WebAssembly什么时候会获得DOM支持？

《Communications of the ACM》：When Is WebAssembly Going to Get DOM Support?

Wasm通过间接调用JavaScript API实现与DOM的交互，其核心优势在于编译语言代码到Wasm以提升性能，但需依赖JavaScript作为桥梁。尽管存在内存管理、异常处理等挑战，通过渐进式优化如类型导入和内存控制，Wasm已能支持生产环境应用。未来Web IDL和组件模型可能进一步减少JavaScript依赖，但当前方案仍有效。

　　WebAssembly（Wasm）作为一种新兴的二进制格式，正在迅速成为在Web平台上运行高性能代码的有力工具。它的设计初衷是让开发者能够使用多种编程语言编写Web应用，而不仅仅局限于JavaScript。然而，Wasm并非完全独立于JavaScript，它仍然需要JavaScript作为桥梁来连接到Web API，如DOM。这种依赖关系引发了关于Wasm是否真正准备好用于生产环境的讨论。尽管如此，Wasm的成熟度和持续演进表明，它在实际应用中已经展现出强大的潜力。

Wasm的设计强调了与JavaScript的严格分离，这是它与asm.js的一个关键区别。asm.js是一种基于JavaScript的子集，它本质上仍然依赖于JavaScript环境。而Wasm的字节码格式则更加独立，它不包含JavaScript的“遗留”特性。Wasm的目标是提供一种通用的编译目标，使得多种语言的代码能够在Web浏览器中高效运行。因此，虽然Wasm无法直接访问DOM，但通过JavaScript的API，它仍然能够间接地与Web平台进行交互。这种设计并非妥协，而是为了确保Wasm能够作为Web平台的一部分，同时保持其性能优势。

Wasm模块通过导入和导出机制与JavaScript进行交互。每个Wasm模块可以声明需要使用的JavaScript函数，这些函数通常封装在JavaScript对象中，供Wasm调用。例如，一个Wasm模块可以导入一个名为`myLog`的函数，该函数在JavaScript中被定义为将参数打印到控制台。这种机制使得Wasm能够调用JavaScript API，而无需直接访问DOM。Wasm的这种设计使得它能够与现有的JavaScript生态系统无缝对接，同时保留其自身的性能优势。

在WebAssembly的实现中，内存管理是一个核心问题。Wasm使用了一种线性内存模型，这种模型在处理垃圾回收（GC）对象时显得不够灵活。为了处理这一问题，Wasm的工具链通常会采用一种间接的方式，即通过JavaScript的数组来管理GC对象的引用。例如，Wasm代码可以将需要访问的JavaScript对象存储在一个数组中，并通过索引来引用这些对象。当Wasm不再需要这些对象时，它可以通过调用JavaScript提供的函数来释放它们。这种方法虽然增加了一定的间接性，但确保了Wasm代码能够与JavaScript的内存模型兼容，从而避免了潜在的冲突。

Wasm的这种设计在实践中得到了广泛的应用。许多现代编程语言，如C/C++、Rust、Kotlin和Java，都支持将代码编译为Wasm，并通过JavaScript桥接与Web API进行交互。这些工具链不仅能够处理基本的数据类型，还能处理复杂的对象和函数调用。例如，C++代码可以编译为Wasm模块，并通过JavaScript函数调用来访问DOM元素或执行其他Web操作。这种模式使得开发者可以专注于编写核心逻辑，而无需过多关注底层的Web API交互细节。

然而，这种间接的调用方式也带来了一些性能上的挑战。例如，处理异常时，Wasm需要通过JavaScript的try/catch机制来捕获和处理错误。这不仅增加了代码的复杂性，还可能影响性能。同样，对于同步阻塞的I/O操作，Wasm需要与JavaScript的异步模型进行协调，这通常意味着将I/O操作封装为Promise或回调函数。这些设计选择虽然增加了一定的开销，但它们确保了Wasm能够与现有的Web平台兼容，并且在实际应用中能够运行得更加稳定和安全。

为了进一步提升性能和减少开销，Wasm的社区和开发者正在探索多种优化策略。其中，一些关键的改进包括对Wasm与JavaScript之间调用的优化、引入多层级的即时编译（JIT）技术，以及支持在Wasm中直接使用JavaScript的字符串和内存管理机制。例如，通过优化调用过程，可以减少JavaScript与Wasm之间的上下文切换，从而提高执行效率。而多层级的JIT编译器则能够针对频繁运行的代码进行更精细的优化，进一步提升性能。

此外，Wasm的内存模型也在不断演进。早期的Wasm内存模型较为简单，仅支持基本的数据类型。然而，随着Web平台的发展，Wasm的内存模型也在逐步扩展，以支持更复杂的对象和数据结构。例如，通过引入对JavaScript堆的直接访问，Wasm可以更高效地处理垃圾回收对象，而无需通过额外的数组来管理引用。这种改进不仅减少了内存的使用，还提高了代码的执行效率。

Wasm的社区和标准制定过程也是其发展的重要驱动力。Wasm的标准化工作由W3C的WebAssembly社区组（Wasm CG）负责，这是一个开放的开发者社区，任何人都可以参与其中。Wasm CG的目标是设计、讨论、原型和文档化Wasm字节码的新特性，以确保其能够持续发展并适应不断变化的Web平台需求。这一过程强调了共识的建立，意味着任何新特性都需要经过广泛的讨论和测试，才能被纳入标准。这种渐进式的开发策略使得Wasm能够在保持稳定性的同时，逐步引入新的功能和优化。

Wasm的未来发展还涉及到对Web API的直接访问。虽然目前Wasm无法直接访问DOM，但社区正在探索如何通过新的机制实现这一目标。例如，Wasm组件模型（Component Model）作为一种可能的解决方案，它允许将Web API直接暴露为Wasm模块，从而减少对JavaScript的依赖。然而，这一目标的实现需要大量的工作，包括设计和实现新的API绑定机制，以及确保这些机制能够与现有的Web平台兼容。因此，尽管Wasm组件模型是一个有前景的方向，但目前它仍处于实验阶段，尚未被广泛采用。

总的来说，Wasm虽然无法完全摆脱JavaScript，但它的设计和实现已经证明了其在Web平台上的强大潜力。通过与JavaScript的紧密集成，Wasm能够充分利用现有的Web API，同时保持其性能优势。随着Wasm的不断发展和优化，未来的Web应用可能会更加高效和灵活，而Wasm的工具链和社区支持也确保了其能够持续演进。对于软件开发者而言，Wasm的核心价值在于它能够作为一种编译目标，使得多种语言的代码能够在Web平台上高效运行。虽然目前仍然需要JavaScript作为桥梁，但这种依赖关系并不会成为Wasm在生产环境中的障碍，反而为其提供了更大的灵活性和可扩展性。