使用 MoonBit 开发 Wasm 组件模型

2024年8月7日 · 阅读需 9 分钟

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Wasm组件

WebAssembly（Wasm）是一种新的低级虚拟指令集标准（low-level virtual instruction set standard），用于沙箱模型。低级的，意味着它接近原生速度。虚拟的，意味着它可以在包括浏览器和操作系统在内的多个运行时（runtime）上运行，例如wasmtime或wamr。它是沙箱模型，这意味着它不能与外界交互，除非使用FFI。不过FFI只能返回数字，因此通过线性内存进行数据传输是更有效的方法。许多编程语言都可以编译成Wasm，包括Java、JavaScript/TypeScript、Python、Rust以及当然还有MoonBit。

那么如何结合用不同编程语言实现的Wasm组件呢？我们便需要引入组件模型（component model），一个统一接口的提案。通过组件模型，我们可以定义一个高级抽象的API。只要接口匹配，组件就可以与不同组件结合。

本文将介绍如何使用MoonBit编写一个输出“Hello World”的小型HTTP服务器。通过本教程我们可以看出，MoonBit在开发Wasm组件模型时实现了高兼容性和互操作性，同时能够显著减少输出大小。

操作步骤

我们将编写一个小型HTTP服务器，它将使用MoonBit打印“Hello World”。先决条件如下：

wit-deps
wit-bindgen with MoonBit（目前需要从源代码构建，因此还需要Rust工具链）
wasm-tools
wasmtime
当然还有MoonBit工具链。

定义WIT（Wasm Interface Type）

首先，你需要使用WIT定义接口（如何使用详见官方手册）。

在wit/deps.toml中指定依赖项。本教程中仅使用wasi-http版本0.2.0。

http = "https://github.com/WebAssembly/wasi-http/archive/v0.2.0.tar.gz"

使用wit-deps更新依赖项，在wit/deps文件夹中可以看到所有依赖项。

然后我们在wit/world.wit中指定“世界”对应于生成的Wasm：

package moonbit:example;

world server {
  export wasi:http/incoming-handler@0.2.0;
}

一个“世界”可以包含其他“世界”，或导入/导出接口。这里我们导出wasi:http版本0.2.0的incoming-handler接口，因为HTTP服务器需要导出一个传入处理程序接口，以便运行时可以使用它来处理传入请求并生成响应。

生成代码

在这一步骤，我们会使用wit-bindgen生成代码。你可以利用这个命令安装：

cargo install wit-bindgen-cli --git https://github.com/peter-jerry-ye/wit-bindgen/ --branch moonbit

获得wit-bindgen命令后，只需使用适当的子命令(moonbit)和WIT文件的位置(wit)执行它。还有参数用于指定类型是否应派生Showtrait 或Eqtrait。

wit-bindgen moonbit wit --derive-show --derive-eq --out-dir .

你将获得以下内容：

.
├── ffi
│  ├── moon.pkg.json
│  └── top.mbt
├── gen
│  ├── ffi.mbt
│  ├── interface_exports_wasi_http_incoming_handler_export.mbt
│  ├── moon.pkg.json
│  └── worlds_server_export.mbt
├── interface
│  ├── exports
│  │  └── wasi
│  │     └── http
│  │        └── incomingHandler
│  │           ├── moon.pkg.json
│  │           ├── README.md
│  │           └── top.mbt
│  └── imports
│     └── wasi
│        ├── clocks
│        │  └── monotonicClock
│        │     ├── moon.pkg.json
│        │     ├── README.md
│        │     └── top.mbt
│        ├── http
│        │  └── types
│        │     ├── moon.pkg.json
│        │     ├── README.md
│        │     └── top.mbt
│        └── io
│           ├── error
│           │  ├── moon.pkg.json
│           │  └── top.mbt
│           ├── poll
│           │  ├── moon.pkg.json
│           │  ├── README.md
│           │  └── top.mbt
│           └── streams
│              ├── moon.pkg.json
│              ├── README.md
│              └── top.mbt
├── moon.mod.json
├── wit // contents ignored here
└── worlds
   └── server
      ├── import.mbt
      ├── moon.pkg.json
      └── top.mbt

生成的项目有四个文件夹：

ffi和gen是生成的帮助Wasm绑定的文件，可以忽略。gen目录包含项目入口。
interface包含所有导入到所选“世界”的接口。分为imports和exports，imports提供所有导入的函数和类型，而exports包含你所要导出的函数以及一个空实现（panic()）。
worlds包含"世界"。与interface类似，它包含一个import.mbt，提供“世界”级别的导入函数和类型，以及一个top.mbt，包含导出函数的模板。

然后你可以像开发一般MoonBit应用一样继续开发。此时moon check --target wasm应该能够成功通过。你可以通过运行moon doc --serve查看API以及类型或函数的注释文档。别忘了执行moon fmt来格式化程序。

开发

以下是我们用于演示的实现最小输出的“Hello-World”服务器代码：

pub fn handle(
  request : @types.IncomingRequest,
  response_out : @types.ResponseOutparam
) -> Unit {
  let response = match request.path_with_query() {
      None | Some("/") => make_response(b"Hello, World")
      _ => make_response(b"Not Found", status_code=404)
    }
    |> Ok
  response_out.set(response)
}

fn make_response(
  body : Bytes,
  ~status_code : UInt = 200
) -> @types.OutgoingResponse {
  ...
}

完整示例见moonbit-docs/examples/wasi-http。

组件化

我们已经实现了一个核心Wasm，即一个遵循WebAssembly标准的Wasm。然而，我们需要将其转变为一个组件，以便可以将必要的信息——接口——一并分发。

你需要使用wasm-tools将核心Wasm嵌入到组件中。首先将WIT信息嵌入到核心Wasm的自定义部分中，此步骤需要指定编码为UTF-16。然后我们将核心Wasm转换为组件Wasm。

moon build --target wasm
wasm-tools component embed wit target/wasm/release/build/gen/gen.wasm -o target/wasm/release/build/gen/gen.wasm --encoding utf16
wasm-tools component new target/wasm/release/build/gen/gen.wasm -o target/wasm/release/build/gen/gen.wasm

如果你更喜欢使用npm或pnpm，也可以使用JCO来完成此步骤。

使用

利用我们创建的Wasm，可以使用Wasmtime进行托管：

wasmtime serve target/wasm/release/build/gen/gen.wasm

你也可以使用JCO在Node.js或Deno上进行服务，或者使用WasmCloud或Spin进行托管。

比较

compare

至此，我们已经实现了一个简单的仅输出 “Hello World” 的 HTTP 服务器。下表为 MoonBit 与主流编程语言生成的http-hello-world大小对比（基于WasmCloud的模板）

语言	输出尺寸
Python	17M
TypeScript	8.7M
Rust	100K
MoonBit	27K

结论

我们展示了如何使用MoonBit创建一个遵循组件模型标准的Wasm。组件模型为创建可互操作的Wasm提供了新标准。比如我们能够通过从Spin中提取WIT文件，在5分钟内轻松构建一个无服务器AI应用。

通过支持WebAssembly组件模型，MoonBit增强了其在微服务架构和云原生应用中的应用场景，具有高编译性能和紧凑代码尺寸，允许在各种环境中快速部署和执行。

在8月18日，MoonBit将达到beta预览版本，表明着我们在语言方面已达到一定的稳定性，适合投入更加广泛的测试与实际应用环境。未来，我们将继续拓展MoonBit生态系统，优化文档和工具链，以提供更好的用户体验。敬请期待！

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