Früher war JavaScript die einzige Sprache, mit der sich interaktive Webapplikationen im Browser entwickeln ließen. Doch mit der Einführung des offenen Standards WebAssembly hat sich dies grundlegend geändert. Dieser Beitrag führt kompakt und verständlich in das Thema ein.

Definition

WebAssembly (Wasm) ist ein binäres Befehlsformat, das es ermöglicht, Code nahezu in nativer Geschwindigkeit in Webbrowsern auszuführen. Es dient als Kompilationsziel für Sprachen wie C, C++ und Rust und arbeitet ergänzend zu JavaScript, sodass beide Technologien in Webanwendungen kombiniert werden können. Wasm bietet eine leistungsstarke Alternative zu JavaScript für rechenintensive Anwendungen und wird von allen großen Browseranbietern unterstützt. Der Code wird als Bytecode ausgeführt, wodurch er effizient verarbeitet werden kann, ohne zur Laufzeit interpretiert zu werden. Entwickelt als offener Webstandard durch das World Wide Web Consortium (W3C), ermöglicht Wasm eine plattformübergreifende, performante und sichere Webentwicklung.

Mehrwert

WebAssembly wurde entwickelt, um bestimmte Herausforderungen der Webentwicklung zu lösen. Doch welchen Mehrwert kann dieser neue Standard im Web bringen?

Der Standard ermöglicht es, leistungsstarken Code in Sprachen wie C, C++ oder Rust direkt im Web auszuführen, wodurch besonders komplexe und rechenintensive Anwendungen schneller und effizienter laufen. Es ergänzt JavaScript, ersetzt es aber nicht! Damit können Entwickler:innen beide Technologien kombinieren, um die Vorteile beider zu nutzen. Da Wasm als kompakte Binärdatei vorliegt, kann es im Browser schneller ausgeführt werden als herkömmlicher JavaScript-Code, der zur Laufzeit optimiert werden muss. Dies macht es ideal für Anwendungen wie 3D-Grafikprogramme, Simulationen oder Spiele, die sonst nicht mit JavaScript allein umsetzbar wären. Dank der Unterstützung aller großen Browserhersteller lässt sich Wasm genauso einfach nutzen wie JavaScript, ohne dass Nutzer:innen zusätzliche Software installieren müssen.

Konzept

Um einen gewissen Eindruck zu bekommen, welches Konzept die Technologie verfolgt, ist ein Blick auf die Architektur hilfreich:

Allgemein ist zu sagen, dass Programme in WebAssembly als Module organisiert sind, die kompakte Binärcode-Einheiten enthalten und unabhängig von der zugrunde liegenden Hardware ausgeführt werden können. Jedes Modul deklariert Importe und Exporte, um mit der Host-Umgebung zu interagieren und bleibt selbst zustandslos. Zur Laufzeit wird ein Modul durch eine Instanz aktiviert, die es mit den benötigten Ressourcen verbindet. Das sind ein Speicher, ein lineares, erweiterbares Byte-Array für die Speicherverwaltung und eine Tabelle, die Funktionsreferenzen verwaltet. Die Ausführung erfolgt innerhalb einer virtuellen Maschine, die den Code validiert, optimiert und ausführt, während eine isolierte Sandbox sicherstellt, dass der Code nur explizit freigegebene Funktionen aufrufen kann.

Nutzung in der Praxis

Das Befehlsformat Wasm ermöglicht die effiziente Nutzung bestehender Codebasen im Web, indem es als performantes Kompilierungsziel für Hochsprachen wie C, C++ oder Rust dient. Unternehmen wie Autodesk (AutoCAD) und Figma haben durch die Migration zu Wasm erhebliche Leistungssteigerungen erzielt, da der kompakte Binärcode schneller ausgeführt wird als JavaScript. Besonders in Anwendungsfällen mit hohen Rechenanforderungen, wie der Bildkomprimierung in Discourse oder dem Rendering in Figma, zeigt sich die Überlegenheit von Wasm gegenüber herkömmlichen Webtechnologien. Die Trennung in WebAssembly Text Format (WAT) und das eigentliche Binärformat (Wasm) ermöglicht zudem eine Analyse der Funktionsweise, obwohl die eigentliche Programmierung nicht direkt in WebAssembly erfolgt.

Dennoch sind aus der Praxis einige Einschränkungen in der Nutzung bekannt. Ein wichtiger Punkt ist das fehlende eigene Speichermanagement (Garbage Collection) und die unterschiedliche Speicherarchitektur gegenüber JavaScript (JS), die eine effiziente Interaktion mit JS erschwert. Ebenfalls erwähnenswert sind einerseits der fehlende direkte Zugriff auf das DOM (Document Object Model) und andererseits bestehende Sicherheitsrisiken, da Wasm in der JavaScript-Sandbox läuft und dessen Schwachstellen, wie eingeschränkte Speichertransparenz und schwieriges Debugging, übernimmt.

Zukünftiger Einsatz

In den kommenden Jahren wird sich WebAssembly vermutlich rasant weiterentwickeln und neue Einsatzmöglichkeiten erschließen. Durch Verbesserungen wie native Garbage Collection, besseren DOM-Zugriff und optimierte Interoperabilität mit JavaScript wird es noch leistungsfähiger und vielseitiger einsetzbar. Neben klassischen Webanwendungen erweitert sich sein Einfluss auf serverseitige Programme, Cloud-Computing und Unternehmenssoftware, wo es als performante und plattformübergreifende Lösung dienen kann. Besonders für rechenintensive Anwendungen wie 3D-Rendering, Bildkomprimierung oder Simulationen im Browser bietet Wasm enorme Vorteile. Während es für einfache Webseiten oft überdimensioniert erscheint, könnte es in spezifischen Bereichen sogar traditionelle Webframeworks herausfordern und völlig neue Möglichkeiten für interaktive Webanwendungen schaffen.

Resümee

Mit WebAssembly kam eine Technologie auf den Markt, die neue Möglichkeiten für die Webentwicklung eröffnet, indem es neben JavaScript eine leistungsfähige Alternative für rechenintensive Anwendungen bietet. Durch die kompakte Binärstruktur läuft Code nahezu in nativer Geschwindigkeit und wird bereits von Unternehmen wie Autodesk und Figma erfolgreich eingesetzt. Besonders für komplexe Webanwendungen wie 3D-Grafik, Simulationen oder Bildverarbeitung bietet Wasm spürbare Performancevorteile. Herausforderungen wie der eingeschränkte DOM-Zugriff und das fehlende Speichermanagement bestehen noch, doch stetige Weiterentwicklungen verbessern die Integration. In Zukunft könnte WebAssembly nicht nur das Web, sondern auch Bereiche wie Cloud-Computing und serverseitige Anwendungen nachhaltig prägen.

Quellen:

• https://webassembly.org/
• https://developer.mozilla.org/de/docs/WebAssembly
• https://www.ionos.at/digitalguide/websites/web-entwicklung/was-ist-webassembly/
• https://www.computerweekly.com/de/definition/WebAssembly-Wasm
• https://hellocoding.de/blog/coding-language/webassembly-im-browser

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Beitragsbild:
https://github.com/carlosbaraza/web-assembly-logo