js⼆进制流转换成图⽚_实现⼀个简单的基于WebAssembly的
图⽚处理应⽤
图⽚来源： rustwasm.github.io/
本⽂作者：刘家隆
写在前边
本⽂希望通过 Rust 敲⼀敲 WebAssembly 的⼤门。作为⼀篇⼊门⽂章，期望能够帮你了解 WebAssembly 以及构建⼀个简单的WebAssembly 应⽤。在不考虑IE的情况，⽬前⼤部分主流的浏览器已经⽀持 WebAssembly，尤其在移动端，主流的UC、X5内核、Safari等都已⽀持。读完本⽂，希望能够帮助你将 WebAssembly 应⽤在⽣产环境中。
WebAssembly（wasm）简介
如果你真的了解了 WebAssembly， 可以跳过这⼀节。
可以先看两个 wasm ⽐较经典的 demo： /demo /Tanks/ inuation-labs /d3demo/
快速总结⼀下： WebAssembly（wasm） 是⼀个可移植、体积⼩、加载快并且兼容 Web 的全新格式，由 w3c 制定出的新的规范。⽬的是在⼀些场景下能够代替 JS 取得更接近原⽣的运算体验，⽐如游戏、图⽚/视频编辑、AR/VR。说⼈话，就是可以体积更⼩、运⾏更快。
wasm 有两种表⽰格式，⽂本格式和⼆进制格式。⼆进制格式可以在浏览器的 js 虚拟机中沙箱化运⾏，也可以运⾏在其他⾮浏览器环境中，⽐如常见的 node 环境中等；运⾏在 Web 上是 wasm ⼀开始设计的初衷，所以实现在浏览器上的运⾏⽅法⾮常简单。
通过⼀个简单的例⼦实现快速编译 wasm ⽂本，运⾏⼀个 wasm ⼆进制⽂件：
wasm ⽂本格式代码：
(module
(import "js" "import1" (func $i1)) // 从 js 环境中导⼊⽅法1
(import "js" "import2" (func $i2)) // 从 js 环境中导⼊⽅法2
(func $main (call $i1)) // 调⽤⽅法1
(start $main)
(func (export "f") (call $i2)) // 将⾃⼰内部的⽅法 f 导出，提供给 js，当 js 调⽤，则会执⾏⽅法2
)
上述内容看个⼤概即可，参阅代码中注释⼤致了解主要功能语法即可。主要功能就是从 js 环境中导⼊两个⽅法 import1 和 import2； 同时⾃⾝定义⼀个⽅法 f 并导出提供给外部调⽤，⽅法体中执⾏了 import2。
⽂本格式本⾝⽆法在浏览器中被执⾏，必须编译为⼆进制格式。可以通过 wabt 将⽂本格式编译为⼆进制，注意⽂本格式本⾝不⽀持注释的写法，编译的时候需要将其去除。这⾥使⽤ wat2wasm 在线⼯具快速编译，将编译结果下载就是运⾏需要的 wasm ⼆进制⽂件。
有了⼆进制⽂件，剩下的就是在浏览器中进⾏调⽤执⾏。
// 定义 importObj 对象赋给 wasm 调⽤
var importObj = {js: {
import1: () => console.log("hello,"), // 对应 wasm 的⽅法1
import2: () => console.log("world!") // 对应 wams 的⽅法2
}};
// demo.wasm ⽂件就是刚刚下载的⼆进制⽂件
fetch('demo.wasm').then(response =>
response.arrayBuffer() // wasm 的内存 buffer
).then(buffer =>
/**
* 实例化，返回⼀个实例 dule 和⼀个 WASM.instance，
* module 是⼀个⽆状态的带有 dule 占位的对象；
* 其中instance就是将 module 和 ES 相关标准融合，可以最终在 JS 环境中调⽤导出的⽅法
*/
WebAssembly.instantiate(buffer, importObj)
)
.then(({module, instance}) =>在线二进制转换
);
⼤概简述⼀下功能执⾏流程：
在 js 中定义⼀个 importObj 对象，传递给 wasm 环境，提供⽅法 import1import2 被 wasm 引⽤；
通过 fetch 获取⼆进制⽂件流并获取到内存 buffer；
通过浏览器全局对象 WebAssembly 从内存 buffer 中进⾏实例化，即 WebAssembly.instantiate(buffer, importObj)，此时会执⾏wasm 的 main ⽅法，从⽽会调⽤ import1 ，控制台输出 hello；
实例化之后返回 wasm 实例，通过此实例可以调⽤ wasm 内的⽅法，从⽽实现了双向连接，执⾏ ports.f() 会调⽤ wasm 中的⽅法 f，f 会再调⽤ js 环境中的 import2，控制台输出 world。
细品这段实现，是不是就可以达到 wasm 内调⽤ js，从⽽间接实现在 wasm 环境中执⾏浏览器相关操作呢？这个下⽂再展开。
通过直接编写⽂本格式实现 wasm 显然不是我们想要的，那么有没有“说⼈话的”实现⽅式呢，⽬前⽀持⽐较好的主要包括 C、 C++、Rust、 Lua 等。
颇有特点的Rust
如果你了解 Rust，这⼀节也可以跳过了。
A language empowering everyone to build reliable and efficient software. ——from rust-lang
Rust 被评为 2019 最受欢迎的语⾔。
截图⾃ insights.stackoverflow /survey/2019#technology-_-most-loved-dreaded-and-wanted-languages
Rust 正式诞⽣于 15 年，距今仅仅不到五年的时间，但是⽬前已覆盖各⼤公司，国外有 Amazon、Google、Facebook、Dropbox 等巨头，国内有阿⾥巴巴、今⽇头条、知乎、Bilibili 等公司。那是什么让如此年轻的语⾔成长这么快？
Rust 关注安全、并发与性能，为了达成这⼀⽬标，Rust 语⾔遵循内存安全、零成本抽象和实⽤性三⼤设计哲学
借助 LLVM 实现跨平台运⾏。
Rust 没有运⾏时 gc，并且⼤部分情况不⽤担⼼内存泄漏的问题。
…
你内⼼ OS 学不动了？别急，先简单领略⼀下 Rust 的魅⼒，或许你会被他迷住。
下边看似很简单的问题，你能否答对？⼀共三⾏代码，语法本⾝没有问题，猜打印的结果是啥？
fn main() {
let s1 = String::from("hello word"); // 定义⼀个字符串对象
let s2 = s1; // 赋值
println!("{}", s1); // log输出
}
思考⼀会 点击查看答案
这其实是 Rust 中⼀个⽐较重要的特性——所有权。当将 s1 赋值给 s2 之后，s1 的所有权便不存在了，可以理解为 s1 已经被销毁。通过这种特性，实现内存的管理被前置，代码编写过程中实现内存的控制，同时，借助静态检查，可以保证⼤部分编译正确的程序可以正常运⾏，提⾼内存安全之外，也提⾼了程序的健壮性，提⾼开发⼈员的掌控能⼒。
所有权只是 Rust 的众多特性之⼀，围绕⾃⾝的三⼤哲学（安全、并发与性能）其有很多优秀的思想，也预⽰着其上⼿成本还是⽐较⾼的，感兴趣的可以深⼊了解⼀下。之前 Rust 成⽴过 CLI、⽹络、WASM、嵌⼊式四⼤⼯作组，预⽰着 Rust 希望发⼒的四⼤⽅向。截⽌⽬前已经在很多领域有⽐较完善的实现，例如在服务端⽅向有 actix-web、web 前端⽅向有 yew、wasm ⽅⾯有 wasm-pack 等。总之，Rust 是⼀门可以拓宽能⼒边界的⾮常有意思的语⾔，尽管⼊门陡峭，也建议去了解⼀下，或许你会深深
的爱上它。
除 wasm 外的其他⽅向（cli、server等），笔者还是喜欢 go，因为简单，^_^逃…
⾏了，扯了这么多，Rust 为何适合 wasm：
没有运⾏时 GC，不需要 JIT，可以保证性能
没有垃圾回收代码，通过代码优化可以保证 wasm 的体积更⼩
⽀持⼒度⾼（官⽅介⼊），⽬前⽽⾔相⽐其他语⾔⽣态完善，保证开发的低成本
Rust -> wasm
Rust编译⽬标
rustc 本⾝是⼀个跨平台的编译器，其编译的⽬标有很多，具体可以通过 rustup target list 查看，和编译 wasm 相关的主要有三个：wasm32-wasi：主要是⽤来实现跨平台，通过 wasm 运⾏时实⾏跨平台模块通⽤，⽆特殊 web 属性
wasm32-unknown-emscripten：⾸先需要了解 emscripten，借助 LLVM 轻松⽀持 rust 编译。⽬标产物
通过 emscripten 提供标准库⽀持，保证⽬标产物可以完整运⾏，从⽽实现⼀个独⽴跨平台应⽤。
wasm32-unknown-unknown：主⾓出场，实现 rust 到 wasm 的纯粹编译，不需要借助庞⼤的 C 库，因⽽产物体积更加⼩。通过内存分配器（wee_alloc）实现堆分配，从⽽可以使⽤我们想要的多种数据结构，例如 Map，List 等。利⽤ wasm-bindgen、web-sys/js-sys 实现与 js、ECMAScript、Web API 的交互。该⽬标链⽬前也是处于官⽅维护中。
或许有⼈对 wasm32-unknown-unknown 的命名感觉有些奇怪，这⾥⼤概解释⼀下：wasm32 代表地址宽度为 32 位，后续可能也会有 wasm64 诞⽣，第⼀个 unknow 代表可以从任何平台进⾏编译，第⼆个 unknown 表⽰可以适配任何平台。
wasm-pack
以上各个⼯具链看着复杂，官⽅开发⽀持的 wasm-pack ⼯具可以屏蔽这⼀切细节，基于 wasm32-unknown-unknown ⼯具链可快速实
现 Rust -> wasm -> npm 包的编译打包，从⽽实现在 web 上的快速调⽤，窥探 wasm-npm 包这头“⼤象”只需要如下⼏步：
1. 使⽤ rustup 安装rust
2. 安装 wasm-pack
3. wasm-pack new hello-wasm.
4. cd hello-wasm
5. 运⾏ wasm-pack build.
6. pkg ⽬录下产物就是可以被正常调⽤的 node_module 了
⼀个真实例⼦看⼀下 wasm 运⾏优势
路指好了，准备出发！接下来可以愉快的利⽤ rust 编写 wasm 了，是不是⼿痒了；下边通过实现⼀个 MD5 加密⽅法来对⽐⼀下 wasm
和 js 的运⾏速度。
⾸先修改 l，添加依赖包
[dependencies]
wasm-bindgen = "0.2"
md5 = "0.7.0"
Cargo 是 Rust 的包管理器，⽤于 Rust 包的发布、下载、编译等，可以按需索取你需要的包。其中 md5 就是⼀会要进⾏ md5 加密的算
法包，wasm-bindgen 是帮助 wasm 和 js 进⾏交互的⼯具包，抹平实现细节，⽅便两个内存空间进⾏通讯。
编写实现（src/lib.rs）
use wasm_bindgen::prelude::*;
#[wasm_bindgen]
pub fn digest(str: &str) -> String {
let digest = md5::compute(str);
let res = format!("{:x}", digest);
return res;
}
借助 wasm_bindgen 可以快速将⽅法导出给 js 进⾏调⽤，从⽽不需要关⼼内存通信的细节。最终通过 wasm-pack build 构建出包（在⽬
录 pkg 下），可以直接在 web 进⾏引⽤了，产物主要包含以下⼏部分
├── package.json
├── README.md
├── *.ts
├── index_bg.wasm：⽣成 wasm ⽂件，被index.js进⾏调⽤
├── index.js：这个就是最终被 ECMAScript 项⽬引⽤的模块⽂件，⾥边包含我们定义的⽅法以及⼀些⾃动⽣成的胶⽔函数，利⽤ TextEncoder 实现内存之间的数据通js 调⽤
import * as wasm from "./pkg";
wasm.digest('xxx');
构建出的 wasm pkg 包引⼊ web 项⽬中，使⽤ webpack@4 进⾏打包编译，甚⾄不需要任何其他的插件便可⽀持。
速度对⽐
针对⼀个⼤约 22 万字符长度的字符串进⾏ md5 加密，粗略的速度对⽐：
从数据层⾯来看，wasm 的性能优势显⽽易见。但同时也发现在 100 次的时候，性能数据差值虽然扩⼤，但是⽐值却相⽐⼀次加密缩⼩。原因是在多次加密的时候，js 和 wasm 的通信成本的占⽐逐渐增⾼，导致加密时间没有按⽐例增长，也说明 wasm 实际加密运算的时间⽐结果更⼩。这其实也表明了了 wasm 在 web 上的应⽤场景：重计算、轻交互，例如⾳视频/图像处理、游戏、加密。但在将来，这也会得到相应的改善，借助 interface-type 可实现更⾼效的值传递，未来的前端框架或许会真正迎来⼀场变⾰。
利⽤ wasm 实现⼀个完整 Web 应⽤
借助 wasm-bindgen,js-sys和web-sys crates，我们甚⾄可以极⼩的依赖 js，完成⼀个完整的 web 应⽤。以下是⼀个本地彩⾊ png 图⽚转换为⿊⽩图⽚的 web-wasm 应⽤。
效果图：
在线体验：点我
⼤致功能是通过 js 读取⽂件，利⽤ wasm 进⾏图⽚⿊⽩处理，通过 wasm 直接创建 dom 并进⾏图⽚渲染。
1. 利⽤ js 实现⼀个简单的⽂件读取：

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