WebAssembly,Shared Memory在 EDGE 中的应用

原文:Improved JavaScript performance, WebAssembly, and Shared Memory in Microsoft Edge

Javascript 的运行表现是有关 web 的一个永恒的话题。每一个版本的 EDGE 发布之后,我们都会根据用户反馈和反馈数据来提升 Chakra 引擎的性能以使其可以为用户提供更好的体验。

在这篇文章中,我们将会介绍一些 Windows 10 Creators Update 版本系统中新引入的 Edge 特性,还有一些供开发者使用的实验性功能:WebAssemblyShared Memory 以及 Atomics

底层:Javascript 效率的提升

通过 re-defering 节省内存

在早些时候的 IE 浏览器中,Chakra 已经引入了延迟解析[1]功能,后来又将该功能从函数扩展到事件句柄[2]。对于某些函数或者句柄,Chakra 会在语法错误检查时就先对其进行轻量级的解析,而后暂缓对其进行后续的代码生成等工作,直至该函数第一次被调用。通过这种方法不仅可以提升页面解析的速度,同时也可以节省不必要的内存损耗,不必花费更多的时间和空间去处理那些没有使用到的函数。在Creators Update 版本的更新中,Chakra进一步优化了这一功能,称之为 re-defering

re-defering 的设计思想十分简单:对于那些 Chakra 认为不会再执行的函数,Chakra 会将其在预编译之后新产生的那部分数据空间释放,将其恢复到预编译状态。具体示例如图

这种方式需要对哪些函数可以回收哪些函数不能回收进行精细的判断,否则 Chakra 就有可能花费大量的重复工作。Chakra 采用的策略是每进行 N 次 GC,便对函数调用次数进行一次检查,在这N 次 GC 过程中没有被调用过的函数将会被 re-defer,N 的数值会根据内存状况更改

优化 Heap arguments 对象

当一个函数使用到 arguments 对象时,Chakra 便会在内存中创建一个 "heap arguments" 对象。在 Creators Update 版本中,对这种情况进行了优化,对于那些只有入参的函数,Chakra 将不会为其创建 "Heap arguments" 对象。
具体示例如下

// no writes to formals (a & b) therefore heap args can be optimized away
function plus(a, b) {
  if (arguments.length == 2) {
      return a + b; 
  }
}

WebAssembly

WebAssembly 是一种新兴的,轻便的,高效的 Web 二进制格式。它的目的是为了在 Web 端提供一套类似客户机的服务,使Web 可以运行诸如游戏,多媒体等富客户端操作。
Edge 在 Creators Update 版本之后开始支持最新推出的 MVP 格式,这是一种新的 WebAssembly 格式。用户可以在 about:flags 页面中设置 “Enable experimental JavaScript features” 来开启这些实验性质的功能。
在底层,WebAssembly 函数在调用时才会被解析和编译。这种策略会大大增加 WebAssembly 在加载时的速度

Shared Memory & Atomics

Javascript 目前为止都是运行在单线程下,但是随着web应用的越来越复杂,Web 操作也需要分散开来执行以充分利用硬件功能

Web Worker 的出现使得web 应用并行成为可能。Web Worker 之间的通信开始是通过 postMessage 来实现的,后来又添加了Transferable object 方式。随着 ES2017 的公布, Edge 也对Shared Memory & Atomics添加了支持,以提高 web 的并行能力。

SharedArrayBuffer 本质上是一个在线程间共享的 ArrayBuffer。它允许 Worker 在同一块内存空间上工作,并且保证一个 Worker 在 SharedArrayBuffer 上进行的修改能够被另一个 Worker 知道。只要Worker 操作的是 SharedArrayBuffer 的不同区域,SharedArrayBuffer 就是线程安全的

但是如何保证SharedArrayBuffer 的线程安全呢,Atomics 就是为开发者提供这样一套功能。下面是一个使用 Web 构建的生产者消费者的例子

// UI thread
var sab = new SharedArrayBuffer(Int32Array.BYTES_PER_ELEMENT * 1000);
var i32 = new Int32Array(sab);
producer.postMessage(i32);
consumer.postMessage(i32);
 
// producer.js – a worker that keeps producing non-zero data
onmessage = ev => {
  let i32 = ev.data;
  let i = 0;
  while (true) {
    let curr = Atomics.load(i32, i);             // load i32[i]
    if (curr != 0) Atomics.wait(i32, i, curr);   // wait till i32[i] != curr
    Atomics.store(i32, i, produceNonZero());     // store in i32[i]
    Atomics.wake(i32, i, 1);                     // wake 1 thread waiting on i32[i]
    i = (i + 1) % i32.length;
  }
}
 
// consumer.js – a worker that keeps consuming and replacing data with 0
onmessage = ev => {
  let i32 = ev.data;
  let i = 0;
  while (true) {
    Atomics.wait(i32, i, 0);                     // wait till i32[i] != 0
    consumeNonZero(Atomics.exchange(i32, i, 0)); // exchange value of i32[i] with 0
    Atomics.wake(i32, i, 1);                     // wake 1 thread waiting on i32[i]
    i = (i + 1) % i32.length;
  }
}

随着 Web 端技术的发展 SharedArrayBuffer 会在 WebAssembly 中扮演越来越重要的位置

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