作者 | EDOARDO VACCHI

译者 | 盖磊

策划 | 冬雨

(资料图片)

不少 Java 开发人员在面对 WebAssembly 一词时，首先会想到这是一种“浏览器技术”，之后可能会认为“还是归结为 JVM”。毕竟浏览器内应用对他们而言是一种“史前生物”。

最近数周内，围绕 WebAssembly，多项技术呈密集发布，例如Docker+wasm技术预览等。作为一名 Java 极客，我认为不应视WebAssembly为一时风尚而置若罔闻。

文如其名，WebAssembly（wasm）的确可称为“一种用于 Web 的字节码”。Java 和 wasm 二者间的相似性也仅限于此。这里“wasm”是小写的，表示它是一个缩略词，而非首字母缩略语。

如果有兴趣了解我们如何定义了 WebAssembly 标准，欢迎翻阅我写过的一篇博文，其中解释了来龙去脉。本文阐述的重点是，为什么说 WebAssembly 并不仅仅局限于 Web。

首要一点，WebAssembly 运行时仅是貌似 JVM。其中一点，WebAssembly 的长远目标，是成为适合各种编程语言的编译目标。但 JVM 并非如此，至少最初没有做如此考虑。

第一个神话：JVM 是一种多语言编译目标
必须承认，JVM 是最为丰富的、可互操作的语言生态系统之一。Java 生态还包括了 Scala，Jython，JRuby，Clojure，Groovy，Kotlin 等编程语言。
但现实非常可悲，Java 字节码从未真正地成为一种通用的编译目标。不少文献资料都对此做了清晰的阐述。例如，John Rose 在“字节码与组合选择的结合：JVM中的invokedynamic”一文中写道：
这篇文章阐释了 invokedynamic 操作码引入 JVM 中的原因和方式。事实上，引入该操作码就是专为支持使用 JVM 运行时的动态语言。虽然 JRuby，Jython，Groovy 等一些语言在运行时中添加了该操作码，并不是 JVM 在设计中考虑了如何支持这些语言，而是因为这些语言已经这样做了。木已成舟，只能去认可它！
换句话说，时过境迁，JVM 依然未成为这些动态语言合适的编译目标。甚至可以说，以 JVM 为编译目标并非因为它是最好的，而是考虑到 JVM 的采纳度和支持情况，人们希望能与 JVM 互操作。正如 JavaScript 那样！

GraalVM：一统各方的虚拟机
最近GraalVM项目大行其道。该项目中包括针对例常 Java 字节码的 JIT 编译器，以及用于构建高效语言解释器的 API，还新添加了原生镜像编译器。
成为“一统所有VM的虚拟机”，是 GraalVM 的最初目标之一，也就是说成为一种多语言运行时。
但 Truffle 并未定义多语言编译目标，而是通过 Truffle API 实现一种极高层级表示，进而构建基于 AST 的高效 JIT 解释器。对感兴趣的读者，可自行去深入了解“抽象语法树”（AST）。

第二个神话：WebAssembly 只是另一种 Stack-based VM（栈机）

WebAssembly 定义为一种结构化栈机使用的虚拟指令集架构（ISA）。

上述定义中，关键在于“结构化”（structured）一词，它表明 WebAssembly 与 JVM 的工作方式大相径庭。结构化栈机在实际运行中，大部分计算使用值栈，控制流却使用块、if 和循环等结构化结构表示。WebAssembly 语言则更进一步，一些指令可同时使用“简单”和“嵌套”表示。

下面给出一个例子。wasm 栈机中有如下表达式：

( x + 2 ) * 3

int exp(int);    Code:       0: iload_1       1: iconst_2       2: iadd       3: iconst_3       4: imul       5: ireturn

该表达式可被翻译为下述一系列指令：

(local.get $x) (i32.const 2) i32.add (i32.const 3) i32.mul

其中：* local.get 在栈中加入本地变量 $x ；* 然后 i32.const 将 32 位整数（ i32 ）常量 2 推送入栈；* i32.add 从栈中弹出两个值，并将 $x+2 结果推送入栈；* 整数常量 3 被推送入栈；* i32.mul 弹出两个整数值，并将 ($x+2)*3 的 i32 乘法结果推送入栈。

大家应该能注意到，用括号括起来的，是含有一个以上参数的指令。上面给出的“线性化”版本的 WebAssembly，在.wasm 文件中直接转换为二进制表示。此外还有在语义上等效的另一种“嵌套”表示：

(i32.mul   (i32.add     (local.get $x)       (i32.const 2))     (i32.const 3))

嵌套表示别具特色。操作的嵌套和编写有别于 JVM 等字节码类型，而是类似于一种“传统”编程语言。这里所说的“传统”，就是指操作读起来类似于 LISP 家族中的 Scheme 语言。显而易见，其中使用的括号约定，就是在向 Scheme 致敬。当然，事出必有因。对 JavaScript 的神奇起源稍有了解，就一定知道 JavaScript 最初是在 10 天内写成的，而且 Brendan Eich 一开始的任务是去开发另一种 Scheme 方言。

至少对我而言，嵌套序列更有趣的细节在于，它能自然地线性化为其它版本。事实上，遵循括号表达式的优先规则，须从最内层的括号开始。例如：

(i32.add     (local.get $x)     (i32.const 2))

上面的例子首先获取 $x ，然后为常量赋值 2 ，进而将二者相加。此后，再去处理外层的表达式：

(i32.mul   (i32.add ...)   (i32.const 3))

对其中的 i32.add 求值，需对常量赋值 3 ，并将二者相乘。这与栈机的操作顺序相同。

这里提出结构化控制流，同样是考虑了安全性，以及简单性：

下面看一个例子：

void print(boolean x) {    if (x) {        System.out.println(1);    } else {        System.out.println(0);    }}

上述代码翻译为如下字节码：

void print(boolean); Code: 0: iload_1 1: ifeq 14 4: getstatic #7 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 7: iconst_1 8: invokevirtual #13 // java/io/PrintStream.println:(I)V11: goto 2114: getstatic #7 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;17: iconst_018: invokevirtual #13 // java/io/PrintStream.println:(I)V21: return

在如上等价的 WebAssembly 定义中可看到，非结构化跳转指令 ifeq 和 goto 并未出现，而是恰如其分地被语句块 if...then...else 所替代。

(module ;; 导入浏览器控制台对象，需要将此从JavaScript传递进来。 (import \"console\" \"log\" (func $log (param i32))) (func   ;; 如运行if代码块，更改为True。   (i32.const 0)    (call 0))  (func (param i32)   local.get 0    (if     (then       i32.const 1       call $log ;; 应该记录"1"     )     (else       i32.const 0       call $log ;; 应该记录"0"     ))) (start 1) ;; 自动运行第一个func。)

原例可在Mozilla Developer Network上查看和运行。

当然，上述例子也可线性化，形成如下的非嵌套版本：

(module  (type (;0;) (func (param i32)))  (type (;1;) (func))  (import \"console\" \"log\" (func (;0;) (type 0)))  (func (;1;) (type 1)    i32.const 1    call 0)  (func (;2;) (type 0) (param i32)    local.get 0    if  ;; label = @1      i32.const 1      call 0    else      i32.const 0      call 0    end)  (start 1))