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WebAssembly入门

#webassembly #vite #wasmpack #rust

Wasm是什么?

MDN官方文档是这样给出定义

WebAssembly(为了书写方便，简称Wasm)是一种新的编码方式，可以在现代的网络浏览器中运行 － 它是一种低级的类汇编语言，具有紧凑的二进制格式，可以接近原生的性能运行，并为诸如C / C ++等语言提供一个编译目标，以便它们可以在Web上运行。它也被设计为可以与JavaScript共存，允许两者一起工作。

对于网络平台而言，WebAssembly具有巨大的意义——它提供了一条途径，以使得以各种语言编写的代码都可以以接近原生的速度在Web中运行。在这种情况下，以前无法以此方式运行的客户端软件都将可以运行在Web中。

WebAssembly被设计为可以和JavaScript一起协同工作——通过使用WebAssembly的JavaScript API，你可以把WebAssembly模块加载到一个JavaScript应用中并且在两者之间共享功能。这允许你在同一个应用中利用WebAssembly的性能和威力以及JavaScript的表达力和灵活性，即使你可能并不知道如何编写WebAssembly代码。

环境安装及简介

1. Rust

一门赋予每个人
构建可靠且高效软件能力的语言。

安装

# macOS
curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh

# 其他安装方式
# https://forge.rust-lang.org/infra/other-installation-methods.html
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常用命令

# 版本更新
rustup update

# 查看版本
cargo --version

# 构建项目
cargo build

# 运行项目
cargo run

# 测试项目
cargo test

# 为项目构建文档
cargo doc

# 将库发布到 crates.io
cargo publish
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# nightly rust
rustup toolchain install nightly

rustup toolchain list

rustup override set nightly
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2. Node.js

Node.js是基于Chrome的V8 JavaScript引擎构建的JavaScript运行时

3. wasm-pack

用于构建和使用您希望与JavaScript，浏览器或Node.js互操作的Rust生成的WebAssembly。

安装

# macOS
curl https://rustwasm.github.io/wasm-pack/installer/init.sh -sSf | sh

# 其他安装方式
# https://rustwasm.github.io/wasm-pack/installer
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常用命令

# 创建
# https://rustwasm.github.io/docs/wasm-pack/commands/new.html
wasm-pack new <name> --template <template> --mode <normal|noinstall|force>

# 构建
# https://rustwasm.github.io/docs/wasm-pack/commands/build.html
wasm-pack build
  [--out-dir <out>]
  [--out-name <name>]
  [--<dev|profiling|release>]
  [--target <bundler|nodejs|web|no-modules>]
  [--scope <scope>]
  [mode <normal|no-install>]

# 测试
# https://rustwasm.github.io/docs/wasm-pack/commands/test.html
wasm-pack test

# 发包
# https://rustwasm.github.io/docs/wasm-pack/commands/pack-and-publish.html
# npm pack
wasm-pack pack
# npm publish
wasm-pack publish
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4. Vite

下一代前端工具

vite-plugin-rsw：vite插件，简称Rsw - 集成wasm-pack的CLI

  • 支持rust包文件热更新，监听src目录和Cargo.toml文件变更，自动构建
  • vite启动优化，如果之前构建过，再次启动npm run dev，则会跳过wasm-pack构建
  • 通过配置isLib为true，在执行npm run build时会生成可发布的npm包 
# 在vite项目中安装
npm i -D vite-plugin-rsw
# or
yarn add -D vite-plugin-rsw
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5. create-xc-app

脚手架 - ⚡️在几秒钟内创建一个项目！维护了多种项目模板。

# 根据命令行提示，输入项目名称，选择模板初始化项目
# template: `wasm-react` or `wasm-vue`
npm init xc-app
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xc-app

快速开始

  • 在原有vite项目中使用，只需安装配置vite-plugin-rsw插件即可。
  • 新项目可以使用vite提供的@vitejs/app初始化项目，然后安装配置vite-plugin-rsw。
  • 或者使用脚手架create-xc-app初始化项目，模板包含wasm-react和wasm-vue，会定期更新维护相关版本依赖。

项目结构 

# 推荐目录结构
[my-wasm-app] # 项目根路径
|- [wasm-hey] # npm包`wasm-hey`
|    |- [pkg] # 生成wasm包的目录
|    |    |- wasm-hey_bg.wasm # wasm文件
|    |    |- wasm-hey.js # 包入口文件
|    |    |- wasm-hey_bg.wasm.d.ts # ts声明文件
|    |    |- wasm-hey.d.ts # ts声明文件
|    |    |- package.json
|    |    `- ...
|    |- [src] # rust源代码
|    | # 了解更多: https://doc.rust-lang.org/cargo/reference/cargo-targets.html
|    |- [target] # 项目依赖，类似于npm的`node_modules`
|    | # 了解更多: https://doc.rust-lang.org/cargo/reference/manifest.html
|    |- Cargo.toml # rust包管理清单
|    `- ...
|- [@rsw] # npm 组织包
|     |- [hey] # @rsw/hey, 目录结构同`wasm-hey`
|     `- ...
| # 设置`isLib`为true时，会默认在`libs`目录下生成的npm包
| # 可以通过设置`libRoot`修改默认路径
|- [libs]
|     |- [@rsw]
|     `- [wasm-hey]
|- [node_modules] # 前端的项目包依赖
|- [src] # 前端源代码(可以是vue, react, 或其他)
| # 了解更多: https://nodejs.dev/learn/the-package-json-guide
|- package.json # `npm`或`yarn`包管理清单
| # 了解更多: https://vitejs.dev/config
|- vite.config.ts # vite配置文件
| # 了解更多: https://www.typescriptlang.org/docs/handbook/tsconfig-json.html
|- tsconfig.json # typescript配置文件
` ...
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乍一看，可能会觉得目录有点复杂，其实它就是一个标准的基于vite前端项目，然后，在根路径下去添加我们需要构建的wasm包(一个rust crate会对应生成一个wasm包，可单独发布到npm上)

创建Wasm包 

# 两种方式创建

# 1.
# 如果报错，可查看：https://github.com/rustwasm/wasm-pack/issues/907
wasm-pack new <name>

# 2.
# name可以是npm组织
# 例：cargo new --lib @rsw/hello
# 需要手动配置Cargo.toml
cargo new --lib <name>
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wasm-pack new
cargo new

项目配置

以react项目为例

Step1: 配置Vite插件 - vite.config.ts

import reactRefresh from '@vitejs/plugin-react-refresh';
import { defineConfig } from 'vite';
import ViteRsw from 'vite-plugin-rsw';

export default defineConfig({
  plugins: [
    reactRefresh(),
    // 查看更多：https://github.com/lencx/vite-plugin-rsw
    ViteRsw({
      // 支持开发(dev)和生产模式(release)
      // 生产模式会对wasm文件的体积进行优化
      mode: 'release',
      // 是否生成可发布的npm包，默认为`false`
      // 如果设置为`true`时，会在项目根路径下生成`libs`目录
      isLib: true,
      // 修改默认路径`libs`
      libRoot: 'libs',
      // 如果包在`unLinks`和`crates`都配置过
      // 会执行，先卸载(npm unlink)，再安装(npm link)
      // 例如下面会执行
      // `npm unlink wasm-hey rsw-test`
      unLinks: ['wasm-hey', 'rsw-test'],
      // 项目根路径下的rust项目
      // `@`开头的为npm组织
      // 例如下面会执行:
      // `npm link wasm-hey @rsw/hey`
      // 因为执行顺序原因，虽然上面的unLinks会把`wasm-hey`卸载
      // 但是这里会重新进行安装
      crates: ["wasm-hey", "@rsw/hey"],
    }),
  ],
})
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Step2: 配置Rust项目清单 - wasm-hey/Cargo.toml

# ...

# https://github.com/rustwasm/wasm-pack/issues/886
# https://developers.google.com/web/updates/2019/02/hotpath-with-wasm
[package.metadata.wasm-pack.profile.release]
wasm-opt = false

# See more keys and their definitions at https://doc.rust-lang.org/cargo/reference/manifest.html
[lib]
crate-type = ["cdylib", "rlib"]

[profile.release]
opt-level = "s"

[dependencies]
wasm-bindgen = "0.2.70"
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Step3: 添加Rust代码 - wasm-hey/src/lib.rs

use wasm_bindgen::prelude::*;

// Import the `window.alert` function from the Web.
#[wasm_bindgen]
extern "C" {
    fn alert(s: &str);
}

// Export a `greet` function from Rust to JavaScript, that alerts a hello message.
#[wasm_bindgen]
pub fn greet(name: &str) {
    alert(&format!("Hello, {}!", name));
}
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Step4: React项目中调用Wasm方法 - src/App.tsx

import React, { useEffect } from 'react';
import init, { greet } from 'wasm-hey';

import logo from './logo.svg';
import './App.css';

function App() {
  useEffect(() => {
    // wasm初始化，在调用`wasm-hey`包方法时
    // 必须先保证已经进行过初始化，否则会报错
    // 如果存在多个wasm包，则必须对每一个wasm包进行初始化
    init();
  }, [])

  const handleHey = () => {
    // 调用greet方法
    greet('wasm');
  }

  return (
    <div className="App">
      <header className="App-header">
        <img src={logo} className="App-logo" alt="logo" />
        <p>Hello WebAssembly!</p>
        <p>Vite + Rust + React</p>
        <p>
          <button onClick={handleHey}>hi wasm</button>
        </p>
        <p>Edit <code>App.tsx</code> and save to test HMR updates.</p>
      </header>
    </div>
  )
}

export default App
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常见问题汇总

Rsw插件

  • 插件内部是通过npm link的形式实现的wasm包安装，在一些极端场景下会出现，找不到依赖的安装包，导入的包不存在等错误，可以根据提示路径删除其link的文件，重新启动npm run dev可以解决。
  • npm link命令会把包link到全局环境，如果在多个项目使用相同wasm包名，可能会导致报错，解决办法，在全局npm的node_modules中删除该包即可。推荐不同项目使用不同wasm包名避免此类异常。
  • 插件是处于Vite开发模式下运行构建，所以至少执行过一次npm run dev，生成wasm包之后，再执行npm run build，否则也会报错，到不到.wasm文件之类的。
  • 插件API可以配置需要卸载的包(仅限于之前通过插件配置crates中rust项目)

前端 

// init是wasm实例的初始化方法
// 在调用其他方法之前，必须先调用一次init方法，否则会报错
// init会请求`.wasm`文件并且返回一个`Promise`
import init, { greet } from 'wasm-test';

// -----------------------------------------

// 调用init方法，有两种方式

// 1.
// 在react，vue3中可以将其抽离为`hook`组件,
// 在进入生命周期时调用
init();

// 在调用过init方法之后，可以单独调用greet方法
greet('wasm');

// 2.
// 在初始化之后直接调用方法
init()
  .then(wasm => wasm.greet('wasm'));
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