WebAssembly (Wasm) 소개

Source: Dev.to

웹 브라우저가 놀라울 정도로 편리하지만 가끔은 무거운 작업을 감당하느라 힘들어 보일 때가 있지 않나요? 매끄러운 애니메이션, 복잡한 3D 게임, 혹은 브라우저 안에서 바로 사용하려는 고사양 영상 편집 앱 같은 것들을 생각해 보세요. 오랫동안 자바스크립트는 웹 성능 분야의 절대적인 챔피언이었습니다.

하지만 이제 새로운 경쟁자가 등장했습니다—속도와 효율성을 극대화하도록 설계된 비밀 무기가 있다면 어떨까요?

바로 WebAssembly, 혹은 친근하게 Wasm이라고 부르는 기술입니다. 이것을 브라우저용 터보 차저 엔진이라고 생각하면 됩니다. 자바스크립트가 아닌 다른 언어로 작성된 코드를 거의 네이티브 수준의 속도로 실행할 수 있게 해 주죠. 자바스크립트를 완전히 대체하려는 것이 아니라, 함께 동작하면서 웹에서 할 수 있는 일의 범위를 크게 확장시켜 줍니다. 그러니 안전벨트를 매고, 가상의 커피 한 잔을 들고, 이 흥미진진한 기술을 함께 탐험해 봅시다!

그래서, WebAssembly는 정확히 무엇일까? (웅장한 입장)

WebAssembly는 본질적으로 스택 기반 가상 머신을 위한 바이너리 명령 형식입니다. 와, 좀 과학소설 같죠? 용어에 얽매이지 않게 차근차근 살펴봅시다.

1. C++, Rust, Go, C# 등과 같은 언어로 코드를 작성합니다.
2. 그 코드를 직접 .wasm 파일로 컴파일합니다 (JavaScript으로 컴파일하는 대신).
3. 브라우저가 .wasm 파일을 로드하고 내장된 WebAssembly 엔진으로 실행합니다.

비유:
JavaScript는 다양한 맛있는 요리를 만들 수 있는 요리사와 같습니다. 하지만 복잡한 요리를 준비하는 데는 시간이 좀 걸릴 수 있죠. WebAssembly는 특정 복잡한 요리를 아주 빠르게 구워낼 수 있는 고성능 산업용 오븐과 같습니다. 브라우저(당신의 레스토랑)에는 이제 다재다능한 요리사 와 초고속 오븐이 모두 있어, 함께 멋진 경험을 제공할 수 있습니다.

주의: WebAssembly는 직접 작성하는 프로그래밍 언어가 아닙니다(보통은 그렇습니다). 이것은 컴파일 대상입니다. Wasm 컴파일을 지원하는 언어로 코드를 작성한 뒤, 컴파일러를 사용해 .wasm 파일을 생성합니다.

왜 신경 써야 할까? (달콤하고도 달콤한 장점)

아마 “음, 빠른 건 알겠는데, 그게 그렇게 큰 문제야?” 라고 생각할 수도 있겠죠. 친구여, 그건 엄청난 문제입니다. WebAssembly가 웹 개발 세계를 뒤흔드는 이유는 다음과 같습니다:

예시: 순수 JavaScript로 구현했을 때 느리게 느껴지는 복잡한 이미지 필터도 Wasm으로 컴파일하면 네이티브 데스크톱 앱만큼 부드럽게 실행됩니다.

잠깐, 단점은 없나요? (현실 검증)

• JavaScript를 대체하는 것이 아님 – Wasm은 JavaScript를 보완하도록 설계되었으며, 대체하는 것이 아닙니다. JavaScript는 여전히 DOM 조작, 이벤트 처리, 일반적인 페이지 인터랙티브에 가장 적합한 도구입니다. 일반적으로 Wasm 모듈은 JavaScript 에서 호출됩니다.
• 디버깅이 까다로울 수 있음 – 브라우저 개발자 도구가 개선되고 있지만, Wasm의 저수준 특성 때문에 실행 흐름을 추적하고 오류를 이해하는 것이 JavaScript보다 더 복잡할 수 있습니다.
• 툴링 및 컴파일 학습 곡선 – 컴파일 툴체인(예: Emscripten, wasm-pack)을 설정하고 다양한 소스 언어의 미묘한 차이를 익히는 데 초기 시간 투자가 필요합니다.
• 작은 작업에 대한 바이너리 크기 오버헤드 – 아주 작은 로직이라도 .wasm 바이너리를 로드하는 오버헤드가 성능 향상보다 클 수 있습니다.
• Web API에 대한 직접 접근 제한 – Wasm은 DOM을 직접 조작할 수 없으며, JavaScript 연결 코드나 새롭게 등장하는 WebAssembly System Interface (WASI) / Web API를 통해야 합니다.

결론

WebAssembly는 JavaScript를 대체하려는 것이 아니라 함께 사용하기 위해 존재합니다. 계산량이 많은 작업을 Wasm에 넘기고 UI 로직은 JavaScript에 두면 속도, 보안, 유연성이라는 두 세계의 장점을 모두 누릴 수 있습니다. 고성능 게임, 정교한 이미지 편집기 개발이든, 혹은 웹이 할 수 있는 한계를 탐구하고 싶든, Wasm은 여러분의 도구 상자에 추가할 가치가 있는 강력한 기술입니다. 🚀

DOM 조작 제한: Wasm에서 직접 Document Object Model (DOM)을 조작하는 것은 간단하지 않습니다. 일반적으로 데이터를 JavaScript와 주고받아야 하며, 이 과정에서 약간의 오버헤드가 발생할 수 있습니다.

초기 도입 및 생태계 성숙도: Wasm은 빠르게 성장하고 있지만, 방대한 JavaScript 생태계에 비해 라이브러리와 도구들의 생태계는 아직 성숙 단계에 있습니다. 그러나 그 속도는 매우 인상적입니다.

“Hello, World!”가 더 복잡할 수 있음: 컴파일 과정을 거쳐야 하기 때문에, 간단한 “Hello, World!” 프로그램을 Wasm에서 실행하려면 일반적인 JavaScript “Hello, World!”보다 몇 단계가 더 필요할 수 있습니다.

내부 들여다보기: WebAssembly의 핵심 기능

조금 더 기술적인 내용을 살펴보고 Wasm이 작동하는 핵심 기능들을 탐구해 보겠습니다:

• Binary Instruction Format: 앞서 언급했듯이 Wasm은 바이너리 형식입니다. 이는 브라우저가 텍스트 기반 JavaScript보다 훨씬 빠르게 파싱하고 디코드할 수 있기 때문에 속도의 핵심 요소입니다.

• Stack‑Based Virtual Machine: Wasm 코드는 스택 기반 가상 머신 위에서 실행되며, 효율적인 코드 실행을 위한 일반적인 아키텍처입니다.

• Memory Model: Wasm은 선형 메모리 모델을 갖습니다—연속된 메모리 블록으로, Wasm 모듈이 접근할 수 있어 특정 애플리케이션에서 예측 가능한 메모리 동작을 제공합니다.

• Well‑Defined Imports and Exports: Wasm 모듈은 임포트와 익스포트를 통해 외부 세계(예: JavaScript)와 상호 작용합니다.

  • Imports: Wasm 모듈이 호스트 환경(브라우저 또는 JavaScript)으로부터 제공받기를 기대하는 함수 또는 데이터입니다.
  • Exports: Wasm 모듈이 호스트 환경에 제공하는 함수 또는 데이터입니다.

다음은 임포트와 익스포트를 보여주는 개념적 스니펫입니다(직접적인 Wasm 문법은 아니지만 아이디어를 나타냅니다):

// In JavaScript (the host environment)
const importObject = {
  env: {
    log: (value) => console.log(`Wasm logged: ${value}`)
  }
};

;; In your Wasm module (conceptual)
(module
  (import "env" "log" (func $log (param i32)))   ;; Importing a log function
  (func (export "greet") (param $name i32)
    call $log (get_local $name)
  )
)

• Text Format (.wat): Wasm은 바이너리 형식이지만, 인간이 읽을 수 있는 텍스트 형식인 WebAssembly Text Format(.wat)도 존재합니다. 이는 Wasm 코드를 이해하고 디버깅하며, 손으로 작은 Wasm 모듈을 작성할 때 매우 유용합니다.

간단한 wat 예시:

(module
  (func (export "add") (param $a i32) (param $b i32) (result i32)
    get_local $a
    get_local $b
    i32.add
  )
)

• Threads and SIMD: WebAssembly는 멀티스레딩과 Single Instruction, Multiple Data(SIMD) 명령을 지원하여 계산 집약적인 애플리케이션에서 거의 네이티브 수준의 성능을 구현할 수 있습니다.

모두 합치기: Wasm 생태계와 사용 사례

WebAssembly의 아름다움은 기존 웹 기술과 통합할 수 있는 능력에 있습니다. 전형적인 워크플로우는 다음과 같습니다:

1. 코드를 작성하세요 – C++, Rust, Go와 같은 언어로.
2. Wasm으로 컴파일 – Emscripten(C/C++용), wasm-pack(Rust용), Go의 Wasm 컴파일러와 같은 툴체인을 사용합니다.
3. 브라우저에서 로드하고 인스턴스화 – 보통 JavaScript를 통해 수행합니다.

// Example of loading and running a Wasm module in JavaScript
async function runWasm() {
  const response = await fetch('path/to/your/module.wasm');
  const bytes = await response.arrayBuffer();
  const module = await WebAssembly.compile(bytes);
  const instance = await WebAssembly.instantiate(module, importObject); // importObject from previous example

  const result = instance.exports.add(5, 10); // Calling the exported 'add' function
  console.log("Wasm add result:", result); // Output: Wasm add result: 15
}

runWasm();

Wasm을 사용하는 사람은?

• 게임: Unity와 Unreal 같은 복잡한 3D 엔진이 웹 기반 게임을 위해 Wasm으로 컴파일되며, 성능 향상의 혜택을 받는 작은 인디 타이틀도 포함됩니다.
• 이미지 및 비디오 편집: Adobe Photoshop 및 Figma와 같은 도구가 Wasm을 탐색하거나 이미 사용하여 강력한 편집 기능을 브라우저에 제공하고 있습니다.
• CAD 및 디자인 도구: 복잡한 디자인 소프트웨어를 브라우저에서 직접 실행합니다.
• 과학 컴퓨팅 및 시뮬레이션: 연구자들이 계산 집약적인 시뮬레이션을 웹에 배포할 수 있습니다.
• 데이터 시각화: 방대한 데이터 세트를 효율적으로 처리하고 렌더링합니다.
• 에뮬레이터: 레트로 게임 콘솔 에뮬레이터를 브라우저에서 직접 실행합니다.
• 서버 사이드 Wasm (WASI): Wasm이 브라우저 외부에서 서버리스 함수, 엣지 컴퓨팅 등으로 사용되는 빠르게 발전하는 분야입니다.

미래는 빠르다 (결론)

WebAssembly는 단순한 성능 향상을 넘어, 웹에서 애플리케이션을 구축하고 배포하는 방식에 대한 근본적인 변화를 의미합니다. 개발자들이 더 다양한 언어를 사용할 수 있게 함으로써 웹 개발을 민주화하고, 기존에는 네이티브 애플리케이션에서만 가능했던 새로운 수준의 성능을 열어주며, 보안도 강화합니다.

JavaScript에 바로 뛰어드는 것보다 학습 곡선이 다소 가파를 수 있지만, 그 혜택은 엄청납니다. 생태계가 성숙하고 도구들이 개선됨에 따라 WebAssembly는 현대 웹 개발 환경에서 더욱 필수적인 요소가 될 것이 분명합니다. 따라서 브라우저에서 가능한 한계를 뛰어넘을 때마다, 표면 아래에서 조용히, 빠르게 돌아가는 엔진—WebAssembly가 여러분의 웹 애플리케이션 진정한 잠재력을 발휘하도록 도와준다는 점을 기억하세요! 웹 개발자가 되기에 흥미로운 시기이며, Wasm은 더 빠르고, 더 강력하며, 더 다양해지는 웹을 향한 선두에 서 있습니다.