Domine o WebAssembly: Guia Completo com Conceitos, Casos de Uso e Projetos

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Já se questionou sobre os fundamentos e as aplicações práticas do WASM? Se a resposta for não, nós temos o que você precisa.

WebAssembly (WASM) representa uma inovação no mundo da programação, uma linguagem de baixo nível projetada para alcançar um desempenho quase nativo diretamente na web.

Em nosso artigo introdutório, “WebAssembly para Iniciantes – Parte 1”, exploramos o WASM sob uma perspectiva inicial, definindo seus conceitos e limitações. Além disso, analisamos suas características, o roteiro de desenvolvimento e a forma como o JavaScript se integra ao WebAssembly, atuando como complemento e não como rival.

Este artigo aprofundará o tema, explorando os objetivos do WASM, seus principais conceitos e as situações em que ele é mais vantajoso. Também vamos apresentar alguns projetos notáveis que utilizam essa tecnologia.

Vamos começar nossa jornada!

Metas do WebAssembly

Para entender os conceitos centrais do WebAssembly, é fundamental analisar seus objetivos. Estes incluem:

  • Aproveitar ao máximo o hardware disponível, utilizando um formato binário e um tempo de carregamento otimizado para compilação. Simplificando, o WASM emprega uma Árvore de Sintaxe Abstrata (AST) em formato binário, permitindo compilação e execução em velocidades nativas. Essa abordagem possibilita o funcionamento do WASM em diversos dispositivos, como os da Internet das Coisas (IoT), na web e em dispositivos móveis.
  • O WASM não tem como propósito alterar a plataforma web existente, mas sim se integrar de forma harmoniosa com ela. Assim, ele se relaciona bem tanto com as tecnologias web atuais quanto com as mais antigas. Além disso, o WebAssembly trabalha perfeitamente com JavaScript, incluindo execução paralela ou chamadas síncronas de JavaScript.
  • Garantir total compatibilidade com as políticas de segurança de mesma origem e permissões.
  • Permitir que os desenvolvedores criem soluções para implementações independentes do navegador.
  • Disponibilizar ferramentas eficazes para que os desenvolvedores trabalhem com o código-fonte WebAssembly, oferecendo um formato de texto que pode ser editado por humanos.

Fundamentos do WebAssembly

Internamente, o WebAssembly segue uma série de passos:

  • Primeiro, o código é escrito em uma linguagem de tipagem estática com tipos bem definidos.
  • Após a escrita, é gerado um módulo WASM pré-compilado, que é então alimentado ao compilador do mecanismo.
  • Este processo garante que o WASM ignore a análise e esteja pronto para ser renderizado no navegador web.

Os conceitos essenciais do WebAssembly quando executado em um navegador web incluem:

  • Memória: A memória no WebAssembly é gerenciada e manipulada pelas suas instruções de acesso à memória de baixo nível. Tecnicamente, ela consiste em um ArrayBuffer redimensionável, contendo uma matriz de bytes de memória.
  • Módulo: No WebAssembly, o módulo representa o código executável compilado. Devido à sua natureza sem estado, o navegador web compila o Módulo e o compartilha entre diferentes janelas e Web Workers. O Módulo também armazena e declara importações e exportações, além de conter funções, tabelas, tipos, variáveis globais e a Memória.
  • Tabela: A tabela armazena referências e funções utilizando uma matriz digitada redimensionável. Isso dispensa a necessidade de armazenar bytes brutos na memória.
  • Instância: No contexto do WASM, a instância é um módulo durante a execução, com todos os estados associados. Esses estados incluem a Tabela, a Memória e outros conjuntos de valores importados.

Principais conceitos do WASM

Como desenvolvedor web, você pode utilizar a API JavaScript para invocar e manipular módulos, tabelas e instâncias. Adicionalmente, o JavaScript pode ser usado para chamar exportações WASM de forma síncrona dentro das funções JavaScript. Portanto, o JavaScript complementa o WebAssembly de forma eficaz, permitindo que você utilize o WASM para desenvolver aplicativos de alta performance no navegador.

Objetos WASM

Ao trabalhar com o WebAssembly, é importante ter conhecimento dos oito objetos WASM. Estes são:

  • WebAssembly.Global: Representa uma instância de variável global, acessível tanto pelo WebAssembly.Module quanto pelo JavaScript.
  • WebAssembly.Module: Contém o código WASM compilado, que não possui estado.
  • WebAssemly.Instance: É a instância executável do WebAssembly.Module, com estado.
  • WebAssembly.Table: Guarda referências a funções e age como um wrapper para JavaScript.
  • WebAssembly.CompileError: Inclui todos os erros que ocorrem durante a validação e decodificação.
  • WebAssembly.RuntimeError: Lista todos os erros encontrados durante a execução.
  • WebAssembly.LinkError: Contém os erros ocorridos durante a instanciação do módulo.

Casos de uso e projetos WASM

Já sabemos que o WebAssembly oferece um desempenho comparável ao nativo em navegadores web. Para compreender as suas reais aplicações, é fundamental analisar os seus casos de uso. Segue uma lista de alguns exemplos:

O WebAssembly tem aplicações tanto em navegadores quanto fora deles. Por exemplo, dentro de um navegador, é possível utilizá-lo para:

  • Edição de vídeo e áudio, como o projeto ffmpegwasm.
  • Jogos com alto desempenho diretamente no navegador.
  • Visualização científica e simulação.
  • Emulação de plataformas, como DOSBox e MAME.
  • Criptografia.
  • Acesso remoto a áreas de trabalho.
  • Ferramentas para desenvolvedores.

Aplicações Práticas

Em termos gerais, as vantagens do WebAssembly incluem:

  • A capacidade de escrever código mais eficiente, tirando proveito do hardware disponível.
  • A possibilidade de compactação do lado do cliente, resultando em tempos de carregamento mais rápidos e economia de largura de banda. A CPU do cliente é utilizada para compactação e descompactação, aliviando a carga do servidor.
  • A flexibilidade de utilizar diferentes linguagens de programação para desenvolver para a web, além do JavaScript. É possível utilizar Rust, C e C++, por exemplo, para escrever código de alta performance para partes específicas das aplicações web.

Projetos

Em exemplos práticos, vale a pena destacar os seguintes projetos:

  • A Figma melhorou significativamente o desempenho do seu aplicativo web ao adotar o WebAssembly. Houve uma redução no tempo de carregamento, na renderização do design e no download de arquivos. O WASM também otimizou a compactação, diminuindo o tamanho dos downloads.
  • Pyodide: Este projeto da Mozilla permite que cientistas compilem a pilha científica do Python para WebAssembly, incluindo bibliotecas como NumPy, SciPy e Scikit-learn. Ele proporciona uma conversão transparente entre objetos Python e JavaScript e permite o uso de APIs da web por meio do Python.
  • Brazor WebAssembly: Esta framework permite a criação de aplicações web interativas, de página única e do lado do cliente utilizando .NET. Os aplicativos são executados no navegador com o runtime .NET baseado em WebAssembly. Os desenvolvedores podem acessar funcionalidades do navegador em seu código .NET através das APIs JavaScript do WebAssembly.

Fonte: Figma See More

Há muitos outros projetos notáveis que utilizam o WebAssembly, como Binaryen, Cheerp, Forest e Grain.

Considerações Finais

Embora o WebAssembly não seja exatamente intuitivo para iniciantes, ao compreender seus casos de uso e conceitos fundamentais, torna-se mais fácil perceber seu potencial.

Com projetos interessantes em ascensão, este é um momento ideal para se aprofundar no WebAssembly, especialmente se você atua no desenvolvimento web. A versatilidade do WASM, que funciona também fora do navegador, o torna uma excelente opção para projetos que exigem alto desempenho.

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