试试将.NET7编译为WASM并在Docker上运行

之前有听到说Docker支持Wasmtime了，刚好.NET7也支持WASM，就带大家来了解一下这个东西，顺便试试它怎么样。

因为WASM(WebAssembly) 一开始是一个给浏览器的技术，比起JS解释执行，WASM能用于提升浏览器的用户体验，因为在一些场景中它有着比JS更好的性能。

大家可以将WASM理解为C#的MSIL或者Java的字节码，它并不是二进制代码，还是会由JIT编译执行，JIT有很多优化，另外大多数场景也只会JIT一次，加上省略了JS加载，语法分析各种的过程，才会有着比JS更好的性能。

另外因为WASM是中间码的格式，所以理论上任何语言C#、RUST、Java、Go都可以将代码编译为WASM，然后放到浏览器中执行。比如C#火热的Blazor项目，就是将C#编译为WASM，然后使C#代码能在浏览器中运行。

另外聊一聊WASI(WebAssembly System Interface)，我们知道WASM有着不错的可移植性和安全性（目前浏览器运行都是沙箱运行，对于权限管控很严格），那么就有一群大佬就说，我们是不是能脱离浏览器单独运行WASM程序呢？于是就产生了一个标准的系统接口，大家都按照这样的方式来生成WASM，调用系统API，然后我们开发一个Runtime，让大家的WASM程序都能在这上面运行。

举个不严谨的例子说明一下WASI就是比如：

• C# => MSIL => CLR(Mono、CoreCLR)
• Java => 字节码 => JVM(HotSpot VM、ZingVM)
  
  而现在我们可以：
• C# => WASM => WASI(wasmtime、wasmedge)。

各位应该就明白了，WASI其实就是个运行时的规范，大家编译成WASM放上去就能跑。

所以现在对于它的观点就是，觉得它在Server后端领域目前来说不是一个很价值的东西，因为可移植性好的语言比比皆是，比如C#、Java、Go等等。

拿性能来说，对于这样的中间语言性能无关就是JIT和GC，WASI的JIT和GC能做的像C#、Java这样的JIT、GC性能那么好吗？这个目前来说是存在疑问的，至少在短时间内很难追平其它平台十多年的优化。

再说WASM的另一个优点，就是体积小和启动快，现在C#支持NativeAOT、Java有GraalVM、Go和Rust之类的本身就是编译型语言，启动速度和体积都很不错，WASM在这个方面其实不占优势。

.NET编译为WASM

好了，言归正传，我们来试试.NET7上面的WASM。.NET7目前已经发布，我们需要使用最新的版本，如下图所示：

然后我们创建一个简单的控制台项目，用于输出斐波那契数列和执行耗时，代码如下所示 (这并不性能最优的实现，只是这样子实现简单)：

using System.Diagnostics;

namespace PublishDotNetToWASM;

public static class Program
{
    public static void Main()
    {
        // warm
        ulong sum = 0;
        foreach (var i in Fibonacci().Take(1000))
        {
            sum += i;
        }

        // run
        sum = 0;
        var sw = Stopwatch.StartNew();
        foreach (var i in Fibonacci().Take(100000))
        {
            sum += i;
        }
        sw.Stop();
        Console.WriteLine($"Result:{sum}, Timespan:{sw.ElapsedTicks} Ticks");
    }

    private static IEnumerable<ulong> Fibonacci()
    {
        ulong current = 1, next = 1;

        while (true)
        {
            yield return current;
            next = current + (current = next);
        }
    }
}

接下来为了将.NET程序发布成WASM，我们需要安装Wasi.Sdk预览包，这个预览包是Steve Sanderson大佬做的支持，可以将.NET程序编译为WASM，截止至目前版本信息如下所示：

<PackageReference Include="Wasi.Sdk" Version="0.1.2-preview.10061" />

运行dotnet publish -c Release命令，将我们的应用程序发布为WASM格式，在发布过程中，需要下载MinGW作为编译器，网络环境不好的同学，需要使用proxy，稍微等待一会就顺利的发布成功了：

运行WASM程序

此时我们可以安装一下Wasmtime来执行我们的程序，通过https://wasmtime.dev/下载安装：

然后就可以直接使用wasmtime命令运行我们的程序，我分别使用wasmtime和dotnet运行了我们的程序：

可见目前来说WASM的性能还是惨不忍睹的，等一等后续的优化吧。

将.NET发布到Docker WASI

再来看看我们的Docker，对于Docker支持WASI我感到并不意外，因为Docker的容器化对于直接执行的WASM来说还是比较重，支持它是一个拓宽影响力的好事。具体的执行模型如下所示，对于WASM应用有着不同的执行方式。不再使用runc而是wasmedge。

wasmedge也是一个实现了WASI标准的WASM运行时，和上文提到的wasmtime一样。

要实现在Docker上运行WASM程序需要安装Docker的预览版，链接https://docs.docker.com/desktop/wasm/。

然后我们整一个Dockerfile，我们直接依赖scratch镜像即可，因为它不需要其它的基础镜像(暂时我没有使用.NET7的多段构建镜像，听大佬说目前貌似有问题)。

FROM scratch
COPY ./bin/Release/net7.0/PublishDotNetToWASM.wasm /PublishDotNetToWASM.wasm
ENTRYPOINT [ "PublishDotNetToWASM.wasm" ]

再使用下面的命令构建Docker镜像，由于是wasm镜像，所以需要带额外的参数。

docker buildx build --platform wasi/wasm32 -t publishdotnettowasm .

可以看到打包出来的镜像是非常小的，只有3.68MB。

运行的话也很简单，用下方的命令即可，需要指定runtime为io.containerd.wasmedge.v1，另外也需要指定paltform。

docker run --rm --name=publishdotnettowasm --runtime=io.containerd.wasmedge.v1 --platform=wasi/wasm32 publishdotnettowasm

我把dotnet原生运行、wasmtime运行、docker WASI运行都跑了一下，可以发现目前来说性能是惨不忍睹。

总结

以上就是如何将.NET7程序发布到WASM，然后在Docker最新的WASI中运行的样例，目前来看基本的运行都已经OK，不过正如前面提到的，现在性能还是太受影响了。

这不仅仅是在.NET平台上，其它语言Rust、C、C++编译为WASM上都有明显的性能下降。

思来想去可能在一些插件化和不需要性能很好的场景WASI会比较用。不过这些都需要时间慢慢见证，毕竟存在即合理，像JS这样的语言不一样好好的？

我们可以拭目以待，看看WASM/WASI会不会给我们带来其它惊喜，期待后续Steve Sanderson大佬和WASM社区的相关优化。

源码链接

https://github.com/InCerryGit/PublishDotNetToWASM

参考文献

https://www.docker.com/blog/docker-wasm-technical-preview/

https://www.zhihu.com/question/304577684/answer/1961085507

https://arghya.xyz/articles/webassembly-wasm-wasi/

https://laurentkempe.com/2022/10/31/experimenting-with-dotnet-7-wasm-and-wasi-on-docker/