Веб-приложения будущего: что нужно знать о WebAssembly

Часто при разговоре о веб-разработке на ум приходят JavaScript и различные фреймворки. Но что, если бы веб-приложения могли запускаться с той же производительностью, что и нативные, а разработчики могли бы писать их на Rust, C++ или Go? Вот тут-то на сцену и выходит WebAssembly (Wasm) — инструмент, который позволяет взглянуть на веб-разработку иначе. Он открывает возможности для выполнения сложных вычислений, запуска игр, виртуальных машин и приложений для анализа данных прямо в браузере. Все это — с высокой производительностью и кроссплатформенностью, от настольных компьютеров до мобильных устройств.

В этой статье разберемся, как работает WebAssembly, чем он привлекает разработчиков и какие проблемы решает. Вы узнаете, почему его активно поддерживают такие компании, как Google, Unity и Unreal Engine, и какие перспективы открывает Wasm для будущего веб-разработки. Подробности под катом!

Используйте навигацию, если не хотите читать текст полностью:
→ Что такое WebAssembly ^[1]
→ Почему WebAssembly вообще появился ^[2]
→ Сравнение WebAssembly с JavaScript и объяснение их взаимодействия ^[3]
→ Примеры использования ^[4]
→ Как работает WebAssembly ^[5]
→ Преимущества и ограничения WebAssembly ^[6]
→ Будущее WebAssembly ^[7]

WebAssembly (Wasm) — это современный бинарный формат инструкций, предназначенный для выполнения кода в веб-браузерах с высокой производительностью. Он был разработан как универсальная целевая платформа для компиляции высокоуровневых языков программирования, таких как C, C++, Rust и других. Это позволяет запускать приложения на веб-страницах с почти нативной скоростью.

Wasm ^[8] поддерживается всеми основными браузерами и позволяет разработчикам создавать сложные и ресурсоемкие приложения без необходимости использования JavaScript в качестве единственного языка программирования.

Что делает WebAssembly

• Ускоряет загрузку страниц за счет оптимизированной компиляции,
• Обрабатывает большие объемы данных в реальном времени без задержек,
• Поддерживает потоковую компиляцию, что позволяет начинать обработку данных до полной загрузки модуля

Основная причина — стремление улучшить производительность веб-приложений. JavaScript хоть и является мощным инструментом для создания интерактивных интерфейсов, сталкивается с ограничениями в производительности при выполнении ресурсоемких задач.

Wasm позволяет использовать более эффективные языки программирования для выполнения таких задач, что значительно увеличивает скорость обработки данных и уменьшает время загрузки приложений. Например, приложения, написанные на C или Rust и скомпилированные в Wasm, могут работать в 2-3 раза быстрее, чем аналогичные решения на JavaScript.

Инструменты оценки производительности показывают, что Rust на 66 % быстрее JavaScript. Источник. ^[9]

WebAssembly не заменяет JavaScript. Вместо этого он дополняет его. JavaScript остается основным языком для создания динамических пользовательских интерфейсов и управления состоянием приложений. Wasm же лучше подходит для выполнения вычислительно интенсивных задач, таких как обработка видео, физические симуляции и работа с большими объемами данных.

WebAssembly активно применяется в различных отраслях, включая геймдев, SaaS-приложения и научные вычисления. Рассмотрим подробнее несколько конкретных примеров, подкрепленных актуальными данными.

Геймдев

WebAssembly значительно изменил подход к разработке браузерных игр. Инструмент обеспечивает высокую производительность и возможность запуска сложных игр без необходимости установки плагинов. Вот пара примеров.

Движок Unity поддерживает экспорт игр в формат WebAssembly, что позволяет разработчикам создавать игры, которые работают в браузере с производительностью, близкой к нативной. Например, игра AngryBots демонстрирует возможности движка в браузере с использованием WebGL и Wasm. В тестах игры на WebAssembly время выполнения тяжелых вычислений сократилось до 684 мс, что на 66% быстрее, чем при использовании JavaScript (две секунды).

Unreal Engine также поддерживает WebAssembly, позволяя разработать сложные 3D-игры. В 2024 году команда разработчиков Unreal Engine 5 представила улучшенную поддержку веб-платформы, включая поддержку WebGL 2.0 и WebGPU. Это позволяет динамически загружать данные и улучшает производительность игр в браузере.

SaaS-приложения

Одним из ярких примеров использования WebAssembly в SaaS-приложениях является Figma, популярный инструмент для дизайна интерфейсов. Переход на WebAssembly позволил Figma сократить время загрузки приложения более чем в три раза.

По данным тестирования, время инициализации приложения снизилось до 504 мс при использовании Wasm SQLite для хранения данных. Это значительно быстрее по сравнению с традиционными методами хранения информации.

Научные вычисления и симуляции

WebAssembly также находит применение в научных вычислениях. Например, NASA использует Wasm для создания симуляционных инструментов, которые позволяют исследовать автономные системы для удаленной работы.

Центр NASA CCMC (Community Coordinated Modeling Center) использует модели и вычислительные ресурсы для моделирования космической погоды и других научных задач. CCMC предоставляет доступ к более чем 60 уникальным моделям через онлайн-портал. Это позволяет исследователям по всему миру работать с данными и моделями без необходимости установки специального программного обеспечения.

Инструмент WebGS от NASA предназначен для визуализации многопользовательских симуляций беспилотных летательных аппаратов. Он позволяет взаимодействовать с реальными полетами и симулированными транспортными средствами в режиме реального времени, что делает его полезным для тестирования и разработки новых технологий управления воздушным движением.

Рассмотрим базовую архитектуру, языки программирования, которые можно компилировать в Wasm, а также популярные инструменты и экосистему.

На что тратит время WebAssembly. Источник. ^[10]

Базовая архитектура

WebAssembly использует компактный бинарный формат, который предназначен для эффективного выполнения на различных операционных системах и архитектурах. Это позволяет загружать и выполнять код быстрее по сравнению с текстовыми форматами, такими как JavaScript.

Wasm имеет фиксированный размер инструкций и упрощенную структуру, что позволяет ему загружаться и декодироваться быстро. Например, модули WebAssembly могут быть в 2-3 раза меньше по размеру по сравнению с эквивалентным JavaScript-кодом, что значительно ускоряет время загрузки.

Код на высокоуровневых языках, таких как C/C++, Rust и других, компилируется в WebAssembly байт-код. Этот процесс может осуществляться как заранее (AOT), так и во время выполнения (JIT). В современных браузерах используется JIT-компиляция для повышения производительности.

После загрузки модуль Wasm проходит проверку безопасности и компилируется в машинный код. Затем выполняется в изолированной среде (песочнице), что обеспечивает безопасность выполнения кода.

Какие языки можно компилировать в Wasm

На данный момент в WebAssembly можно компилировать более 40 языков программирования. Среди них:

• C/C++ (с помощью инструмента Emscripten),
• Rust (имеет встроенную поддержку для компиляции в Wasm через wasm-pack),
• C#/.NET (благодаря инструменту Blazor),
• Java (с помощью TeaVM и JWebAssembly),
• Python (поддержка Python еще находится на стадии разработки, но существуют проекты, такие как Pyodide, которые позволяют запускать Python-код в браузере через WebAssembly).

Инструменты и экосистема: краткий обзор популярных решений

Существует множество инструментов и библиотек для работы с WebAssembly. Рассмотрим наиболее популярные.

• Emscripten. Это мощный инструмент для компиляции C/C++ кода в WebAssembly. Он позволяет разработчикам использовать существующие библиотеки и кодовые базы для создания веб-приложений с высокой производительностью.
• Wasmtime. Это независимое исполняемое окружение для WebAssembly, которое поддерживает как JIT, так и AOT компиляцию. Wasmtime предлагает гибкость выбора движка компиляции и обеспечивает высокую производительность выполнения.
• WebAssembly Studio. Это онлайн IDE для разработки приложений на WebAssembly. Она позволяет пользователям писать код на различных языках (C/C++, Rust), компилировать его в Wasm и тестировать прямо в браузере.
• Binaryen. Это инструментальная инфраструктура для оптимизации WebAssembly кода. Он предоставляет различные оптимизационные проходы и инструменты для улучшения производительности приложений.

Wasm становится все более популярным среди разработчиков благодаря своим многочисленным преимуществам. Давайте резюмируем их прежде чем перейдем к обзору ограничений.

• WebAssembly позволяет выполнять код почти с нативной скоростью. Это особенно важно для ресурсоемких приложений, таких как игры или графические редакторы. Например, тесты показывают, что приложения на Wasm могут быть до 20 раз быстрее ^[11] JavaScript в некоторых сценариях обработки данных. В браузере Firefox WebAssembly выполняется в 2,4 раза быстрее, чем в Chrome, и в 8,7 раз быстрее, чем в Edge по сравнению с JavaScript в аналогичных условиях.
• Код, написанный для WebAssembly, может работать в любом современном браузере (Chrome, Firefox, Safari и Edge), что делает его универсальным решением для веб-разработки.
• WebAssembly позволяет компилировать код из популярных языков. Это открывает новые возможности для разработчиков, позволяя им использовать языки, с которыми они знакомы и которые лучше подходят для определенных задач.
• Код WebAssembly выполняется в песочнице, что обеспечивает дополнительный уровень безопасности. Это минимизирует риски уязвимостей при выполнении скриптов в браузере.
• WebAssembly и JavaScript могут взаимодействовать друг с другом. Это позволяет разработчикам использовать преимущества обоих языков: производительность Wasm для тяжелых вычислений и гибкость JavaScript для управления интерфейсом.

Несмотря на свои преимущества, WebAssembly также сталкивается с рядом ограничений. Одно из них — дебаггинг. Отладка кода на WebAssembly может быть сложнее по сравнению с JavaScript. Инструменты отладки еще не так развиты, поэтому может потребоваться больше времени и усилий для выявления ошибок в коде.

WebAssembly также не имеет (по крайней мере, пока) прямого доступа к объектной модели документа (DOM) браузера. Это означает, что придется использовать JavaScript для манипуляций DOM-элементами и взаимодействия с интерфейсом пользователя. А это может усложнить архитектуру приложения.

Хотя экосистема WebAssembly активно развивается, она все еще не так обширна, как экосистема того же JavaScript. Некоторые библиотеки и фреймворки могут не поддерживать Wasm или требовать дополнительных усилий для интеграции.

Наконец, модули WebAssembly могут увеличивать общий размер загружаемых файлов по сравнению с чистым JavaScript-кодом. Это может негативно сказаться на времени загрузки страницы.

Wasm продолжает развиваться и открывает новые горизонты для разработки приложений. Рассмотрим, как он будет развиваться в ближайшие годы.

Как Wasm развивается и чего мы можем ожидать

В 2025 году WebAssembly ожидает ряд изменений. Одно из ключевых направлений — поддержка WASI (WebAssembly System Interface). Она позволит запускать Wasm вне браузера, включая серверные ^[12] и облачные решения.

Ожидается, что WASI Preview 2 будет выпущен в ближайшее время. Это даст возможность использовать WebAssembly в более широком контексте, включая бессерверные архитектуры и контейнеризацию.

Также стоит отметить, что WebAssembly активно используется в области искусственного интеллекта ^[13]. Например, Google Meet использовал Wasm для обработки размытия фона во время видеозвонков. В 2025 году многие ожидают расширения применения Wasm в AI-технологиях. Это позволит создавать более интерактивные приложения с использованием динамического контента.

Кроме того, внедрение сборки мусора и других новых функций, таких как многопоточность и доступ к графическим процессорам ^[14] (GPU), значительно улучшит производительность и возможности WebAssembly. Это сделает Wasm более привлекательным для разработчиков, работающих с высокопроизводительными приложениями.

Прогнозы по внедрению в энтерпрайз и массовую разработку

Согласно текущим тенденциям, использование WebAssembly в энтерпрайз-секторе будет расти. Ожидается, что компании начнут активно внедрять Wasm для создания сложных корпоративных приложений благодаря его высокой производительности и кроссплатформенности. Например, уже сейчас многие организации используют Wasm для оптимизации своих веб-приложений и повышения скорости загрузки страниц.

Предполагается, что в 2025 году доля пользователей WebAssembly вырастет до 10-15% от общего числа пользователей браузеров. В настоящее время WebAssembly используется на более чем 3% сайтов в браузере Chrome, а с учетом других браузеров эта цифра будет выше. Также ожидается рост числа языков программирования, которые будут поддерживать компиляцию в Wasm.

С развитием экосистемы WebAssembly можно ожидать появления новых инструментов и библиотек, которые упростят разработку приложений на Wasm. Это позволит разработчикам быстрее интегрировать WebAssembly в свои проекты и использовать его преимущества без значительных затрат времени на обучение ^[15].