Value of WebAssembly in Full-Stack Applications

WebAssembly on uusi web-standardi, konekieli, joka mahdollistaa muiden ohjelmointikielien kuin JavaScriptin ajamisen selaimessa. WebAssembly-koodi voidaan kääntää lukuisista ohjelmointikielistä, kuten C/C++, C# ja Rust. Sen päällimmäinen tarkoitus on parantaa web-sovellusten suorituskykyä. WebAssembly-ohjelman suoritusnopeus voi olla jopa yhtä hyvä kuin perinteisten käännettyjen ohjelmien. Tämä tutkimus on tehty Nokia Solutions and Networks -yritykselle, joka on osa Nokia konsernia. Opinnäytetyön tarkoitus on esitellä WebAssembly-standardi ja kuinka sitä voitaisiin hyödyntää web-sovellusten nopeuttamisessa. WebAssemblyn käyttöä ja sitä jo käyttäviä sovelluksia tuodaan esille. Tutkimusta varten kehitettiin full stack -websovellus React.js sovelluskehyksellä ja Node.js ajoympäristöllä, jotta samalla voitaisiin tutkia jo luodun WebAssembly moduulin käytön helppoutta React-sovelluksessa. Funktioiden suoritusaika mitattiin kahdella eri muuttujalla: Pelkän funktion suorittamiseen menevä aika ja funktiokutsun ympärillä suoritettavien prosessien, kuten datan esiprosessointiin kulunut aika. Nämä ajat mitattiin ohjelmallisesti. Myös selainten tarjoamia analyysityökaluja, joista voidaan nähdä esimerkiksi funktion kutsupino, käytettiin tulosten selkeyttämiseksi. Alustava hypoteesi oli, että WebAssembly lisäisi luodun sovelluksen tehokkuutta. Tuloksista kuitenkin ilmeni, ettei tämä pitänyt paikkaansa. Vaikka WebAssembly-funktioiden suorittaminen itsessään oli nopeampaa, funktiokutsuun tarvittavat prosessit veivät huomattavasti aikaa. Tämän takia WebAssembly-funktioiden kokonaisaika oli suurempi kuin JavaScript-funktioiden. Pääsyy tähän on se, että luotu sovellus oli vääränlainen WebAssembly-implementaatiolle. Tutkimuksen tulokset näyttävät, ettei WebAssembly tällaisenaan ole sopiva kaikenlaisiin sovelluksiin. Sovellus, johon WebAssembly halutaan yhdistää pitää valita tarkasti. Nykyinen versio WebAssemblystä on vasta ensimmäinen ja sitä pitää jatkokehittää parhaimman tuloksen saavuttamiseksi.WebAssembly is a new web standard designed by The World Wide Web Consortium. WebAssembly is another type of code that can be run in browsers, besides JavaScript. It can be compiled from high-level programming languages such as C/C++, C#, and Rust. The main goal of WebAssembly is to increase the performance of web applications running in browsers, nearing native speeds. This study was done for Nokia Solutions and Networks, a business unit of Nokia Corporation. The purpose of this thesis is to give an overview of WebAssembly as a standard and how it could be utilised for better performance in web applications. This is done by introducing the usage of WebAssembly, informing of the web applications it has already been used in and presenting a study made for this thesis. The application created to study the possible performance increase is a full-stack application developed with React.js and Node.js. This not only enables the studying of performance, but also allows the studying of the ease of use of WebAssembly modules in a React application. The function execution times were measured with two variables: One for the actual time it takes to finish a function and other for all the excess time surrounding the call of the function, such as data pre-processing. These were measured programmatically. Also, Performance Tools provided by browsers were observed to see the call stack of the functions. The initial hypothesis was that WebAssembly would indeed increase the performance of the created application. The results suggest otherwise. Even though the functions themselves did finish faster, the excess time in WebAssembly functions was remarkable, making the total time greater than of JavaScript functions. The main reason for this is the wrong kind of application WebAssembly was implemented to. The results of this study show that WebAssembly as it is, is not applicable in all kinds of applications. The application it is to be implemented in should be chosen with care. WebAssembly is only at its first version and needs to be developed to get the best possible outcome