JS `WebAssembly` `Exception Handling` 提案：跨语言错误传播与捕获

各位朋友，晚上好！欢迎来到今天的“WebAssembly 异常处理：跨语言错误传播与捕获”讲座。今天咱们聊聊一个相当酷炫，而且在某些场景下能拯救你于水火之中的 WebAssembly 新特性：异常处理。

一、啥是 WebAssembly 异常处理？为啥我们需要它？

首先，咱们先弄明白啥是 WebAssembly 异常处理。简单来说，它就是一种让 WebAssembly 代码能够抛出异常，并且让 JavaScript 或者其他 WebAssembly 模块能够捕获这些异常的机制。

那么，问题来了，为啥我们需要这个东西呢？

想象一下，你用 C++ 写了一个非常牛逼的图像处理库，然后把它编译成了 WebAssembly。你在 JavaScript 里调用这个库，结果，C++ 代码里出了个 bug，比如除以了零，或者访问了空指针。

在没有异常处理的情况下，通常会发生什么呢？WebAssembly 模块可能会直接崩溃，或者返回一个错误码。JavaScript 只能通过检查返回值来判断是否发生了错误，这简直太麻烦了！而且，崩溃了你还不知道是哪里崩溃，debug都困难。

有了异常处理，C++ 代码就可以抛出一个异常，JavaScript 可以捕获这个异常，然后优雅地处理它，比如显示一个友好的错误信息，或者尝试恢复操作。这就像给你的 WebAssembly 代码装上了一个“安全气囊”，避免了 crash 风险。

二、异常处理的原理：从 try-catch 到 WebAssembly

说到异常处理，大家肯定不陌生，JavaScript 里有 try...catch，C++ 里也有 try...catch。WebAssembly 的异常处理机制，其实也是借鉴了这些成熟的方案。

但是，WebAssembly 的异常处理，又有一些自己的特点。主要体现在以下几个方面：

跨语言互操作： 异常可以在 WebAssembly 和 JavaScript 之间传递。这意味着，你可以用 C++ 抛出一个异常，然后在 JavaScript 里捕获它，反之亦然。
类型化的异常： WebAssembly 的异常可以是类型化的，这意味着你可以定义自己的异常类型，并且根据不同的异常类型来采取不同的处理方式。
零成本异常（Zero-cost exceptions）： 在没有抛出异常的情况下，异常处理机制几乎不会带来性能开销。这对于性能敏感的应用来说非常重要。

三、WebAssembly 异常处理的语法：try, catch, throw

WebAssembly 异常处理的核心语法包括三个关键字：try, catch, throw。

try: 用于包裹可能抛出异常的代码块。
catch: 用于捕获 try 代码块中抛出的异常。
throw: 用于抛出一个异常。

下面是一个简单的 WebAssembly 异常处理的例子：

(module
  (type $exception_type (struct))  ;; 定义一个异常类型

  (func $throw_exception (export "throw_exception")
    (throw $exception_type (struct.new $exception_type))) ;; 抛出一个异常

  (func $try_catch (export "try_catch")
    (try  ;; 开始 try 代码块
      (call $throw_exception)  ;; 调用可能抛出异常的函数
    (catch $exception_type  ;; 捕获 $exception_type 类型的异常
      (i32.const 1)  ;; 如果捕获到异常，返回 1
      return)
    (i32.const 0)  ;; 如果没有捕获到异常，返回 0
    return))
)

这个 WebAssembly 模块定义了一个异常类型 $exception_type，然后定义了一个 throw_exception 函数，用于抛出一个 $exception_type 类型的异常。try_catch 函数尝试调用 throw_exception 函数，如果抛出了 $exception_type 类型的异常，就捕获它，并返回 1；否则，返回 0。

接下来，咱们看看如何在 JavaScript 里使用这个 WebAssembly 模块：

async function runWasm() {
  const response = await fetch('exception.wasm'); // 假设你的wasm文件名为exception.wasm
  const bytes = await response.arrayBuffer();
  const module = await WebAssembly.compile(bytes);
  const instance = await WebAssembly.instantiate(module);

  try {
    const result = instance.exports.try_catch();
    console.log("Result:", result); // 输出: Result: 1，因为异常被捕获了
  } catch (error) {
    console.error("Caught an error in JavaScript:", error); // 理论上不会执行到这里，因为异常已经被wasm内部捕获了
  }
}

runWasm();

这个 JavaScript 代码首先加载 WebAssembly 模块，然后实例化它。接着，它调用 WebAssembly 模块的 try_catch 函数，并且用 try...catch 包裹了这次调用。但是请注意，这里的 catch 实际上不会被执行，因为异常已经在 WebAssembly 内部被处理了。

四、更复杂的例子：跨语言异常传播

现在，咱们来看一个更复杂的例子，展示如何在 WebAssembly 和 JavaScript 之间传播异常。

首先，修改一下 WebAssembly 模块，让它抛出的异常能够被 JavaScript 捕获：

(module
  (type $exception_type (struct))

  (import "js" "throw_js_exception" (func $throw_js_exception))  ;; 导入 JavaScript 里的抛异常函数

  (func $throw_wasm_exception (export "throw_wasm_exception")
    (throw $exception_type (struct.new $exception_type)))  ;; 抛出一个 WASM 异常

  (func $call_js_throw (export "call_js_throw")
   (call $throw_js_exception))
)

这个 WebAssembly 模块导入了一个名为 throw_js_exception 的 JavaScript 函数，然后定义了一个 call_js_throw 函数，用于调用这个 JavaScript 函数。

接下来，修改 JavaScript 代码，让它定义 throw_js_exception 函数，并且捕获 WebAssembly 模块抛出的异常：

async function runWasm() {
  const response = await fetch('exception.wasm');
  const bytes = await response.arrayBuffer();
  const module = await WebAssembly.compile(bytes);

  const importObject = {
    js: {
      throw_js_exception: function() {
        throw new Error("Exception from JavaScript!");  // JavaScript 抛出一个异常
      }
    }
  };

  const instance = await WebAssembly.instantiate(module, importObject);

  try {
    instance.exports.call_js_throw();
  } catch (error) {
    console.error("Caught an error in JavaScript:", error); //  输出: Caught an error in JavaScript: Error: Exception from JavaScript!
  }

   try {
    instance.exports.throw_wasm_exception();
  } catch (error) {
    console.error("Caught a WASM error in JavaScript:", error); // 输出 WASM 的异常信息
  }
}

runWasm();

在这个 JavaScript 代码中，我们定义了 throw_js_exception 函数，它抛出一个 JavaScript 异常。然后，我们调用 WebAssembly 模块的 call_js_throw 函数，这个函数会调用 throw_js_exception 函数，从而抛出一个 JavaScript 异常。JavaScript 代码捕获了这个异常，并且打印了错误信息。同样，我们也能捕获WASM模块自身抛出的异常。

五、异常类型的定义：struct 和 tag

在 WebAssembly 中，异常类型是通过 struct 和 tag 来定义的。struct 用于定义异常的数据结构，tag 用于标识异常的类型。

例如，你可以定义一个包含错误码和错误信息的异常类型：

(module
  (type $error_info (struct (field i32) (field (ref null string))))  ;; 定义错误信息的数据结构

  (tag $error_tag (param $error_info))  ;; 定义一个 tag，关联到错误信息

  (func $throw_error (export "throw_error") (param i32 (ref null string))
    (local.get 0)  ;; 错误码
    (local.get 1)  ;; 错误信息
    (struct.new $error_info)  ;; 创建错误信息结构体
    (throw $error_tag))  ;; 抛出异常
)

在这个例子中，我们定义了一个名为 $error_info 的 struct，它包含一个 i32 类型的错误码和一个 string 类型的错误信息。然后，我们定义了一个名为 $error_tag 的 tag，它关联到 $error_info。最后，我们定义了一个 throw_error 函数，用于抛出一个 $error_tag 类型的异常，并且传递一个 $error_info 结构体作为参数。

在 JavaScript 里，你可以通过 WebAssembly.Tag 来访问 WebAssembly 模块中定义的 tag，并且通过 error.get() 来获取异常的数据。

六、异常处理的注意事项：性能、代码大小、兼容性

虽然 WebAssembly 异常处理非常强大，但是在实际使用中，还需要注意一些问题：

性能： 虽然零成本异常在没有抛出异常的情况下几乎不会带来性能开销，但是一旦抛出异常，性能开销就会比较大。因此，应该尽量避免频繁地抛出异常。
代码大小： 异常处理会增加 WebAssembly 模块的代码大小。如果你的应用对代码大小非常敏感，可以考虑使用其他错误处理机制，比如返回错误码。
兼容性： WebAssembly 异常处理是一个相对较新的特性，一些旧版本的浏览器可能不支持。因此，在使用异常处理之前，应该先检查浏览器的兼容性。

七、异常处理的最佳实践：如何优雅地处理错误

最后，咱们来聊聊异常处理的最佳实践。以下是一些建议：

只在必要的时候使用异常处理： 异常处理应该用于处理那些无法预料的错误，比如除以零、访问空指针等。对于那些可以预料的错误，比如用户输入错误，应该使用其他错误处理机制，比如返回错误码。
定义清晰的异常类型： 应该根据不同的错误类型，定义不同的异常类型。这样可以方便 JavaScript 代码根据不同的异常类型来采取不同的处理方式。
提供详细的错误信息： 异常应该包含详细的错误信息，比如错误码、错误描述、发生错误的函数名等。这样可以方便开发者快速定位问题。
优雅地处理异常： JavaScript 代码应该优雅地处理异常，比如显示一个友好的错误信息，或者尝试恢复操作。避免直接崩溃或者抛出未处理的异常。

八、总结

WebAssembly 异常处理是一个非常有用的特性，它可以让 WebAssembly 代码更好地与 JavaScript 代码集成，并且提高应用的健壮性。虽然异常处理有一些缺点，比如性能开销和代码大小增加，但是只要合理使用，就可以避免这些问题。

总之，掌握 WebAssembly 异常处理，可以让你在构建复杂的 Web 应用时更加得心应手。希望今天的讲座对你有所帮助！

感谢大家的聆听！

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