还记得以前用浏览器打开一个复杂的在线表格工具或实时数据分析应用时，页面卡得你想关掉一切重启人生吗？这是因为传统的 JavaScript 在处理计算密集型任务时，性能往往不尽如人意。尤其是像 Google Sheets 这种大型在线工具，当数据量飙升时，性能瓶颈让用户体验直线下滑。为了破解这个难题，Google 并没有简单地优化 JavaScript，而是祭出了 WebAssem)bly（简称 Wasm）的大杀器。
Google Sheets 最早的计算引擎是用 Java 写的，2006 年上线时，所有计算都在服务器上完成。
从 2013 年开始，Google 把计算引擎搬到了浏览器里。
Google Sheets
Wasm 是一种高性能的二进制指令格式，能让浏览器跑得像装了性能外挂一样快。而且，不局限于 JavaScript，它还能让其他语言（如 C、Rust、甚至 Java）的代码直接运行在浏览器里。
随着 WasmGC（WebAssembly 垃圾收集）的到来，Wasm 不仅提升了性能，还解决了内存管理的痛点。Google 在改造 Sheets 的过程中，正是靠了 WasmGC，把原本在后端跑的 Java 逻辑搬到了前端，同时性能提升了一个台阶。
本文将深入探讨 WebAssembly 和 WasmGC 的作用，如何利用它们提升 Web 应用的性能，并通过一个实际示例展示其在前端开发中的应用。
WebAssembly：突破 JavaScript 限制
什么是 WebAssembly？
WebAssembly 是一种新的 Web 前端技术，旨在为浏览器提供接近原生代码的性能。通过 WebAssembly，开发者可以将用 C、C++、Rust、Go 等语言编写的代码编译为二进制格式，并在浏览器中高效运行。
与 JavaScript 比较，Wasm 的执行速度明显更快，尤其在处理计算密集型任务时，如图像处理、视频解码、游戏引擎等场景中，Wasm 能提供显著的性能优势。
WebAssembly 的多语言支持
一个重要的优势是，Wasm 打破了 JavaScript 独占前端开发的局面。通过 Wasm，开发者可以将用多种编程语言编写的代码（如 Rust、Go、C++、甚至 Java）直接运行在浏览器中。这使得 Web 应用不仅仅局限于 JavaScript，开发者可以根据实际需求选择最佳的语言来开发前端应用。
例如，Google 在重新构建 Google Sheets 时，原本依赖 Java 后端处理实时数据计算，但迁移到 JavaScript 后，性能下降明显。通过 WasmGC，Google 将 Java 代码移植到前端，并显著提高了性能，充分展示了 Wasm 在处理复杂计算任务时的强大能力。
WasmGC：实现高效的垃圾收集与内存管理
WasmGC 让前端开发更具灵活性
WasmGC 是 WebAssembly 的一个扩展，旨在为 Wasm 引擎提供内存管理和垃圾收集功能。WebAssembly 的原生内存管理能力相对简单，开发者通常需要手动管理内存，像 C、C++ 等语言使用 malloc 和 free 来分配和释放内存。然而，这种手动内存管理方式容易出现内存泄漏和管理复杂性，尤其在浏览器环境中，内存资源受限时更是如此。
WasmGC 解决了这一问题，提供了垃圾收集机制，可以自动追踪和释放内存中的不再使用的部分。这样，开发者无需担心内存泄漏或手动管理内存，能更专注于业务逻辑的实现。
为什么 WasmGC 很重要？
- 简化内存管理：内存管理的自动化极大降低了开发复杂度，特别是对于那些需要进行大量内存分配和释放的应用程序。
- 提升应用性能：通过高效的垃圾收集机制，WasmGC 可以减少因手动内存管理引起的性能瓶颈，使得应用在处理复杂任务时更加流畅。
- 扩展语言支持：WasmGC 支持多种语言（如 Java、Python、Kotlin 等），使得开发者可以利用 WebAssembly 在前端部署复杂的语言，且无需关注不同语言的内存管理细节。
WasmGC 与 WebAssembly 的结合
WasmGC 的加入使得 WebAssembly 可以处理更多样化的任务，并且无论是 Java 还是其他语言，均可以直接通过 WebAssembly 执行并高效管理内存。开发者不再需要依赖 JavaScript 来进行垃圾回收，而是可以通过 WasmGC 让不同语言的代码在浏览器中运行，且运行时内存管理也能自动完成。
通过 WebAssembly 和 WasmGC，开发者能够将以前只能在后端实现的复杂任务（例如大数据计算、图像处理等）搬到前端运行，并且能够保持良好的性能表现。
从0到一：实现 WebAssembly 和 WasmGC 示例
下面我们将通过一个简单的示例，展示如何在前端项目中使用 WebAssembly，并演示 WasmGC 在内存管理中的应用。
C 语言转 WebAssembly，并利用 WasmGC 进行内存管理
步骤 1：准备 C 代码
我们先从一个简单的 C 语言代码开始，该代码将动态分配内存并释放内存，模拟内存管理。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
// 模拟内存分配和释放
void create_and_free() {
int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int)); // 动态分配内存
if (arr == NULL) {
printf("Memory allocation failed\n");
return;
}
// 初始化数组
for (int i = 0; i < 10; i++) {
arr[i] = i * i;
}
// 输出数组
for (int i = 0; i < 10; i++) {
printf("arr[%d] = %d\n", i, arr[i]);
}
// 释放内存
free(arr);
}
int main() {
printf("Hello from WebAssembly!\n");
create_and_free(); // 调用内存分配和释放函数
return 0;
}步骤 2：编译为 WebAssembly
使用 Emscripten 编译器将 C 代码转化为 WebAssembly 模块。
emcc hello.c -o hello.html -s WASM=1 -s EXPORTED_FUNCTIONS=['_main', '_create_and_free']该命令会生成 hello.html 和 hello.js，用于加载并在浏览器中运行 WebAssembly 模块。
步骤 3：在浏览器中使用 WebAssembly
创建一个 HTML 页面来加载 WebAssembly 模块，并通过点击按钮触发 Wasm 中的 C 代码函数。
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<title>WebAssembly with WasmGC</title>
</head>
<body>
<h1>WebAssembly with WasmGC Example</h1>
<button id="run-btn">Run Wasm Function</button>
<script src="hello.js"></script>
<script>
// 等待 WebAssembly 模块加载完成
Module.onRuntimeInitialized = function() {
console.log("WebAssembly loaded successfully!");
// 获取按钮并绑定事件
document.getElementById("run-btn").onclick = function() {
// 调用 WebAssembly 中的 C 代码函数
Module._create_and_free();
};
};
</script>
</body>
</html>总结
WebAssembly 和 WasmGC 是当前 Web 前端技术的两个重要突破，它们为开发者提供了更强的性能、更高的灵活性和更好的内存管理能力。通过 WebAssembly，开发者可以在浏览器中运行 C、Rust、Java、Python 等多种语言的代码，而不再仅仅依赖 JavaScript。与此同时，WasmGC 使得内存管理更加高效，避免了手动管理内存带来的复杂性和错误。
随着 WebAssembly 和 WasmGC 的不断发展，未来的 Web 开发将更加多样化和高效，支持更多的编程语言和更复杂的计算任务。开发者可以利用这些技术，构建更强大、更高效的 Web 应用程序，推动前端开发的进一步创新。