WebAssembly系列2-为什么我们需要WebAssembly—采访Brendan Eich

     在2015.06.17， JavaScript之父Brendan Eich宣布了一个新项目：将新的底层功能（low level primitives）带入web中[1]， 这将使在浏览器或其他JavaScript环境中采用类似于C & C++等语言编写的项目的编译更加容易。如果是第一次听到这个想法，可参见阅读"What is WebAssembly”的基本描述[3]。

    WebAssembly团队包括来自Google, Microsoft, Mozilla, Apple, 以及W3C WebAssembly Community Group（社区团体）的成员。

    这份声明使web开发界猜测WebAssembly可能会如何影响到JavaScript的未来, Eric Elliott（下面简称EE）采访了Brendan Eich（下面简称BE）.

  EE: 最近，你在博客中宣布将开始WebAssembly新项目，基本上就是一个web汇编语言，一个底层编译目标。 能否讲下它是做什么的，背后的动机是什么。

  BE: 这在某种程度上是从ASM.js就开始的一个持续过程。ASM.js是JavaScript的一个子集，没有对象, 没有垃圾回收, 没有JIT编译器中断(just in time compiler pauses)。它的目标是C/C++—JavaScript的一个静态类型子集。这已经由Mozilla以及大型游戏厂商, Epic Games公司的Unreal引擎以及Unity公司的Unity引擎和IDE演示过了。 

    这样，大量的游戏就可以用自己的引擎来发布，市场上有Unreal引擎3和Unreal引擎4, 而基于Unity 5建立的游戏是用另外一种指令集作为JavaScript的目标。

    这些游戏过去可能瞄向PS4、XBox和PC。现在他们也可以利用WebGL、ASM.js、web音频与其他重要的APIs、平板游戏APIs、全屏APIs等瞄向web。

    当我在Mozilla公司的时候，ASM.js就取得了非凡的成功，现在已经转向了微软。我记得几年前与Anders Hejlsberg和Steve Lucco谈论过，Anders是做C#和.NET，Steve带领Chakra团队。他们都非常感兴趣，Edge开始支持ASM.js，通过在线优化达到好的性能，就像Mozilla对模块优化所做的那样。

    其实，我认为这是对Native Client的最后一击，或者说，是对真正可移植的原生Client（Portable Native Client：PNaCl）的最后一击。PNaCl是Google唯一可以将浏览器中的C & C++编译为安全原生Client的版本，但从来没有在Chrome中完全发挥出作用。对一些Google属性来说它放在白名单中，我认为Google+有一个图形编辑器。

    随着时间发展，完全原生client不会扩展到其他浏览器上，如果打算做的话将有很长的道路要走。尽管ASM.js起初没有线程，没有锁，没有原生代码中需要的大量功能：没有SIMD (single instruction, multiple data: 单指令多数据)，没有现代CPUs中包含的向量单元（vector unit）的短向量内联函数(short vector intrinsics for vector units)。

    的确，JavaScript之前没有这些功能，但现在情况正在变化。SIMD已经在Firefox支持，V8将支持，Intel已经在他们的V8版本中有一个实现，Crosswalk支持，而且Microsoft宣布将在Chakra中支持SIMD。

    （译者注：Chakra JavaScript引擎支持微软Edge浏览器以及Windows 10中使用HTML/CSS/JS编写的应用。）

    假设web停滞，虽然这个假定不好，我认为之前的PNaCl和Dart等项目是个错误。它们都假定JavaScript能力不够，不能改善，因此他们必须要做一些事情，因此有了第二套系统，或第三套系统增加到了浏览器中，然而没有完全融入到Chrome中。

    这里我并非沾沾自喜，实际情况是我们需要渐进式发展。所有的浏览器必须小步前进。这真的是Firefox与Chrome在浏览器竞争中的一个功能-Firefox领先。当然情况也会发生变化，2000年之前IE达到95%的市场份额，Microsoft没有再投资web，而是投向了.NET和Windows Presentation Foundation（译者注：Windows Presentation Foundation (WPF) 的首要目标在于协助开发人员建立吸引人又有效率的用户界面）。

    无论如何不能总是看历史，ASM.js的持续发展是wasm，这非常重要，理由是一旦ASM.js跨入其他浏览器，情况就越来越清晰，它会跨入所有的浏览器。

    然而，JavaScript，甚至JavaScript的子集ASM.js都没有SIMD、线程、共享内存和其他基础功能（primitives）。对于ASM.js仍然需要解析JavaScript，但它只是一个子集。你可以对该子集运行一个专门的解析器，这又是一项维护琐事，因为现在有了两个解析器，一个解析器用于完整的JavaScript语言，另一个解析器用于JS子集ASM.js。

    这样将面临代价很高的解析问题，但可以用一个更加高效的，压缩的抽象语法树（abstract syntax tree：AST），这就是WebAssembly的目的。

    当人们被问到web上的字节码(bytecode)，就认为是Java字节码。我认为微软和其他地方的研究人员已经表明那不是他们想要的，在许多地方都很令人难受，AST编码就好的多。

    首先，WebAssembly开始就像ASM.js一样，但是用一个压缩的语法，一个二进制语法。但是一旦所有的浏览器支持了wasm和ASM.js，然后在一些浏览器版本更新后，就可以开始增加更多的无需添加到JavaScript的语义（semantics）到wasm中。

    实际上可以在JavaScript和wasm都添加，因为是同一个引擎(1vm)，但有一些不想放入JavaScript的功能就可以放入wasm，这样可以利用C++或Haskell等语言的优点。有大量的语言都可以编译为wasm。

  EE: 可以举一些例子吗?

  BE: 好，这都在GitHub中有写到, 就是将共享内存数组buffers要让多线程游戏交叉编译，这是对JavaScript施加的一个压力，因为这花费了最多的时间，我们不想要JavaScript中的竞争条件 — 它总是在一个BUG很多的脆弱进程中。这是一个我们想要放到WebAssembly中的一个例子，如果我们可以选择的话。

    沿着这个思路，还有很多类似的功能，例如零花费异常(zero cost exception)在JavaScript中可能没有意义，这些功能需要一些编译器和runtime聪明一些，但他们对于C++和Swift是有意义的。

    另一个例子是call/cc (call-with-current-continuation)。Call/cc是非常强大的一个工具，它对JavaScript引擎的实现和安全风险都提出了挑战。

    还有一些非本地函数的gotos，可以调用一个continuation进入到另外一个栈。所以这些是不同于ES6 generators中本地、受限的continuations。它们是更深的continuation。所以call/cc可以放入wasm，放入同时能够处理wasm与JavaScript的引擎。这是可以想象到的。它不必进入JavaScript语言但可以成为WebAssembly语法，同时不影响之前的JavaScript语言。

  EE: 说到这里，那wasm是否存在安全风险需要仔细考虑呢?

  BE: 因为它开始与ASM.js共存，因此不会增加任何新的安全风险，但可能在1-2年后开始新的分支，那时就需要查看所有扩展的安全属性。这是一项新的挑战，这也是Google做native client成员思考最多的，他们在这个领域的知识将非常有帮助。

     我们正在努力消除PNaCl和Emscripten在使用C++和LLVM编译器中那些不确定的行为。从硬件向上查到C++规范，存在大量不确定行为，这不利于安全。

    JavaScript已经远远超过规范中那些内容，将努力比其他语言更安全。对于WebAssembly，需要做的比JavaScript还要多。

  EE: 在register中有一条有意思的头条新闻：你是否正试图杀死JavaScript? 事实的真相是什么呢？

  BE: [笑] 不, 我是实用主义者。我不是有经验的C/C++ hacker，这是一个大系统，大家都在努力, 但也面临着web上的兼容性约束。

    你不能违反web，不能了却往事从头开始。任何想要尝试这样做的人都将失败。

    甚至当你看移动设备上的原生应用时，用户界面与图片都有相当成熟的原生语言和工具包，但还是有大量的web，存在大量的hybrid apps。

    Facebook仍然在使用web views。所有的大型应用，Amazon, Pinterest等等都在使用web views。有大量的web应用是很愚蠢地使用native表示层而不是HTML编写，这纯粹是重复发明轮子。所以web仍然是非常非常重要的，它也是盈利最多的平台。

    智能手机已经到处都是。在几年之内，地球上几乎每个成年人都将人手一部智能手机，这是非常巨大的一个量级，但这并不真正意味着智能手机就是一台PC, 它更多的仍然是一个消费级设备。不像你现在正在坐着，输入信息，从事研究，更深入地购物。

    所以杀死JavaScript是不可行的，我正在做的是对真正的ASM.js的工程问题做出响应。从Epic公司的Unity引擎加载一个大的游戏会花20-30秒，这太长了。利用压缩的抽象语法树编码将快20倍，仅需要几秒钟。所以对wasm是有真正的需求，这是个有效需求。

    Wasm帮助JS赢得胜利，它不仅仅是原生代码编译的胜利。最终所有的浏览器和webviews都将支持wasm语法来服务于编译目标主人，并释放JavaScript以便它可以服务于JavaScript主人。

    JavaScript曾经有过分房子阶段，但长期来说是不可行的。就像我说的，即使共享数组buffer延伸，那也只是对JavaScript做的一点点延伸，如果可以让wasm做C++想要做的一些外部工作，而不需要想各种办法将这些不安全的事情放入JavaScript，将可以极大缓解JavaScript的压力。

      所以，提升解析性能而不是服务于两个masters，才是做wasm的真正原因。我们并非是杀死JavaScript，我认为不可能杀死JavaScript。

               “天没有塌下来.”

      EE: 这对于担心JavaScript被杀死的许多人是个好消息。实际上，这是我在互联网上看到的对wasm声明最多的反应，人们害怕天正在塌下来。我想我们可以说天没有塌下来, JavaScript仍然会坚守一段时间。

      BE: 我认为即使JavaScript有特权地位，wasm真正能够开始作为类似于C++等静态语言的目标，我们在未来将垃圾回收、JIT编译等扩展功能放入wasm中还需要一段时间，动态语言执行良好所需要的一些特性也还需要一段时间。

    与此同时，Google里的成员正在做Dart编译器，他们就是在坚守JavaScript，因为当你不是在checked模式下编译时，Dart代码就是真正的动态代码-它需要JavaScript的JITs (Just In Time即时编译)，它需要多种形式的内联缓存以及其他优化。 

    理论上， 我们会将Dart中的大整数/大数放入JavaScript，这是在未来的ECMAScript的日程中。我认为JavaScript将长期存在。真的很难说在哪一个点上我们会在浏览器中放弃内嵌的JavaScript，而只使用内嵌高级语言。 

      EE: 回到上世纪90年代，我自己写了大量的C/C++代码。我是在demoscene环境中长大的，我不知道你是否熟悉，但我们基本上是在构建艺术型应用，类似于依靠实际代码运行而不是事先录制好视频的电影。我们不再使用汇编语言来做视频处理，或处理大量数据等工作。你是将wasm视为人们构建这些应用的有效工具吗？

    （译者注：Demoscene 是一种计算机亚文化，高手们通过编程展现出炫丽的实时动画音乐场景。主要技术是实时计算机图形学。）

     BE: 是的。应当指出JavaScript将有SIMD。回到10年前Mozilla公司的Vladimir Vukićević 最早开始做的WebGL，然后进入到Khronos Group行业协会，WebGL作为基础的一部分可以支持大型游戏公司Epic, Unity等等的业务，这真的是太棒了。

     但那只是基于OpenGL ES, OpenGL的移动profile。在WebGL 2中那只是从OpenGL ES2提升到3，所以你看看桌面GPUs, 它们可以做更多的事情。Wasm将会用OpenGL 4，最新的，最棒的桌面，有很炫的额外阴影，瞄向所有令人疯狂的Nvidia GPUs。

    这些GPUs未来可能会慢慢进入移动设备，但这会花很长时间。不论WebGL发生什么，接下来几年我们对于wasm有一个选择， 就是要能够更快的编程，包括那些高级GPUs.

    EE: 谁在做这件事? 我知道你已经在你的博客中提到有来自Microsoft和Google的员工在工作，都有谁在做，我们能够看到的支持来自哪里?

    BE: 对我来说这很难，因为我是发布了声明，但我不属于其他公司，你可能已经注意到，公司不能将其名称租借出去，但这通常是由于协议延迟。这没什么困难，主角就是从事WebKit， JavaScriptCore的人们, Filip Pizlo这个名字在GitHub库中非常活跃(WebAssembly GitHub账号)。

    Filip为Apple工作。其他公司还有Microsoft, Mozilla, 和Google。

    Mozilla利用ASM.js走在前列，Google的成员们利用PNaCl，都在解决大量的相同问题和不确定行为，思考ASM.js当前还不支持的更高级特性，例如在做共享数组buffer之前需要实现动态链接和线程。

    我认为在某个时间点上可以解决这些问题。我认为在Hacker News上许多人认为我是个超级极客（big jerk）， 因为不知怎么回事，从我在Mozilla的骷髅王冠开始， 我就极力从思想上控制业界的每个人阻止PNaCl进入其他浏览器，或者说如果我只是将它放在Mozilla (以非常大的代价) 那么其他人就会跟随，因为如果Mozilla和Google做某件事，那么其他人也必须做这件事。 不是这样的，可看看WebM。

    （译者注：WebM项目是一个使用BSD许可证的开源项目。它采用了On2 Technologies开发的VP8及其后续版本VP9视频编解码器和Xiph.Org基金会开发的Vorbis音频编解码器，使用的封装格式则以Matroska格式为基础。WebM项目是在2010年的Google I/O会议上发布的，之后宣布将会支持WebM的厂商有Mozilla、Opera和Google等。但WebM与H.264之间存在激烈的竞争。）

      所以我认为那些不面对现实的人们有许多抱怨。事实是PNaCl不会跨浏览器，但许多工作是基于LLVM的。在我们做ASM.js之前PNaCl就已经开始了，所以这是相当完美的联姻。最初还认为是多灾多难，但实际上它已经让之前从事ASM.js和PNaCl的人们转向从事WebAssembly工作。

     EE: 假定大家都支持这件事, 那么什么时候我们可以看到浏览器内嵌支持wasm呢?

     BE: 我不清楚。他们必须建立一个原型或者可以继续发展的某项工作，因为我们从JavaScript和HTML学习到的一件事就是，不要做大量的硬版本（hard version）。你可以通过对象检测，特性检测等工作来检验自己的想法，或使用一些自动化配置测试工具，编写防御性的代码使得退回去更优雅一些。

    所以在几年之后，当wasm 2018内部包含了call/cc, 可能一些其他语言就运气不佳，但如果它也有诸如零花费异常等高级特性，那你就可能想要在浏览器中利用不带零花费异常功能的wasm 2017运行，尽管可能你会遭受到异常调用的严重影响。但这也许可以。

    从JavaScript编程来讲有一些非常重要，在8年前使用ES4时我们已经将mimetype versioning戏称为1JS. 在RFC 4329中，Bjoern Hoehrmann将JavaScript写为`<script type=”application/ecmascript”>` 。他说有一个version参数，但没有说version有哪些值， (但不能忽略这个参数），于是人们总是得到错误的versions，错误的mimetypes或没有任何mimetype的script标签。

    version locking的整个思路是失败的， 而且我认为在其他runtime系统中使用它通常就是个问题。在接下来几个月里，我期望他们可以对抽象语法树编码性能感到满意，权衡编码与解码效率，这里解码是最重要的。他们对如何扩展语法会有好的想法。

     接下来，他们可以开始每天晚上运行。我期望某个时间点 — 我想是到明年 — 但这完全是个猜测，我没有可透视未来的魔幻水晶球。但我们将会开始看到，支持wasm的浏览器至少每天晚上都会运行，也可能会在这个秋季实现。

    社团人们将很快开始考虑语法的标准化。有一件事使得这件很紧迫的工作显得不那么紧迫，那就是已经有一个polyfill — 实际上就是一个库— 一个JavaScript版本的解码器，这个解码器可以将二进制代码变回到ASM.js， 可作为抽象语法树的原型。

    即使现在JavaScript已经有软件实现的wasm，但不必提交成为正式的语法。在现代HTML5时代，web标准的关键是不断迭代，不要去做一些宏大的10年的规范，希望事情马上就尘埃落定，就像ES4曾经做过大的重构, ES6也是有大量变化，唯一拯救它的就是在真正的引擎中做增量式原型。

    HTML5就是一个庞大、多年的version，最终打了一个巨大的版本戳5，但实际上在任何人声称已经完成之前又过去了很多年。

     EE: 你刚才提到了一个原型, 那现在是否可以下载，试用？

     BE: 可以的。如果通过GitHub账号登录，访问WebAssembly，可以在polyfill-prototype-1下看到一个解码器。我还没有时间，但如果你看看Emscripten，Emscripten将通过一个可选的模式来使用这个polyfill，即JavaScript解码器的库。我想现在可以试验下。

 

     EE: 所有这些都会融入到wasm，那么会像在你的谈话"Taking the High Road and the Low Road"中所说的那样，JavaScript中还会增加一些底层特性吗？ 

     BE: 是的，就像我说的那样，wasm会沿着支持道路走下去，不再需要polyfill，那么就会比ASM.js有更多的表达力，它会有更强大的语义，但这还需要一段时间。

    同时许多人还会深入学习JavaScript，因为人们需要它，即使它不能被编译，人们希望可以手工编码。同时，SIMD，以及libm中的一些功能，例如`Math`对象、内联函数都被提升到高层语言中。如果你曾经编写过C或C++代码，你会看到有许多功能已经增加到ES6中，还有更多的功能已经在排在日程上。 

    我认为我们将仍然是既要走底层道路，同时也要走高层道路，但我认为这可能是按5年时间来算，现在还不需要太担心，如果有一些底层功能只用于编译器，并且可以确信JavaScript手工编程人员不需要，那么就不会增加该功能到JavaScript中，即不需要服务于两个主人。 

     EE: 你认为这会导致大量语言被碎片化，或者说差异化(diversity)，区别是什么? 这是件好事还是坏事? 许多人好像很困惑。 

     BE: 我认为JavaScript已经成为浏览器中唯一的动态语言，但wasm可以支持许多编译语言，也就是静态语言—尤其是使用LLVM的语言。微软有自己的编译器，所以他们会通过另一个编译器框架支持wasm，但这非常棒。越多越好。 

     当然，GCC或类似的编译器都可以生成wasm，但我认为动态语言，例如Dart, Ruby, Python, 甚至JavaScript — 都会需要我前面提到的一些扩展, 例如垃圾回收钩子、JIT支持等等，否则它们将没有竞争力。 

     有好的先例，JVM经过多年的成长，感谢John Rose加入了类似于`invokedynamic` 以及其他钩子用于JIT编译优化,，例如多种形式的内联缓存, 所以JVM实际上是一个可信赖的动态语言平台。 

     所有这些运行时(runtime)都已经变成了通晓多种语言的虚拟机—JavaScript VMs. Java还没有死，就是因为JVM现在支持Clojure, Scala以及其他语言。我们几乎是在编程语言的第二个黄金年代，你知道，现在有Rust, Haskell, Idris, 以及其他语言。 

     我想说的是越多越好. 那不会成为巴别塔(the tower of Babel)，因为我认为不论是现在和未来，JavaScript都将成为浏览器的通用语言（the lingua franca of the browser）。如果你正在编写前端代码，或者当你描绘轮廓时在非关键路径上做的其他事情。

     但如果你真的想把这些映射为3d游戏, 或者一些超级复杂的计算机视觉内核算法, 那么你可能要用C++或其他语言编译成wasm, 也许5年后, 如果人们对可编译为wasm的语言充满热情, 那么这门语言地位就会上升, 我认为这不是个问题, 这只是大都市生活的一部分. 

     EE: 也就是说你最终想要看到的是JavaScript语言消失, 如果有更好的语言出现的话? 

     BE: 再重复一遍，我没有预测它会如何被杀死，因为web上所有的内容都必须在浏览器内运行，wasm中实现一个能够像V8那样快速运行的JavaScript runtime将是对工程师的一个真正挑战。但沿着这条路走下去，如果过了很多年某个人做到了，那么就可以让JavaScript成为n个wasm实现语言的一种。

     但JavaScript语言在web中仍然有神奇的立足点。而且它还在不断发展，因为我们仍然在努力使JavaScript成为手工编码人员更好的语言，所以它不会停滞不前。人们对ES6的评价是：这不是之前的JavaScript了，现在非常棒。

     再次，没有可透视未来的魔幻水晶球，我只是认为很难让JavaScript语言消失。我不会去杀死JavaScript语言。当人们不再需要JavaScript时，其寿命自然会终止，如果人们发现其他语言更好，如果继续沿着这条路走, 经过许多次的更新迭代, 人们不担心嵌入到浏览器中的是JavaScript语言, 那么我会说“que sera sera.”（法语: 该来的总会来）

     我认为, 那些想让JavaScript语言消失的人是因为他们对它由于某些原因而抱有敌意, 他们将会失望而归，JavaScript语言不会消失。

     这对于JavaScript和其他语言来说实际上是件好事。不要假设时间会停滞，我认为wasm将会包含越来越多其他语言的特性，也包括JavaScript语言的特性。 

     这是各方都能够赢的实例，这确实满足了web业界每一家的利益, 无论是Apple, Google, Microsoft, 还是Mozilla。

     现在要做的是聚焦增量式提升，而不是偏离现实太远。类似于ES4, PNaCl, Dart, XHTML的工作都将回退到以往的日子。所有那些试图以自己公司宏大计划模式来重建web的大碰撞将不会再起作用。

     所以现在我们这些人一起合作，解决这些小的碰撞，我们应当会看到一系列的小碰撞将会产生非常大的累积效果。

 译者注：最后附上一页Brendan Eich在Modern Web 2015会议上的主旨演讲-JavaScript at 20 Years视频中的最后一页，Alaways bet on JS（永远赌JS赢）:

    

后记：[6]中Brendan Eich于2013就已经指出Web就是游戏平台（The Web is the Game Platform），许多技术用于加速Web端的游戏开发，包括asm.js, 一个JavaScript优化技术，纯JS子集目标语言for编译器；Emscripten, 一个C++到JavaScript的编译器；OdinMonkey, SpiderMonkey JavaScript引擎编译器forasm.js源码。与Epic游戏公司创始人和CEO Tim Sweeney对许多事有相同的观点，例如通过C++通过asm.js，JS可下沉作为一种安全的类似汇编的target语言。

这些都表明，游戏产业在拉动和推动Web端JavaScript技术的快速发展。

参考资料：

[1] WebAssembly系列1-从 ASM.JS 到 WebAssembly, http://my.oschina.net/1pei/blog/487683

[2] Why we Need WebAssembly, An Interview with Brendan Eich, Eric Elliott, June 17th, 2015, https://medium.com/javascript-scene/why-we-need-webassembly-an-interview-with-brendan-eich-7fb2a60b0723 

[3] What is WebAssembly? The Dawn of a New Era, Eric Elliott, June 18th, 2015, https://medium.com/javascript-scene/what-is-webassembly-the-dawn-of-a-new-era-61256ec5a8f6

[4] Modern Web 2015, May 15th-16th, 2015, http://modernweb.tw/program.html

[5] WebGL 2 Specification, Editor's Draft 24 July 2015, https://www.khronos.org/registry/webgl/specs/latest/2.0/

[6] The Web is the Game Platform, 29 March, 2013, https://brendaneich.com/2013/03/the-web-is-the-game-platform/