Sejak web menjadi platform tidak hanya untuk dokumen tetapi juga untuk aplikasi, beberapa aplikasi paling canggih telah mencapai batasnya oleh browser web. Pendekatan untuk "lebih dekat dengan logam" dengan berinteraksi dengan bahasa tingkat rendah untuk meningkatkan kinerja ditemukan dalam banyak bahasa tingkat tinggi. Sebagai contoh, Java memiliki Antarmuka Native Java. Untuk JavaScript, bahasa tingkat rendah ini adalah WebAssembly. Dalam artikel ini, Anda akan mengetahui apa yang dimaksud dengan bahasa assembly, dan mengapa bahasa ini dapat berguna di web. Kemudian, Anda akan mempelajari bagaimana 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 biasa disingkat ASM atau asm, adalah semua bahasa pemrograman tingkat rendah yang memiliki keterkaitan yang sangat kuat antara petunjuk dalam bahasa dan petunjuk kode mesin arsitektur.
Misalnya, dengan melihat Intel® 64 dan IA-32 Architectures (PDF), petunjuk MUL (untuk mul) melakukan perkalian tanpa tanda tangan dari operand pertama (Operand tujuan) dan operand kedua (Operand sumber), dan menyimpan hasilnya dalam operand tujuan. Sangat sederhana, operand tujuan adalah operand tersirat yang terletak di register AX, dan operand sumber terletak dalam register tujuan umum seperti CX. Hasilnya disimpan lagi dalam 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 ditugaskan dengan tujuan mengalikan 5 dan 10, Anda mungkin akan menulis kode yang mirip dengan berikut ini di JavaScript:
const factor1 = 5;
const factor2 = 10;
const result = factor1 * factor2;
Keuntungan mengikuti rute assembly adalah kode tingkat rendah dan dioptimalkan mesin tersebut jauh lebih efisien daripada kode tingkat tinggi yang dioptimalkan manusia. Dalam kasus sebelumnya tidak menjadi masalah, tetapi Anda dapat membayangkan bahwa untuk operasi yang lebih kompleks, perbedaannya bisa sangat signifikan.
Seperti namanya, kode x86 bergantung pada arsitektur x86. Bagaimana jika ada cara penulisan kode assembly yang tidak bergantung pada arsitektur tertentu, tetapi cara tersebut akan mewarisi manfaat performa dari assembly?
asm.js
Langkah pertama untuk menulis kode assembly tanpa dependensi arsitektur adalah asm.js, subset ketat JavaScript yang dapat digunakan sebagai target bahasa tingkat rendah dan efisien untuk compiler. Sub-bahasa ini secara efektif menjelaskan mesin virtual dengan sandbox untuk bahasa yang tidak aman untuk memori seperti C atau C++. Kombinasi validasi statis dan dinamis memungkinkan mesin JavaScript menggunakan strategi kompilasi yang mengoptimalkan waktu di awal (AOT) untuk kode asm.js yang valid. Kode yang ditulis dalam bahasa berjenis statis dengan pengelolaan memori manual (seperti C) diterjemahkan oleh compiler source-to-source seperti Emscripten awal (berdasarkan LLVM).
Performa ditingkatkan dengan membatasi fitur bahasa ke yang tidak mendukung AOT. Firefox 22 adalah browser pertama yang mendukung asm.js, 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 saat ini akan menjadi alternatif untuk browser yang tidak memiliki dukungan WebAssembly.
WebAssembly
WebAssembly adalah bahasa tingkat rendah yang mirip assembly dengan format biner ringkas yang berjalan dengan performa mendekati native dan menyediakan bahasa seperti C/C++ dan Rust, serta masih 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 telah tersedia seperti dalam kasus Kotlin/Wasm. WebAssembly dirancang untuk berjalan bersama JavaScript, sehingga memungkinkan keduanya dapat digunakan bersama.
Selain browser, program WebAssembly juga berjalan di runtime lain berkat WASI, WebAssembly System Interface, yang merupakan antarmuka sistem modular untuk WebAssembly. WASI dibuat agar portabel di seluruh sistem operasi, dengan tujuan agar aman dan dapat dijalankan di lingkungan dalam sandbox.
Kode WebAssembly (kode biner, yaitu bytecode) dimaksudkan untuk dijalankan pada mesin stack virtual (VM) portabel. Bytecode didesain agar lebih cepat diurai dan dieksekusi daripada JavaScript dan memiliki representasi kode yang ringkas.
Eksekusi instruksi konseptual berjalan melalui penghitung program tradisional yang bergerak maju melalui instruksi tersebut. Dalam praktiknya, sebagian besar mesin Wasm mengompilasi bytecode Wasm ke kode mesin, lalu mengeksekusinya. Petunjuk dibagi ke dalam dua kategori:
- Petunjuk kontrol yang membentuk konstruksi kontrol dan memunculkan nilai argumennya dari stack, dapat mengubah penghitung program, dan mendorong nilai hasil ke stack.
- Petunjuk sederhana yang memunculkan nilai argumennya dari stack, menerapkan operator ke nilai tersebut, lalu mendorong nilai hasil ke stack, diikuti dengan kemajuan implisit dari 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 diterapkan semuanya di software, artinya 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 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. Apa yang Anda lihat di atas adalah representasi tekstual.
Representasi tekstual
Representasi tekstual didasarkan pada S-expressions dan biasanya menggunakan ekstensi file .wat (untuk format WebAssembly text). Jika ingin, Anda dapat menulisnya dengan tangan. Dengan mengambil contoh perkalian di atas dan membuatnya lebih berguna dengan tidak lagi melakukan hardcode faktor, Anda mungkin bisa 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 atau .wasm tidak terlalu cocok untuk manusia. Di sinilah compiler seperti Emscripten akan berperan.
Dengan API ini, Anda dapat mengompilasi dari bahasa tingkat tinggi seperti C dan C++. Ada compiler lain untuk bahasa lain seperti Rust dan banyak lagi. Perhatikan 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 menyajikan file hello.html dari server web, Anda akan melihat "Hello World" yang 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, jalankan file JavaScript yang dihasilkan hello.js dengan, misalnya, Node.js:
$ node hello.js
Hello World
Selengkapnya
Pengantar singkat tentang WebAssembly ini hanyalah permulaan.
Pelajari WebAssembly lebih lanjut dalam dokumentasi WebAssembly tentang MDN
dan baca dokumentasi Emscripten. Sesungguhnya, bekerja menggunakan WebAssembly mirip dengan Cara menggambar meme burung hantu, terutama karena developer web yang memahami HTML, CSS, dan JavaScript belum tentu berpengalaman dalam bahasa yang akan dikompilasi seperti C. Untungnya, ada saluran seperti tag webassembly StackOverflow di mana para pakar sering kali dengan senang hati membantu jika Anda bertanya dengan baik.
Ucapan terima kasih
Artikel ini diulas oleh Jakob Kummerow, Derek Schuff, dan Rachel Andrew.