حالات استخدام WASM: معالجة الصور والحوسبة

يتضمن مسار معالجة الصور القياسي باستخدام WASM الحصول على كائن ImageData من canvas، وتحويل بيانات البكسلات إلى مصفوفة ذات نوع (Uint8Array)، ونسخها إلى الذاكرة الخطية لـ WASM، واستدعاء دالة WASM لتطبيق المرشح، ثم نسخ النتيجة وإعادتها واستخدام putImageData() لعرض الصورة المعالجة على canvas.

تُظهر مقارنات المعايير باستمرار أن تطبيقات مرشحات التدرج الرمادي والضبابية باستخدام WASM تتفوق على تطبيقات JavaScript المكافئة بمقدار 5 إلى 10 أضعاف في الصور الكبيرة. فبالنسبة إلى صورة بأبعاد 4000x3000 بكسل، قد يستغرق مرشح التدرج الرمادي في JavaScript مدة 80ms، بينما تكتمل نسخة Rust WASM في أقل من 10ms. ويكون هذا الفرق ملحوظًا للمستخدمين في سيناريوهات التحرير الفوري.

تستخدم معالجة الصوت في الوقت الفعلي AudioWorklet من Web Audio API، الذي يعمل في خيط صوت مخصص منفصل عن الخيط الرئيسي. ويمكن تشغيل WASM داخل AudioWorklet لتوفير مؤثرات صوتية قريبة من الأداء الأصلي، مثل الصدى والضغط والمعادلة. ويتجاوز ذلك React بالكامل في مسار الصوت؛ إذ يتولى React فقط عناصر تحكم واجهة المستخدم التي تهيّئ معلمات الصوت.

يتعامل Papa Parse جيدًا مع تحليل CSV في JavaScript للملفات الصغيرة والمتوسطة، لكن بالنسبة إلى الملفات التي تحتوي على ملايين الصفوف، يكون محلل CSV مكتوبًا بلغة Rust ومُصرَّفًا إلى WASM أسرع بكثير. يعالج محلل WASM مصفوفة البايتات الخام، ويطبّق التصفية والتحويل في Rust، ثم يعيد النتيجة المعالجة فقط إلى JavaScript، متجنبًا إنشاء ملايين الكائنات الوسيطة في JavaScript.

يوفّر محرّك تعبيرات نمطية من Rust، مُصرَّفًا إلى WASM، أداء بحث قريبًا من الأداء الأصلي للبحث السريع في النص الكامل داخل المستندات الكبيرة، مثل ملفات السجل وقواعد الكود ومجموعات البيانات الكبيرة. ويمكن لمكتبات مثل حزمة Rust ‏regex البحث في ملايين الأسطر خلال بضعة مللي ثوانٍ. يعرض React نتائج البحث، بينما يتولى WASM إجراء البحث.

توفر دوال التجزئة التشفيرية (SHA-256 وSHA-512) والتشفير المتماثل (AES) المُنفَّذة في Rust WASM أداءً سريعًا وحتميًا لا يعتمد على تحسينات محرّك JavaScript. وبالنسبة إلى التطبيقات التي تُجري التشفير من جانب العميل، مثل المراسلة المشفّرة من طرف إلى طرف واشتقاق كلمات المرور باستخدام Argon2، تتفوق مكتبات التشفير المعتمدة على WASM بدرجة كبيرة على التطبيقات المكتوبة بالكامل بلغة JavaScript.

محرك الفيزياء Rapier ‏(rapier.rs) مكتوب بلغة Rust ومُصرَّف إلى WASM، مما يجعله متاحًا لألعاب المتصفح والمحاكاة التفاعلية. يعرض React واجهة اللعبة ولوحات الحالة، بينما تشغّل وحدة Rapier WASM محاكاة الفيزياء في كل إطار. ويفصل هذا النمط بوضوح بين اهتمامات واجهة المستخدم واهتمامات محرك اللعبة.

تُعدّ دوال WASM دوال حسابية صرفة من منظور React: فهي تستقبل بيانات الإدخال وتعيد النتائج. يستدعيها React، ويتلقى النتائج، ويحدّث الحالة: const result = await runWasm(inputData); setState(result). ثم يعيد React التصيير لعرض النتائج. ويحافظ هذا الفصل الواضح على بساطة كود المكوّن بغض النظر عن تعقيد الحساب.

يؤدي تشغيل حسابات WASM المتزامنة على خيط React الرئيسي إلى حظر المتصفح: فلا تحديثات لواجهة المستخدم، ولا معالجة للأحداث، ولا رسوم متحركة حتى يكتمل الحساب. وبالنسبة إلى أي عملية WASM تستغرق أكثر من 16ms، أي إطار واحد عند 60fps، انقل الحساب إلى Web Worker. ويتواصل React مع Worker عبر الرسائل ويحدّث الحالة عند وصول النتائج.

عند تمرير مصفوفات كبيرة بين JavaScript وWASM، تجنب النسخ متى أمكن. يمكنك الوصول مباشرةً إلى الذاكرة الخطية لـ WASM عبر ArrayBuffer‏ memory.buffer، وكتابة بيانات الإدخال باستخدام عروض المصفوفات ذات الأنواع (new Uint8Array(wasmMemory.buffer, offset, length))، ثم استدعاء دالة WASM وقراءة النتائج من المخزن المؤقت نفسه. ويُعد هذا النمط القائم على النسخ الصفري مهمًا للصور الكبيرة والمخازن المؤقتة الصوتية.

توفر خوارزميتا الضغط Brotli وZstd، بعد تجميعهما إلى WASM، ضغطًا سريعًا من جهة العميل. ومن حالات استخدامهما في تطبيقات React: ضغط حمولات JSON الكبيرة قبل رفعها لتوفير النطاق الترددي، وفك ضغط تنسيقات البيانات الثنائية القادمة من الخادم لعرضها، وتمكين تطبيقات غنية قابلة للعمل دون اتصال، وتخزين البيانات المضغوطة في IndexedDB.

لماذا ينبغي نقل حسابات WASM طويلة التشغيل إلى Web Worker؟

يتفوق WASM في معالجة البكسلات (أسرع من JS بمقدار 5-10x في مرشحات الصور)، ومعالجة الصوت في الوقت الفعلي باستخدام AudioWorklets، وتحليل ملفات CSV والنصوص الكبيرة، والعمليات التشفيرية، ومحاكاة الفيزياء. نمط React بسيط: يستدعي React‏ WASM كدالة حسابية خالصة ثم يعرض النتائج. شغّل دائمًا الحسابات التي تستغرق أكثر من 16ms في Web Worker لإبقاء الخيط الرئيسي متاحًا. استخدم تقنيات النسخ الصفري (shared ArrayBuffer) عند نقل البيانات الكبيرة لتقليل الحمل إلى أدنى حد.