作者在2018年写作《WebAssembly 标准入门》，当时有幸邀请到CSDN和极客帮的创始人蒋涛先生为该书作序，当时蒋涛先生就对WebAssembly的技术做出了高度评价。2022年我们针对WebAssembly开源凹语言，CSDN平台也在第一时间提供了报道。在此一并感谢蒋涛先生和CSDN平台！

这是我今年写的2022年技术盘点的最后一篇（前两篇分别是：CSDN首发的“Go2正式落地，中国 Gopher 踏上新征程！”和InfoQ首发的“2022 国产编程语言盘点”）。WebAssembly 作为一种新兴的网页虚拟机标准，它的设计目标包括：高可移植性、高安全性、高效率。2018 年 WebAssembly 第一个规范草案诞生，2019 年成为 W3C 第四个标准语言。到了 2022 年底，WebAssembly 现在怎么样了…

0. WASM 原生和 Ending 定律

0.1 什么是 WASM 原生

WASM 原生可以类比云原生的定义：就是天生就是为 WebAssembly 平台设计的程序和语言。比如专门为 WebAssembly 设计的 AssemblyScript 语言和 凹语言就是 WASM 原生的编程语言。如果一个应用天生就是考虑了 WebAssembly 的生态支持，那么就是 WASM 原生的应用。

现在 Docker 已经开始支持 WASM 程序，因此 WASM 原生软件天然也是云原生的软件，但是反之则不能成立。因为云原生受限于云的环境、导致其应用的场景和领域有较大的限制，比如云原生应用强依赖网络因此无法在很多单片机环境、甚至是本地环境运行。但是 WASM 原生的程序则可以轻松在 Arduino 等受限环境、本地台式机机环境、个人智能手机环境和 Kubernetes 等云原生环境执行。可以说 WASM 原生因为其比云原生更多的限制，换来了更普适的执行环境和更大的生态。

可以预期随着 WebAssembly 的普及，WASM 原生的应用将会越来越多，同时影响面也会越来越大。

0.2 什么是 Ending 定律

Ending’s law: “Any application that can be compiled to WebAssembly, will be compiled to WebAssembly eventually.”

Ending 定律：“一切可编译为 WebAssembly 的，终将被编译为 WebAssembly。”

Ending 定律也称为终结者定律，它是 Ending 在 2016 年 Emscripten 技术交流会上针对 WebAssembly 技术给出的断言。Ending定律的威力不仅仅在语言层面。WebAssembly是第一个虚拟机世界标准，以后将人手至少一个 WASM 虚拟机。不过和之前被大家鄙视的JavaScript语言大举入侵各个领域的情况不同，这次 Python、Ruby 这些语言将彻底拥抱 WebAssembly 技术，因为它是一个更底层、也更加开放的新兴生态平台。

1. WebAssembly 发展简史

WebAssembly（简称 WASM）是W3C定义的第4个标准，是Web的第四种语言。说WebAssembly是一门编程语言，但实际上它更像一个编译器，其实它是一个虚拟机，它还包含了一门低级汇编语言和对应的虚拟机体系结构，而WebAssembly这个名字从字面理解就说明了一切：“Web的汇编语言”。简而言之、WebAssembly是一种新兴的网页虚拟机标准，它的设计目标包括：高可移植性、高安全性、高效率（包括载入效率和运行效率）、尽可能小的程序体积。

1.1 Emscripten 项目

WebAssembly的前身是Mozilla的创建的Emscripten项目（2010年）——通过将C/C++通过LLVM编译到JavaScript的asm.js子集来提速！JavaScript作为弱类型语言，由于其变量类型不固定，使用变量前需要先判断其类型，这样无疑增加了运算的复杂度、降低了执行效能。因为asm.js仅包含可以预判变量类型的数值运算，有效的避免了JavaScript弱类型变量语法带来的执行效能低下的顽疴。根据测试，针对asm.js优化的引擎执行速度和C/C++原生应用在一个数量级。

2015年6月Mozilla在asm.js的基础上发布WebAssembly项目，随后Google、Microsoft、Apple等各大主流的浏览器厂商均大力支持。WebAssembly不仅拥有比asm.js更高的执行效能，由于使用了二进制编码等一系列技术，WebAssembly编写的模块有更小的体积和更高的解析速度。目前不仅C/C++语言编写的程序可以编译为WebAssembly模块，Go、Kotlin、Rust、Python、Ruby、Node.js、AssemblyScript、凹语言等新兴的编程语言都开始对WebAssembly提供支持。

1.2 WebAssembly 1.0草案

WebAssembly技术自诞生之日就进入高速发展阶段。在2018年7月WebAssembly 1.0草案正式发布，在2019年12月正式成为W3C国际标准，成为与HTML、CSS和JavaScript并列的唯四前端技术。2019年同样诞生了WASI（WebAssembly System Interafce）规范，用于将基本的系统调用带入到WASM生态。2022年Docker对WASM提供支持，目前WebAssembly已经是一个独立的生态。

1.3 WebAssembly 生态大图

下面是 “WebAssembly将引领下一代计算范式” 展示的生态大图：

可以看到从工具链、基础设施、到应有和Web3均有涉及，生态已经非常丰富。

3. WASM社区22年的变化

2022年，自媒体社区对 WebAssembly 的评价态度可谓是完美遵循了欲扬先抑的剧本。先是有热文爆大佬 WebAssembly 创业失败引发质疑，然后是传出社区分裂、应用争议再引发炒错的方向争论，然后随着 Docker 对 WASM 支持的预览版发布带来风向转变，年底就又变成各种赞美和畅想。其实 WebAssembly 真正的从业人员始终在稳步推进，完全没有自媒体这种过山车的变化。

3.1 WebAssembly 2.0 草案

4 月 20 日，W3C 公布了 WebAssembly 2.0 的第一批公共工作草案。主要包含向量类型、引用类型、多返回值、多Table支持和Table和内存指令增强等。向量类型的支持可以用于优化纯计算类型的并发程序、引用类型可以用于和外部的浏览器DOM对象等更好的交互、多返回值可以可以简化某些程序的表示（比如凹语言后端依赖该特性）、多Table支持可能用于灵活支持多模块连接等。可以说 WebAssembly 标准是该生态的统一基准平面，而且这些特性的实现已经相对普及，可以作为实验特性试试用。

完整文档参考：https://www.w3.org/TR/wasm-core-2/

3.2 Docker 支持 WebAssembly

2019 年，Docker 创始人 Solomon Hykes 发布了一条推文，他说如果 2008 年就诞生 WebAssembly 和 WASI 的话，Docker 就没有必要诞生了。

其实《WebAssembly标准入门》作者在2018年 WebAssembly 草案刚刚诞生的时候也得出过类似的结论：我们觉得 WebAssembly 更大的生命力在浏览器之外，如果配合文件系统、网络系统将得到一个更为迷你的操作系统无关的运行平台。也正是基于这个判断，在2018年底正式启动了国产凹语言项目（专门针对WebAssembly设计的通用语言）。

Docker 与 WasmEdge 合作创建了一个 containerd shim，此 shim 从 OCI 工件中提取 Wasm 模块并使用 WasmEdge 运行时运行。Docker 现在添加了对声明 Wasm 运行时的支持，这将允许开发者使用这个新的 shim。

Docker 执行 wasm 需要指定一些额外参数：

$ docker run -dp 8080:8080 \
  --name=wasm-example \
  --runtime=io.containerd.wasmedge.v1 \
  --platform=wasi/wasm32 \
  michaelirwin244/wasm-example

首先runtime参数指定wasmedge运行时，然后platform指定采用wasi/wasm32规范（指定有哪些宿主api）。

完整的信息可以参考 Docker 的官方文档：https://docs.docker.com/desktop/wasm/

3.3 SQLite3 官方支持 WebAssembly

SQLite3 作为一个纯粹的 C 语言库，其实在 WebAssembly 标准诞生之前就可以通过 Emscripten 技术将 C 代码编译为 asm.js。因此，网上很早就有在浏览器的 JS 版本、甚至直接通过 Emscripten 输出 WebAssembly。不过这次是 SQLite3 官方提供了对 WebAssembly 的支持，这表示 WebAssembly 在 SQLite 社区完全进入工业级应用阶段！

根据官网介绍，主要有 4 个目标：

  • 绑定一个低级的 sqlite3 API，在使用方面尽可能接近原生 API。
  • 更高级别的面向对象风格 API，类似于 sql.js 和 node.js 样式的实现。
  • 基于 Worker 的 API，以支持多线程环境更容易使用 SQLite 功能。
  • 基于 Worker API 的 Promise 包装，对用户完全隐藏了跨线程通信方面复杂性

而不在此列的特性包括不支持UTF16、和清除老旧特性等。简而言之，在提供底层 API 能力的同时，针对面向对象、多线程等环节提供简单易用的 API。完整的介绍请参考：https://sqlite.org/wasm

3.4 Ruby 3.2 支持 WebAssembly

12 月发布的 Ruby 3.2 也增加了基于 WASI 的 WebAssembly 支持。使得 CRuby 二进制内容可用于浏览器、Serverless Edge、以及其他 WebAssembly/WASI 嵌入环境。目前，此功能已通过除 Thread API 之外的 basic 和 bootstrap 测试套件。

虽然目前基于安全原因，还缺少一些功能来实现纤程、异常和垃圾回收的特性，但是这已经让用户可以在浏览器中尝试原生的 CRuby：https://try.ruby-lang.org/playground/

3.5 Python 3.11 支持 WebAssembly

和 Ruby 社区的目标类似，Python 社区也在 4 月启动在 Python 3.11 增加对 WebAssembly 的支持。Python 3.11 对 wasm32-emscripten 和 wasm32-wasi 提供了支持，从而也实现了在浏览器执行 Python 的梦想。

具体细节可参考以下文档：

因为有了 WebAssembly 魔法加持，Ruby 个 Python 等脚本语言也终于可以在浏览器玩耍了。

3.6 为 WebAssembly 而生的凹语言

WebAssembly 草案刚刚发布不久，国外就诞生了专门为其设计的 AssemblyScript 语言。在2022年7月，国内 Gopher 也发起了针对 WebAssembly 平台的凹语言。目前凹语言不仅仅提供了在线的Playground，还上线了用凹语言开发的贪吃蛇小游戏。希望新兴的语言可以为 WebAssembly 注入更多的活力。

4. WASM虚拟机实现

对于 JavaScript 用户，直接通过浏览器内置的 WebAssembly 模块即可，或者是通过 Node.js 提供的模块 API。我们这里简要介绍的是浏览器环境之外的WASM虚拟机实现，这里介绍的主要有C/C++、Rust和Go语言几类实现。总体来说，大家完全不需要担心WASM虚拟机的选择和切换代价，只要遵循WASM标准原则切换虚拟机就和换个鼠标一样容易。

4.1 C/C++ 语言 - WasmEdge 和 wasm3

WasmEdge 和 wasm3 是 C/C++ 语言实现的具有代表性的两个 WebAssembly 虚拟机（没有包含 V8 的虚拟机）。

WasmEdge 可以说是目前最受关注的 WebAssembly 虚拟机实现，因为它不仅仅是 CNCF 推荐的 WASM 虚拟机，更是 Docker 内置的 WebAssembly 虚拟机。WasmEdge 是由美国的袁钧涛（Michael Juntao Yuan）发起， 是由 CNCF 托管的云原生 WebAssembly runtime。它广泛应用于边缘计算、汽车、Jamstack、Serverless、SaaS、服务网格，乃至区块链应用。 WasmEdge 可以进行 AOT （提前编译）编译器优化，是当今市场上最快的 WebAssembly runtime 之一。可以预计，随着 Docker Wasm 的普及，WasmEdge 将成为最流行的 WASM 虚拟机实现之一。

wasm3 是 C 实现的 WebAssembly 引擎，可运行在嵌入式设备上。因为需要的资源比较少，目前可以运行在Arduino和树莓派环境。wasm3 仓库：https://github.com/wasm3/wasm3

4.2 Rust 语言 - wasmer 和 wasmtime

wasmer 和 wasmtime 是 Rust 实现的两个流行的 WebAssembly 虚拟机。根据 2022 年 7 月的的调查报告（300人提交问卷），来自字节码联盟的 wasmtime 最流行、其次为 wasmer。不过从长期看，作者推测 WasmEdge 将随着 Docker/wasm 成为浏览器外最流行的 Wasm 虚拟机实现。

4.3 Go 语言 - WaZero

WaZero 是纯 Go 语言实现的 WebAssembly 虚拟机，因此不需要依赖 CGO 特性。目前凹语言内置的就是 WaZero 虚拟机。仓库地址：https://github.com/tetratelabs/wazero

另外，国内张秀宏著的《WebAssembly原理与核心技术》讨论了用Go语言如何实现 WebAssembly 虚拟机，感兴趣的读者可以参考。

5. 支持WASM的编程语言

WebAssembly 允许开发者用几十语言（包括 AssemblyScript、C/C++、Rust、Golang、JavaScript和凹语言等）。支持WASM的编程语言主要分为3类：首先是专门为 WebAssembly 设计的新语言，比如 AssemblyScript 和凹语言等；其次是将语言编译到 WebAssembly 目标平台，比如 C/C++、Rust、Golang 这类语言（和第一类有一定重叠）；最后是将语言的虚拟机或解释器编译到 WebAssembly 平台，比如 Lua、JavaScript、Ruby和Python这些。除此之外，还有一些其它的领域语言也在支持 WebAssembly 平台。

支持 WebAssembly 的语言列表：https://github.com/appcypher/awesome-wasm-langs

5.1 JavaScript —— WebAssembly 替换的目标

JavaScript 开始其实是 WebAssembly 要替换的目标。但是随着 WasmEdge 等引擎支持 QuickJS 的解释器，JavaScript 逐渐变成了 WebAssembly 平台之上的最流行的编程语言。这里除了有 JavaScript 语言用户比较多的因素，同时 JavaScript 的单线程模型也非常契合 WebAssembly 的单线程模型。JavaScript 和 WebAssembly 无限套娃的事情真在切实发生，同时 JavaScript 也失去了浏览器中的霸主地位降级为普通公民。

5.2 AssemblyScript —— 为 WebAssembly 而生

AssemblyScript 是一个把 TypeScript 语法搬到 WebAssembly 的编译器。它目前是 WebAssembly 环境非常受欢迎的一个语言。AssemblyScript 只允许 TypeScript 的有限功能子集，因此不需要花太多时间就可以上手。同时它与 JavaScript 非常相似，所以 AssemblyScript 使 Web 开发人员可以轻松地将 WebAssembly 整合到他们的网站中，而不必使用完全不同的语言。

下面是一个 AssemblyScript 程序，和 TypeScript 几乎是一样的：

export function add(a: i32, b: i32): i32 {
  return a + b;
}

不过 AssemblyScript 只有 WebAssembly 支持的基本类型，而复杂的类型通过内置库实现。同时为了提供灵活的扩展能力，AssemblyScript 编译器提供了扩展能力。

AssemblyScript主页：https://www.assemblyscript.org/

5.3 C/C++ —— WebAssembly 为其而生

C/C++ 是 WebAssembly 该技术前身 Emscripten 诞生时的初始目标。Emscripten项目，尝试通过LLVM工具链将C/C++语言编写的程序转译为JavaScript代码，在此过程中创建了JavaScript子集asm.js，asm.js仅包含可以预判变量类型的数值运算，有效的避免了JavaScript弱类型变量语法带来的执行效能低下的顽疴。其中的核心魔法使 WebAssembly 和 C/C++ 采用相似的线性内存模型，提供为 JIT 提供了转化为相似代码的可能。

5.4 Rust 语言 —— 基于 LLVM 的输出 WebAssembly 能力

Rust 和 Emscripten 诞生于 Mozilla 公司，因此目前 WebAssembly 社区和 Rust 社区有着很大的重叠部分。很多 Rust 实现的 WebAssembly 虚拟机，同时 Rust 编译器借助 LLVM 的能力输出 WebAssembly 模块。可以说 Rust 技术的发展和抱住 WebAssembly 这个大腿有极大的关系。当然，因为 Rust 兼容 C/C++ 内存模型同时又无 GC 依赖，使得 Rust 可以构造出非常轻量高效的 WASM 模块。不过 Rust 本身的技术门槛也为初学者带来了极大的挑战。

5.5 Go 语言 —— 独立的 WebAssembly 后端

Go语言作为云计算等领域的主流语言，从Go1.11开始，WebAssembly开始作为一个标准平台被官方支持，这说明了Go语言官方团队也认可了WebAssembly平台的重要性和巨大潜力。目前Go语言社区已经有众多与WebAssembly相关的开源项目，比如有很多开源的WebAssembly虚拟机就是采用Go语言实现的。不过Go语言对WebAssembly被诟病的一个方面是官方生成的WASM文件不是wasi规范，同时因为GC等特性导致WASM体积比较大。

社区有个针对嵌入式环境等 TinyGo 变种，后端同样借助 LLVM 的能力输出 WebAssembly 模块。不过因为 LLVM 的依赖非常重，导致 TinyGo 的命令行将近 100MB、同时无法方便在浏览器环境使用。可以说 TinyGo 本身并不 Tiny，只是其目标平台是针对 Tiny 的单片机和 WASM 等平台。

5.6 凹语言 —— 为 WebAssembly 而生的国产语言

凹语言是为 WebAssembly 而设计的新语言，是国内 Gopher 发起的纯社区构建的开源国产编程语言项目。同时凹语言也是国内第一个实现纯浏览器内编译、执行全链路的自研静态类型的编译型通用编程语言。凹语言不仅仅点亮了 Arduino Nano 33 开发板，同时也通过实现了 BrainFuck 虚拟机证明了其图灵完备的能力，最近还验证了通过凹语言开发 Web 版本贪吃蛇的能力。

凹语言主页：https://wa-lang.org/

5.7 KCL —— 向 WebAssembly 迁移的领域语言

Kusion 配置语言（KCL）是由来自蚂蚁的徐鹏飞负责设计的、基于约束的记录及函数语言。作为领域语言，KCL 目前也是基于 LLVM 的能力输出 WebAssembly 模块。此外，KCL团队还在设计面向 Web3 领域的合约编程语言，也是天生就选择支持 WebAssembly 平台。

KCL 语言的主页：https://kcl-lang.io/

6. WASM的一些场景

6.1 Web 应用

随着 WebAssembly 的成熟，Web 应用不在是 JavaScript 的天下。比如之前就有国外大牛基于 WASM 技术将 Windows 2000 搬到了浏览器中。而像 AutoCAD 和 谷歌地球这些重量级的应用均通过 WebAssembly 支持了浏览器。

当然，不仅仅是重量级的 Web 应用，随着 WASM 原生编程语言的成熟，可以预期会有更多的其他语言开发的 Web 应用。比如，下面是采用凹语言开发的贪吃蛇小游戏就是基于 WebAssembly：

贪吃蛇游戏在线地址：https://wa-lang.org/wa/snake/

6.2 Web3 和元宇宙应用

随着 Web3 和元宇宙概念的兴起，WebAssembly 也将作为其中的关键技术，甚至是基石技术。目前 Web3 相关的区块链行业有大量的技术基于 WebAssembly 构建，甚至专门定制 EWASM 技术标准。而元宇宙作为数字化和现实完全融合的新社会生态，其底层的软件系统更是非常依赖纯开源软件和平台无关的通用技术，因此作者推测GPL开源协议和 WebAssembly 技术将会是元宇宙的两大关键支柱。

6.3 Serverless 应用

Serverless 强依赖高度优化的冷启动，Wasm非常适合作为下一代无服务器平台运行时。SecondState、Cloudflare、Netlify和Vercel等公司都支持通过其边缘运行时部署WebAssembly功能。

下图是 AWS Lambda 中的 WebAssembly Serverless 函数工作原理：

具体细节可以参考这个文章：https://www.cncf.io/blog/2021/08/25/webassembly-serverless-functions-in-aws-lambda/

6.4 插件系统应用

得益于 WASM 的跨平台的特性，很多系统和框架在考虑通过 WASM 开发插件系统。比如 基于 eBPF 和 Wasm 技术实现给 Linux 打动态的补丁。比如蚂蚁开源的MOSN（Modular Open Smart Network），是一款主要使用 Go 语言开发的云原生网络代理平台。MSON 就支持通过 WASM 插件来扩展其能力。下图是 MOSN 插件的工作原理图：

MOSN 插件的细节可参考：https://mosn.io/blog/posts/mosn-wasm-framework/

6.5 单片机 应用

Wasm 不仅仅应用在浏览器、云计算等行业，在边缘计算等嵌入式领域也有应用场景。比如 wasm3 虚拟机就针对 arduino 提供的更精简的虚拟机，用户可以通过 wasm 技术为不同的单片机开发应用。

比如可以通过凹语言结合 wasm3-arduino 来开发 arduino 的例子，下图是本地模拟环境代码和执行效果图：

wasm3-arduino 仓库：https://github.com/wasm3/wasm3-arduino

7. WASM 教程推荐

WebAssembly 属于这个新生态的根技术、而目前正是处于根技术生态的构建阶段。因此，这类推荐的更多是偏向WebAssembly 规范、原理和实现的教程。我们希望当 WebAssembly 技术正在普及之后，用户可以通过流行的编程语言直接开发 WebAssembly 应用而不需要关系根技术的细节。

7.1 《WebAssembly 规范》—— 2022

WebAssembly 规范 1.0 草案在 2018 年发布，现在最新的 WebAssembly 2.0 在 2022 年发布。WebAssembly 规范是市面上所有该技术的实现和实践的参与源头。任何希望追根溯源、获取最前沿的 WebAssembly 发展方向的同学不仅仅推荐精读该规范，甚至还建议跟踪规范的讨论和诞生的过程。

该文档并非正式出版的图书，目前规范只有在线电子版，建议自行打印。

7.2 《WebAssembly 标准入门》—— 2018

本书是本文作者和前同事于 2018 年合著，主要讲解了WebAssembly的基础知识，其内容涵盖了WASM的历史背景、WASM中汇编语言和虚拟机指令、浏览器对WASM的支持、其它高级语言对WASM的支持等。

本书适合想要掌握WebAssembly技术、构建对应虚拟机工具、编程语言或希望了解底层细节的用户学习。

7.3 《WebAssembly: The Definitive Guide》—— 2021

这是 Oreilly 出版的相对较新的 WebAssembly 专著，不仅仅覆盖了规范本身同时结合了主流编程语言的案例。

目前国内还没有中文版本，大家可以阅读英文版本。

7.4 《WebAssembly原理与核心技术》—— 2021

这是国内虚拟机实现专家张秀宏写的一本讲述如何实现 WebAssembly 虚拟机的专著。它不仅对WebAssembly的工作原理、核心技术和规范进行了全面的剖析和解读，而且给出了实现WebAssembly解释器和AOT编译器的思路和代码。

对于希望尝试自己实现 WebAssembly 的同学建议阅读本书。

8. 2023年展望

对于 WebAssembly 来说，2022年是真正润物细无声开始落地的过程：从新的2.0标准到Ruby、Python两大主流脚本语言开始官方支持，从SQLite3开始官方支持、从Docker开始官方支持等，到为其而生的凹语言等，到真正的商业应用都有巨大的发展（而完全不是因为某个大佬的项目黄了就断言WASM要凉的节奏）。在商业应用上，Figma 基于WebAssembly打造在浏览器中的高性能应用，后被 Adobe 以 200亿 美元收购，而Adobe也在项浏览器迁移。此外，WebAssembly 也是云厂商、边缘计算和Serverless 的候选人。

随着 WebAssembly 的普及，有一些相关技术流行趋势也日趋明朗化。作者做2个小小的趋势预测：首先是WasmEdge将成为浏览器外最流行的运行时；其次是JavaScript将成为WebAssembly平台上最流行的编程语言。不过这只是5年内的短期预测，更长的发展趋势还需要看 WebAssembly 生态其他的基础设施和编程语言发展状态。

尽管目前 WebAssembly 发展喜人，但百废待兴仍有许多工作要做。我们希望大家更多的是参与到 WebAssembly 建设中去，而不是仅仅作为围观者。作为凹语言作者我们希望在2023年真正解决语言的可用性和易用性的问题，让WebAssembly应用构建更加简单。WebAssembly 作为一个新兴的赛道，作为一个基础设施必将带来更大的生态洗牌，这是一个值得关注和投入的方向，让我们携手共建 WASM 原生时代。