WebAssembly とは何ですか?何に使用されますか?

WebAssembly を理解する

WebAssembly (WASM) は、プログラミング言語の移植可能なコンパイル ターゲットとして設計された低レベルのバイナリ命令形式です。電子商取引 Web サイト開発サービス (https://expert-soft.com/services/ecommerce-web-development/) を求める企業にとって、WASM は強力な技術機能を提供します。コードのユニバーサル トランスレーターのようなものと考えてください。これにより、開発者は Web ブラウザー上でネイティブに近い速度で高性能アプリケーションを実行できるようになります。これは伝統的な意味でのプログラミング言語ではなく、さまざまなプログラミング言語と Web 環境の間のギャップを埋めるコンパクトで効率的な形式です。

WASM の仕組み

WebAssembly の Web プログラミングに対する革新的なアプローチを理解するには、その基本原理と動作メカニズムを理解することが不可欠です。この革新的なテクノロジーは Web 開発における大きな飛躍を表し、前例のないパフォーマンスとクロスプラットフォーム互換性を提供します。

WebAssembly は、Web 環境で複雑な計算タスクを実行する方法を根本的に変革します。開発者が複数の高級プログラミング言語のコードを超効率的なバイナリ形式にコンパイルできるようにすることで、高度なアプリケーションを Web ブラウザーで直接、驚くべき速度と効率で実行できるユニバーサル実行プラットフォームを作成します。

WebAssembly が登場する前は、JavaScript が Web ブラウザーでサポートされる唯一のプログラミング言語でした。ただし、WASM は JavaScript を置き換えることを目的としたものではなく、むしろその機能を強化することを目的としています。このテクノロジーは、ビデオ編集、ゲーム開発、複雑な設計アプリケーションなど、計算量が多いシナリオにおける JavaScript のパフォーマンス制限に特に対処します。

WebAssembly 実行モデル: 詳細な内訳

- コンパイル プロセス。
開発者は、C、Rust、またはその他の互換性のある高級プログラミング言語などの言語でコードを記述することから始めます。 Emscripten などの特殊な WASM コンパイラを使用して、このソース コードをコンパクトで高度に最適化されたバイトコードに変換します。このバイトコードは、高レベルのプログラミング構造とマシン実行可能命令の間のギャップを埋める中間形式を表します。

- モジュールのロードと実行。
Web ページに WebAssembly モジュールが組み込まれている場合、ブラウザは高度な読み込みメカニズムを開始します。 WASM エンジンは、コンパイルされたモジュールを取得し、そのバイトコードを、基礎となるハードウェア アーキテクチャによって直接実行できるネイティブ マシン コードに動的に変換します。

- ジャストインタイム (JIT) コンパイル。
技術 WebAssembly は、コード実行をリアルタイムで最適化するインテリジェントなジャストインタイム コンパイル戦略を採用しています。 WASM は、必要なときに正確にコードをコンパイルし、特定のデバイスとプラットフォームに合わせてコンパイルを調整することにより、ネイティブに近いパフォーマンス レベルを達成します。このアプローチにより、複雑な Web ベースのゲームやマルチメディア ツールなど、リソースを大量に消費するアプリケーションに非常に適しています。

WebAssembly の主要なアーキテクチャ コンポーネント

- モジュール: コンパイルの基礎
WASM モジュールは、ブラウザによって実行される実行可能なマシン コードへのコンパイルされたバイナリ変換を表します。ステートレスな性質を特徴としており、Blob オブジェクトと顕著な類似点を共有しており、postMessage() を通じてさまざまなウィンドウや Web ワーカー間で明示的に共有できるようになります。 ECMAScript モジュールと同様に、WebAssembly モジュールは堅牢なインポートおよびエクスポート メカニズムを備えており、シームレスな統合とモジュール式コード設計を容易にします。

- メモリ: 動的バイト管理
WebAssembly のメモリは、動的にサイズ変更可能な ArrayBuffer として機能し、線形バイト配列として機能します。この低レベルのメモリ アクセス メカニズムにより、WebAssembly は特殊な命令を通じてバイトの読み書きが可能になり、メモリ管理とデータ操作に対する前例のない制御が可能になります。

- テーブル: 参照管理
テーブルは、メモリに生のバイトとして直接保存できない参照を保存するために特別に設計された、洗練されたサイズ変更可能な型付き配列を表します。このアーキテクチャ設計により、安全性と移植性が強化され、メモリの直接操作に固有の潜在的なセキュリティ脆弱性が防止されます。

- インスタンス: ランタイム実行コンテキスト
インスタンスは、モジュールとその包括的な実行時状態の融合から生成されます。これには、関連するメモリ、テーブル、およびインポートされた値のセットが含まれます。概念的には、インスタンスは、事前定義されたインポートのセットを使用して特定のグローバル コンテキストにロードされた ECMAScript モジュールをミラーリングし、完全な実行可能環境を作成します。

スタックマシンの仕組み
WebAssembly は、中核としてスタック マシンとして動作し、高度な命令セット アーキテクチャ (ISA) を実装します。この設計により、ループ管理、算術演算、メモリ アクセス メカニズムなどの計算プロセスの正確な制御が可能になります。スタック マシン パラダイムは、さまざまなハードウェア環境にわたって複雑な計算タスクを実行するための標準化された効率的な方法を提供し、一貫したパフォーマンスと予測可能な動作を保証します。

WebAssembly の使用例

ウェブブラウザ
最新の Web ブラウザは WASM を採用しており、より複雑でパフォーマンス重視の Web アプリケーションが可能になっています。高度な写真エディターから洗練されたデータ視覚化ツールまで、WebAssembly は Web ブラウザーでできることの限界を押し広げています。
より具体的な例:

1.高度な写真編集
従来、写真編集には Photoshop などのデスクトップ アプリケーションが必要でした。 WebAssembly を使用すると、複雑な画像処理をブラウザ内で直接実行できるようになります。例:

• リアルタイム画像フィルター
• ピクセルレベルの操作
• 高度な色補正 複雑な画像の圧縮と解凍 重要な動きとして、業界をリードする画像編集ソフトウェアである Adob​​e Photoshop は、WebAssembly の採用により Web への適用範囲を拡大しました。

2.データの視覚化
WASM は、信じられないほど複雑なデータ視覚化ツールを可能にします:

• インタラクティブな 3D データ モデル
• リアルタイムのデータ処理とレンダリング
• 複雑な科学的および財務的な視覚化
• 機械学習を活用したデータの洞察 例としては、Tableau や D3.js などのツールが挙げられ、これまでにない速度と対話性で大規模なデータセットを処理できるようになりました。

ゲーム開発
ゲーム業界は WebAssembly をいち早く採用してきました。複雑なゲーム エンジンをパフォーマンスの損失を最小限に抑えて Web プラットフォームに移植できるようになり、ハイエンドのゲーム エクスペリエンスを Web ブラウザに直接提供できます。大規模なアプリケーションをダウンロードせずに、コンソール品質のゲームをプレイできることを想像してみてください!
実際の例には次のようなものがあります:

• Doom 3 がブラウザに移植されました
• WebAssembly を使用した Unity の WebGL エクスポート

科学技術コンピューティング
激しい数値計算を必要とする科学的および計算的タスクには、WebAssembly が理想的なソリューションを提供します。複雑な数学モデル、シミュレーション ソフトウェア、データ分析ツールを Web 環境で効率的に実行できるようになりました。
実用的な例:

• ブラウザーでの MATLAB のような計算環境
• WebAssembly を利用した計算を備えた Jupyter Notebook
• クライアント側で実行される複雑な物理シミュレーション
• サーバー側の処理を行わない機械学習モデルの予測。

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