WASI, Antarmuka Sistem WebAssembly, antarmuka sistem modular untuk WebAssembly. WASI dibuat agar portabel di seluruh sistem operasi, dengan tujuan agar aman dan dapat berjalan di lingkungan dengan sandbox.
Kode WebAssembly (kode biner, yaitu bytecode) dimaksudkan untuk dijalankan di mesin stack virtual portabel (VM). Bytecode didesain agar lebih cepat diurai dan dieksekusi daripada JavaScript dan memiliki representasi kode yang ringkas.
Eksekusi konseptual instruksi dilakukan melalui penghitung program tradisional yang melanjutkan petunjuk. Dalam praktiknya, sebagian besar mesin Wasm mengompilasi bytecode Wasm menjadi kode mesin, lalu mengeksekusinya. Petunjuk dibagi menjadi dua kategori:
- Petunjuk kontrol yang membentuk konstruksi kontrol dan mengeluarkan nilai argumennya dari stack, dapat mengubah penghitung program, dan memasukkan nilai hasil ke stack.
- Petunjuk sederhana yang memunculkan nilai argumen dari stack, menerapkan operator ke nilai, lalu mendorong nilai hasil ke stack, diikuti dengan kemajuan 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 apa pun (meskipun tidak dioptimalkan), WebAssembly memerlukan fungsi baru yang disepakati oleh semua vendor browser. Diumumkan pada tahun 2015 dan pertama kali dirilis pada Maret 2017, WebAssembly menjadi rekomendasi W3C pada 5 Desember 2019. W3C mempertahankan standar ini dengan kontribusi dari semua vendor browser utama dan pihak lain yang berkepentingan. Sejak 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 ekspresi S dan biasanya menggunakan ekstensi file .wat (untuk format teks WebAssembly text). Jika benar-benar ingin, Anda dapat menulisnya dengan tangan. Dengan mengambil contoh perkalian dari atas dan membuatnya lebih berguna dengan tidak lagi melakukan hardcoding pada faktor, 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 konsumsi manusia, apalagi buatan manusia. Dengan menggunakan alat seperti wat2wasm, Anda dapat mengonversi kode di atas menjadi representasi biner berikut. (Komentar biasanya bukan bagian dari representasi biner, tetapi ditambahkan oleh alat wat2wasm untuk 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 digunakan. Di sinilah compiler seperti Emscripten berperan.
Dengan Rust, Anda dapat mengompilasi dari bahasa tingkat tinggi seperti C dan C++. Ada kompilator 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
Dengan Emscripten terinstal, Anda 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, tindakan 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
Pengantar singkat tentang WebAssembly ini hanyalah sebagian kecil dari gunung es.
Pelajari WebAssembly lebih lanjut di dokumentasi WebAssembly di MDN
dan lihat dokumentasi Emscripten. Sejujurnya, menggunakan WebAssembly bisa terasa seperti meme Cara menggambar burung hantu, terutama karena developer web yang sudah terbiasa dengan HTML, CSS, dan JavaScript belum tentu mahir dalam bahasa yang akan dikompilasi seperti C. Untungnya, ada saluran seperti tag webassembly StackOverflow tempat para pakar sering kali dengan senang hati membantu jika Anda bertanya dengan sopan.
Ucapan terima kasih
Artikel ini ditinjau oleh Jakob Kummerow, Derek Schuff, dan Rachel Andrew.