前端高性能计算之三:Rust -> asm.js & webassembly

前一篇我们探索了用Emscripten编译C代码到asm.jsWebAssembly,使前端代码执行速度大大提升,但是实际项目中由于C语言缺乏很多高级特性,不利于开发大型项目(说C可以开发操作系统kernel这种大型项目的同学不好意思,我没那么nb),而C++我又觉得太复杂,也没有用过C++做过大型项目,所以我最后选择了Rust

一开始也纠结过要用Go还是Rust或者Swift的,后来发现Go目前还不支持编译到WebAssembly,Swift按理说应该可以支持的,因为都是用LLVM做的编译器,不过没有找到好的资料,好像说要自己编译LLVM去支持https://stackoverflow.com/questions/46572144/compile-swift-to-webassembly 。另外对Rust的一些特性很是喜欢,听说Rust很复杂,比较像Scala和Haskell,而偏偏我对Scala还算熟悉,也学过一下Haskell,所以决定尝试一下Rust。

https://github.com/ChristianMurphy/compile-to-web 这里可以查看目前能编译到WebAssembly的语言。

PS, 话说asm.js和Rust都是Mozilla搞的呢。

安装Rust的管理工具rustup

rustup用于安装管理Rust的相关工具,包括编译器rustc、包管理工具cargo等,支持安装不同版本比如stable, beta, nightly等以及在不同版本之间切换,类似于nvm

curl https://sh.rustup.rs -sSf | sh

安装Emscripten Rust编译器

用rustup安装最新体验版(Nightly Version):

rustup toolchain add nightly
rustup target add wasm32-unknown-emscripten --toolchain nightly

安装cmake

根据平台自行选择:

brew install cmake                  # MacOS, brew
sudo port install cmake             # MacOS, MacPorts
sudo apt-get install cmake          # Debian Linux

安装 Emscripten

参考前一篇,或者直接执行下面命令:

wget https://s3.amazonaws.com/mozilla-games/emscripten/releases/emsdk-portable.tar.gz
tar -xvf emsdk-portable.tar.gz
cd emsdk-portable
./emsdk update
./emsdk install sdk-incoming-64bit

这一步花的时间比较久,据说要2个多小时,我是执行完命令就出去跟朋友吃饭了,所以具体时间不知道。

添加下列路径到PATH中:

~/emsdk-portable
~/emsdk-portable/clang/fastcomp/build_incoming_64/bin
~/emsdk-portable/emscripten/incoming

终端执行emcc -v检查是否安装成功。

用Webpack运行Rust

新建一个Rust/Javascript混合项目:

cargo new webasm --bin --vcs none
cd webasm
npm init
rustup override set nightly

安装Webpack, webpack-dev-server, rust-wasm-loader,

npm i -D webpack webpack-dev-server rust-wasm-loader

增加package.json脚本:

{
  "name": "webasm",
  "version": "1.0.0",
  "description": "",
  "main": "index.js",
  "scripts": {
    "test": "echo \"Error: no test specified\" && exit 1",
    "compile": "webpack --progress",
    "serve": "http-server",
    "start": "webpack-dev-server --content-base ./build"
  },
  "author": "magicly",
  "license": "ISC",
  "devDependencies": {
    "http-server": "^0.10.0",
    "rust-wasm-loader": "^0.1.2",
    "webpack": "^3.6.0",
    "webpack-dev-server": "^2.8.2"
  }
}

build目录下新建文件index.html

<!DOCTYPE html>
<html>

<head>
  <title>Hello WebAssembly</title>
</head>

<body>
  <div id="container"></div>
  <script src="/bundle.js"></script>
</body>

</html>

配置webpack.config.js

module.exports = {
  entry: './src/index.js',
  output: {
    filename: 'bundle.js',
    path: __dirname + '/build',
  },
  module: {
    rules: [
      {
        test: /\.rs$/,
        use: {
          loader: 'rust-wasm-loader',
          options: {
            // The path to the webpack output relative to the project root
            path: '',
            release: true // 没有的话性能巨差,差不多只有1/10
          }
        }
      }
    ]
  },
  // The .wasm 'glue' code generated by Emscripten requires these node builtins,
  // but won't actually use them in a web environment. We tell Webpack to not resolve those
  // require statements since we know we won't need them.
  externals: {
    'fs': true,
    'path': true,
  }
}

新建src/main.rs文件,添加我们要从js中调用的函数:

fn main() {
    println!("Hello, world!");
}

// Functions that you wish to access from Javascript
// must be marked as no_mangle
#[no_mangle]
pub fn add(a: i32, b: i32) -> i32 {
    return a + b
}

新建src/index.js,写代码加载WebAssembly模块:

const wasm = require('./main.rs')

wasm.initialize({ noExitRuntime: true }).then(module => {
  // Create a Javascript wrapper around our Rust function
  const add = module.cwrap('add', 'number', ['number', 'number'])
  
  console.log('Calling rust functions from javascript!')
  console.log(add(1, 2))
})

然后执行npm start,访问http://localhost:8080/就可以看到调用rust代码的效果了。并且还支持热更新哦,直接修改rust代码,保存,页面就能看到最新效果。 Rust WebAssembly console

测试了一下前一篇里的代码,直接运行rust优化过的代码只需要300多ms,这个基本跟C代码一样,但是用wasm运行,居然要2.7s左右,不知道是哪里没有配置好,还是说现在Rust编译成wasm没有优化好。Rust支持WebAssembly应该还不是特别成熟,可以关注https://github.com/rust-lang/rust/issues/38804 跟进。

另外Rust有一个包https://crates.io/crates/webplatform, 可以用来操作DOM,不过我目前用不到(感觉没啥用)。

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