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重新构想前端开发!Kotlin 推出新功能:无需同时了解 Kotlin 和 JavaScript

重新构想前端开发!Kotlin 推出新功能:无需同时了解 Kotlin 和 JavaScript

公众号新闻

整理 | 褚杏娟、核子可乐

近日,JetBrains 发布了 Kotlin 1.8.20 beta 版本,其中包括一项名为“Kotlin/Wasm”的实验性功能,明确将 WebAssembly 设为编译目标。据介绍,新版本依赖于原生 Wasm 垃圾收集功能 WasmGC,后者同样处于早期开发阶段。

JetBrains 总结了 Kotlin/Wasm 的优势:

  • 与 wasm32 Kotlin/Native 目标相比,Kotlin/Wasm 的编译速度更快,因为后者不必使用 LLVM。

  • 由于 Wasm 垃圾收集支持,与 wasm32 目标相比,Kotlin/Wasm 与 JS 的互操作性、与浏览器的集成更容易。

  • 与 Kotlin/JS 和 JavaScript 相比,Kotlin/Wasm 应用程序启动时间可能更快,因为 Wasm 具有紧凑且易于解析的字节代码。

  • 与 Kotlin/JS 和 JavaScript 相比,Kotlin/Wasm 应用程序运行时性能更快,因为 Wasm 是一种静态类型语言。

不过,目前还没有 IDE 为 Kotlin/Wasm 提供支持。JetBrains 在版本发行说明中提到,“我们以开箱即用的形式,为 Kotlin/Wasm 提供 Kotlin 标准库(stdlib)和测试库(kotlin/test)。”

浏览器中运行的 Kotlin/Wasm 演示

此前,通过基于 LLVM 的 Kotlin-Native 编译指向和 LLVM Wasm 支持,Kotlin 已经能够在某种程度上实现向 Wasm 的编译,这种旧方法被称为 wasm32。随着新版本的发布,该方法将成为被弃用的多种 Kotlin/Native 编译目标之一。

作为一种 JVM 语言,Kotlin 具备垃圾收集机制,但此前 Wasm 一直无法原生支持垃圾收集,这就要求各垃圾收集语言自行提供解决方案。Wasm-gc 就是其中一项提案,承诺“对高级语言做出有效支持”。此次,这一设计有望超越自定义解决方案,并减少应用程序的二进制文件大小。Wasm-gc 可通过浏览器 Flag 在最新版本的 Chrome、Firefox 和 Edge 上启用。

Kotlin 的“通用型语言”理想

早在 2017 年,主流浏览器都已经支持 WebAssembly。随着 WebAssembly 的蓬勃发展,各种编程语言也在增加对其的支持。比如,C/C++、Rust、Golang 等已支持将语言编译到 WebAssembly 目标平台,Lua、JavaScript、Ruby 和 Python 等支持将语言的虚拟机或解释器编译到 WebAssembly 平台。

2021 年,WebAssembly 开源项目开始支持 GC(垃圾回收器),为实现 WebAssembly 支持像 Java、Kotlin 这样的前端语言做准备。同年,Kotlin 程序语言开发团队更新了发展路线,其中的一个重点就是增加 WebAssembly 支持。

Kotlin 总项目经理 Egor Tolstoy 表示,他们认为 WebAssembly 会成为未来创建丰富网页应用程序的新标准,而 Kotlin 必需要能够完美的提供支持。因此官方火力全开,组建了一个专门团队来开发 Kotlin/Wasm 工作,并且与 WebAssembly 垃圾回收提案作者紧密合作,要实现 Kotlin 语言的基本功能、函数库和基本 Gradle 的支持,还要添加实验性 JavaScript 互通操作功能。

Kotlin 在 2017 Google 发表声明后总被当成是安卓专用开发语言,但实际上,Kotlin 正在积极地向多平台语言演进,即“通用型语言”。

如今,JetBrains 提供了多个支持多平台的库,如 kotlinx.coroutines、kotlinx.serialization、kotlinx-datetime。而 Kotlin 社区也紧跟着这样的趋势发展,出现了愈来愈多的库、框架来支持多平台,如 Arrow、Okio、Apollo 等在新版本中都支持了多平台开发。

Kotlin/Wasm 究竟有什么潜力

在最初的设计中,WebAssembly 只是 C、C++ 或 Rust 这些低级语言的编译目标。至于 Python、Ruby 甚至是 JavaScript 等动态语言,能充当解释性的虚拟机即可。

但 WebAssembly 垃圾收集(GC)的贡献者们正努力把它打造成垃圾收集语言(例如 Java、Kotlin 或 Dart)的编译目标,并停止使用 JavaScript 作为 Web 字节码。此外,他们还考虑把其他语言也都转化成前端开发中的理想选项,而不必像 TypeScript 那样把一切先编译成 JavaScript。

请注意,这些语言已经能够在各个应用程序内提供自己的自定义垃圾收集,借此实现对 WebAssembly 的编译。这样做的缺点就是这样生成的工件会更大,所以也不知道 WasmGC 真正推出时,原来的这种处理方式还有没有竞争力。

WasmGC 的实现源自 Chrome、Firefox、Edge 和 Safari 四大浏览器的一个持续性项目,目前需要使用 Flag 加以启用(例如,在 Chrome 或 Edge 上,需要使用 --js-flags=--experimental-wasm-gc 命令行参数)。正是因为达不到开箱即用的程度,所以该技术目前还没能得到广泛采用。

但是,当 WasmGC 步入第四阶段并在大多数浏览器中实现开箱即用后,能够利用 WasmGC 的语言将迎来显著的竞争优势。

在 VMware 从事 Spring Framework 工作的 Sébastien Deleuze 称,Kotlin/Wasm 很早就在关注 WasmGC,谷歌也在使用 J2CL 和 Dart 在 Google Sheets 中将 Java 编译为 WasmGC。

前端(及全栈)开发

“因为要求开发者同时了解 Kotlin 和 JavaScript 两套生态系统,所以我个人一直对 Kotlin/JS 不太感冒,但 Kotlin/Wasm 确实是个重塑前端开发面貌的好机会。”Deleuze 表示,“当然,Kotlin/Wasm 必须要提供良好的 JavaScript 互操作性(它也确实做到了),并作为可选项。”

目前,Kotlin/Wasm 提供 DOM API,所以某些 Kotlin/Wasm 前端框架可能已经足够成为前端开发的理想选择。Deleuze 表示自己可能也会试试将 Kotlin/Wasm 用于前端开发,再配合 Spring Boot Kotlin/JVM 后端实现 Kotlin 中的全栈开发。

但从另一个角度来看,WebAssembly 还有更多值得发掘的亮点。如果 Compose for Web(Android 上使用的多平台版 Jetpack Compose)能够用 Kotlin/Wasm 代替 Kotlin/JS 来完美执行基于 Canvas 的像素渲染,结果又会如何?(稍做剧透,其实已经实现了。)

如果 Kotlin/Wasm 能够用 WebAssembly 来取代 JavaScript,支持一种新的 Jamstack 架构,结果又会如何?

WebAssembly 组件模型

要想充分理解 Kotlin/Wasm 的巨大潜力,就不能不提 WebAssembly 组件模型。正是它的存在,让我们能使用任意支持 WebAssembly 的语言,为 WebAssembly 开发组件。这项工作的基石正是 WIT 格式,可用于描述导入和展出并生成特定于语言的 binding。

Deleuze 亲自实践了一下,看看 WIT 是如何被转译成 Kotlin 的,结果看起来还不错。例如,其尝试将 WIT  variant 定义为:

variant filter {    all,    none,    some(list<string>), }

转译出的 Kotlin 代码如下:

sealed interface Filter {   object All : Filter   object None : Filter   class Some(val value: List<String>): Filter}

利用 String 提供的 null 安全特性,WIT option能够被准确转译为 Kotlin 惯用的选项值处理方式。在 Deleuze 看来,Kotlin 协程也将成为组件模型异步支持绑定中一个强大的竞争优势。

用 warg 实现 WebAssembly 包管理

大家可能会好奇 WebAssembly 要如何发布和使用。别担心,面向 WebAssembly 包的标准化管理项目 Warg,有望带来各种包 repo 实例,其中的关键就是 WebAssembly 包 repo 将支持多语言。

没错,Maven Central 或者 NPM 在 Java 和 JavaScript 之外的语言中也有使用,但无论是生产还是消费都摆脱不了“二等公民”的阴影。Warg 和 WebAssembly 将真正把多语言组件推向全新的高度。

Deleuze 预测,像 Rust/C/C++ 这样的语言将主要用于生产 Wasm 组件(强调效率,只为非共享方法提供极小、甚至干脆不提供运行时);而 Kotlin/Wasm 这类能利用 WasmGC 的语言,则主要负责构建使用这些组件的应用程序。当然,Rust 也可以用来开发 Wasm 应用程序,但 Deleuze 猜测 WasmGC 语言才是这类用例中的主导者。

WASI

所谓 WASI,简言之就是在定义标准化系统接口(包括文件系统、时钟、环境变量、命令行参数或者标准输入 / 输出)应该如何被公开给 Wasm 应用程序。机器学习、人工智能或者云存储等其他用例也可以通过 WASI 进行标准化。

Kotlin/Wasm 目前还不支持 WASI,但开发团队已经提供低级 API 实现。有趣的是,只需要提供 WASI 平台中的特定部分,就能使用 Kotlin 的多平台库(例如 kotlinx-datetime 或 Okio)。

“ Kotlin/Wasm + WASI ”将并发出惊人的潜能:它可以提供 Kotlin/JVM 的替代方案,将应用程序部署到云端、边缘甚至是 Serverless 函数的形式;也被大量用作容器镜像的替代方案,能在几微秒内完成实例化、提供更高的安全性且不依赖于任何特定硬件或操作系统。这样的特性可能让人想起 Java 在 1995 年提出的“一次编写,随处运行”(WORA)口号。

目前实现这一愿景的主要障碍在于,Wasmtime 等纯 WASI 运行时还不支持 WasmGC。目前,运行 Kotlin/Wasm WASI 应用程序的主要途径是利用 Node WASI 支持。

附:如何启用 Kotlin/Wasm

要启用 Kotlin/Wasm 并对其进行测试,请更新您的 build.gradle.kts 文件:

plugins {    kotlin("multiplatform") version "1.8.20-Beta"}
kotlin { wasm { binaries.executable() browser { } } sourceSets { val commonMain by getting val commonTest by getting { dependencies { implementation(kotlin("test")) } } val wasmMain by getting val wasmTest by getting }}

可查看包含 Kotlin/Wasm 示例的 GitHub 存储库

要运行 Kotlin/Wasm 项目,您需要更新目标环境的设置:

  • Chrome,对于版本 109 或更高版本:

1. 在您的浏览器中转到 chrome://flags/#enable-webassembly-garbage-collection。

2.  重新启动浏览器应用程序。

  • Firefox,对于版本 111 或更高版本:

3. 在您的浏览器中转到 about:config。

4. 启用 javascript.options.wasm_function_references 和 javascript.options.wasm_gc 选项。

5. 重新启动浏览器应用程序。

  • Edge,对于版本 109 或更高版本:

使用命令行参数运行应用程序 -- js-flags=--experimental-wasm-gc。

参考链接:

https://devclass.com/2023/02/14/kotlin-debuts-experimental-kotlin-wasm-target-in-new-beta-a-new-approach-to-frontend-development/

https://seb.deleuze.fr/the-huge-potential-of-kotlin-wasm/

https://kotlinlang.org/docs/whatsnew-eap.html?utm_campaign=1.8.20-Beta&utm_medium=social&utm_source=twitter#leave-your-feedback-on-kotlin-wasm

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