本文要点

Deno和Node.js都在基于C/C++的运行时上执行JavaScript代码，以实现较高的性能。
Deno是单一的二进制应用，不兼容NPM模块，并且很难将原生模块加入应用中。
WebAssembly提供了一种在Deno应用中运行高性能代码的途径。
对于服务端应用程序来说，WebAssembly是安全、可移植和轻量级的容器。
Rust编译器工具链为WebAssembly提供了强大的支持。

备受期待的Deno项目终于发布了1.0版本！Deno是由Node.js的创始人Ryan Dahl创建的，旨在解决他所说的“我为Node.js感到遗憾的十件事”。

Deno抛弃了NPM和臭名昭著的node_modules。它是单个二进制可执行文件，可运行以TypeScript和JavaScript编写的应用程序。

但是，尽管TypeScript和JavaScript适合大多数Web应用程序，但它们可能难以满足计算密集型任务的需求，如神经网络训练和推理、机器学习和加密应用等。实际上，Node.js就经常需要使用原生库来执行这些任务（例如使用openssl执行加密任务）。

既然没有类似NPM的系统来加入原生模块的话，我们该怎样在Deno上编写需要原生性能的服务端应用程序呢？这就要轮到WebAssembly上场了！在这篇文章中，我们将在Rust中编写一些高性能函数，并将它们编译为WebAssembly，然后在你的Deno应用程序中运行它们。

太长不看版

从GitHub克隆或fork这个Deno入门项目模板。按照说明操作，只需5分钟你就能在Deno中运行第一个WebAssembly函数（由Rust编写）。

一点背景

Node.js之所以非常成功，是因为它为开发人员做到了鱼与熊掌兼得：JavaScript的易用性（尤其是编写基于事件的异步应用程序时）以及C/C++的高性能。Node.js应用程序是用JavaScript编写的，但会在基于C/C++的原生运行时上执行，这些运行时包括谷歌V8 JavaScript引擎和许多原生库模块。Deno希望能复制这种成功路径，但在这个过程中它使用了TypeScript和Rust支持的现代技术栈。

Deno是用于JavaScript和TypeScript的简单、现代化且安全的运行时，它使用了V8引擎，并在Rust内构建。——deno.land网站。

在他的著名演讲“我为Node.js感到遗憾的十件事”中，Node.js的创建者Ryan Dahl解释了从头开始创建Deno这个Node.js的竞争对手（甚至替代者）的理由。Dahl的遗憾主要集中在Node.js管理第三方代码和模块的机制上。

用于将C模块链接到Node.js的复杂构建系统。
package.json、node_modules、index.js和其他NPM工件引入了不必要的复杂性。

于是，Deno在管理依赖项时有意选择了一些方式来避免上述问题。

Deno是单个二进制可执行文件。
应用程序是使用TypeScript或JavaScript编写的，在代码中将依赖项明确声明为import语句，并带有完整的URL，链接到依赖项的源代码。
Deno与Node.js模块不兼容。

这些都没问题，但那些需要更高性能的应用程序该怎么办呢？例如需要在毫秒级别执行复杂神经网络模型运算的AI即服务应用程序？在Deno和Node.js中，许多函数都是通过TypeScript或JavaScript API调用，但以Rust或C语言编写的原生代码执行。在Node.js中，开发人员总是可以选择从JavaScript API调用第三方原生库。但我们目前无法在Deno中这样做吗？

Deno中的WebAssembly支持

WebAssembly是一种轻量级虚拟机，旨在以接近原生的速度执行可移植字节码。你可以将Rust或C/C++函数编译为WebAssembly字节码，然后从TypeScript访问这些函数。对于某些任务，它可能比用TypeScript编写的等效函数要快得多。例如，这份IBM研究发现，对于某些数据处理算法，Rust和WebAssembly可以将Node.js的执行速度提高1200％至1500％。

Deno内部使用谷歌V8引擎。V8不仅是一个JavaScript运行时，还是一个WebAssembly虚拟机。Deno对WebAssembly提供了开箱即用的支持。Deno为你的TypeScript应用程序提供了一个API，以调用WebAssembly中的函数。

实际上，WebAssembly中已经实现了一些流行的Deno组件。例如，Deno中的sqlite module是使用Emscripten将sqlite的C源代码编译到WebAssembly中的成果。Deno WASI组件使WebAssembly应用程序可以访问操作系统的底层资源，例如文件系统。在本文中，我将教你如何用Rust和WebAssembly编写高性能的Deno应用程序。

设置

当然，第一步是安装Deno！在大多数系统上，这一步只需一条命令足矣。

$ curl -fsSL https://deno.land/x/install/install.sh | sh

由于我们正在用Rust编写函数，因此你还需要安装Rust语言编译器和工具。

$ curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh

最后，ssvmup工具可以自动执行构建过程并生成所有工件，以使你的Deno应用程序轻松调用Rust函数。同样，用一条命令就能安装ssvmup依赖项。

$ curl https://raw.githubusercontent.com/second-state/ssvmup/master/installer/init.sh -sSf | sh

注意：ssvmup使用wasm-bindgen在JavaScript和Rust源代码之间自动生成“胶水”代码，以便它们可以使用自己的原生数据类型来通信。没有它，函数参数和返回值只能限制在WebAssembly原生支持的一些非常简单的类型上（如32位整数）。例如，如果没有ssvmup和wasm-bindgen，你就无法使用字符串或数组。

Hello world

首先，我们来研究一下Deno hello world示例中使用的hello world示例。你可以从GitHub获取hello world源代码和应用程序模板。

Rust函数位于src/lib.rs文件中，只需在输入字符串前加上“hello”即可。注意，say()函数使用#[wasm_bindgen]注解，使ssvmup可以生成必要的“管道”，以从TypeScript来调用它。

#[wasm_bindgen]
pub fn say(s: &str) -> String {
  let r = String::from("hello ");
  return r + s;
}

Deno应用程序位于deno/server.ts文件中。这个应用程序从pkg/functions_lib.js文件（由ssvmup工具生成）中导入Rustsay()函数。functions_lib.js这个文件名是由Cargo.toml文件中定义的Rust项目名称确定的。

import { serve } from "https://deno.land/std/http/server.ts";
import { say } from '../pkg/functions_lib.js';

type Resp = {
    body: string;
}

const s = serve({ port: 8000 });
console.log("http://localhost:8000/");
for await (const req of s) {
  let r = {} as Resp;
  r.body = say (" World\n");
  req.respond(r);
}

现在我们运行ssvmup，将Rust函数构建为一个Deno WebAssembly函数。

$ ssvmup build --target deno

ssvmup成功完成任务后，你可以检查pkg/functions_lib.js文件，看看Deno WebAssembly API是怎样执行已编译的WebAssembly文件pkg/functions_lib.wasm的。
接下来运行Deno应用程序。Deno需要读取文件系统的权限（因为它需要加载WebAssembly文件），并需要访问网络（因为它需要接收和响应HTTP请求）。

$ deno run --allow-read --allow-net --allow-env --unstable deno/server.ts

注意：如果你之前已经安装了Deno，并在这里遇到了一个错误，这很可能是由于缓存过的库的版本冲突导致的。按照这里的指导来重建Deno缓存。
在另一个终端窗口中，你现在可以访问Deno Web应用程序，让它通过HTTP连接说hello了！

$ curl http://localhost:8000/
hello  World

一个更复杂的例子

入门模板项目包括了几个更详细的示例，以展示如何在Deno TypeScript和Rust函数之间传递复杂的数据。下面是src/lib.rs中的其他一些Rust函数。请注意，它们每个都用#[wasm_bindgen]注解过了。

#[wasm_bindgen]
pub fn obfusticate(s: String) -> String {
  (&s).chars().map(|c| {
    match c {
      'A' ..= 'M' | 'a' ..= 'm' => ((c as u8) + 13) as char,
      'N' ..= 'Z' | 'n' ..= 'z' => ((c as u8) - 13) as char,
      _ => c
    }
  }).collect()
}

#[wasm_bindgen]
pub fn lowest_common_denominator(a: i32, b: i32) -> i32 {
  let r = lcm(a, b);
  return r;
}

#[wasm_bindgen]
pub fn sha3_digest(v: Vec<u8>) -> Vec<u8> {
  return Sha3_256::digest(&v).as_slice().to_vec();
}

#[wasm_bindgen]
pub fn keccak_digest(s: &[u8]) -> Vec<u8> {
  return Keccak256::digest(s).as_slice().to_vec();
}

也许最有趣的是create_line()函数。它接收两个JSON字符串（每个字符串代表一个Point结构），并返回一个代表Line结构的JSON字符串。注意，Point和Line结构都使用Serialize和Deserialize注解，这样Rust编译器就能自动生成必要的代码，以支持它们与JSON字符串之间的转换。

use wasm_bindgen::prelude::*;
use serde::{Serialize, Deserialize};

#[derive(Serialize, Deserialize, Debug)]
struct Point {
  x: f32,
  y: f32
}

#[derive(Serialize, Deserialize, Debug)]
struct Line {
  points: Vec<Point>,
  valid: bool,
  length: f32,
  desc: String
}

#[wasm_bindgen]
pub fn create_line (p1: &str, p2: &str, desc: &str) -> String {
  let point1: Point = serde_json::from_str(p1).unwrap();
  let point2: Point = serde_json::from_str(p2).unwrap();
  let length = ((point1.x - point2.x) * (point1.x - point2.x) + (point1.y - point2.y) * (point1.y - point2.y)).sqrt();

  let valid = if length == 0.0 { false } else { true };
  let line = Line { points: vec![point1, point2], valid: valid, length: length, desc: desc.to_string() };
  return serde_json::to_string(&line).unwrap();
}

#[wasm_bindgen]
pub fn say(s: &str) -> String {
  let r = String::from("hello ");
  return r + s;
}

接下来我们检查一下JavaScript程序deno/test.ts，它显示了如何调用Rust函数。如你所见，String和&str是JavaScript的简单字符串，i32是数字，而Vec或&[8]是JavaScript Uint8Array。JavaScript对象需要先通过JSON.stringify()或JSON.parse()才能传入Rust函数或从Rust函数返回。

import { say, obfusticate, lowest_common_denominator, sha3_digest, keccak_digest, create_line } from '../pkg/functions_lib.js';

const encoder = new TextEncoder();

console.log( say("SSVM") );
console.log( obfusticate("A quick brown fox jumps over the lazy dog") );
console.log( lowest_common_denominator(123, 2) );
console.log( sha3_digest(encoder.encode("This is an important message")) );
console.log( keccak_digest(encoder.encode("This is an important message")) );

var p1 = {x:1.5, y:3.8};
var p2 = {x:2.5, y:5.8};
var line = JSON.parse(create_line(JSON.stringify(p1), JSON.stringify(p2), "A thin red line"));
console.log( line );

运行ssvmup构建Rust库之后，在Deno运行时中运行deno/test.ts会生成以下输出：

$ ssvmup build --target deno
... Building the wasm file and JS shim file in pkg/ ...

$ deno run --allow-read --allow-env --unstable deno/test.ts
hello SSVM
N dhvpx oebja sbk whzcf bire gur ynml qbt
246
Uint8Array(32) [
  87, 27, 231, 209, 189, 105, 251,  49,
  ... ...
]
Uint8Array(32) [
  126, 194, 241, 200, 151, 116, 227,
  ... ...
]
{
  points: [ { x: 1.5, y: 3.8 }, { x: 2.5, y: 5.8 } ],
  valid: true,
  length: 2.2360682,
  desc: "A thin red line"
}

下一步计划

现在我们就可以创建Rust函数，并从Deno TypeScript应用程序访问它们。你可以在Rust函数中放置大量计算密集型任务，并通过Deno提供高性能和安全的Web服务。这类服务的例子包括机器学习和图像识别等。

将来，你还可以通过WebAssembly系统接口（WASI），在你的Deno应用程序中访问随机数、环境变量和文件系统等系统资源。

作者介绍

Michael Yuan博士是五本软件工程书籍的作者。他的最新著作《构建区块链应用》由Addison-Wesley在2019年12月出版。Yuan博士是Second State的联合创始人，这是一家将WebAssembly和Rust技术引入云、区块链和AI应用程序的初创公司。Second State使开发人员能够在Node.js上部署快速、安全、可移植和无服务器的Rust函数。感兴趣的读者可以订阅WebAssembly.Today通讯来获取最新信息。

原文链接：

Deno Loves WebAssembly

创作场景

WebAssembly 是 Deno 的好搭档