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コマンドラインJSONプロセッサJQをWebAssemblyでブラウザに移植する - Robert Aboukhali氏とのQ&A

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原文(投稿日:2019/05/14)へのリンク

コマンドラインJSONプロセッサのjqは、元々C言語で記述されていたが、先頃WebAssemblyに移植され、現在はブラウザのJavaScript環境で利用することができる。InfoQは、Invitaeのバイオインフォマティクス・ソフトウェアエンジニアであるRobert Aboukhalil{/0)氏から、既存ソフトウェアをWebAssembly(wasm)に移植する場合の課題と、その結果が開発者にもたらすメリットについて聞くことにした。

JSONデータ用のsedを自称するコマンドラインJSONプロセッサであるjqを使用することで、ユーザは、構造化されたデータのスライス、変換、再結合を行うことができる。以下は、GiHubリクエストの結果を抜粋したものだ。

  {
    "sha": "d25341478381063d1c76e81b3a52e0592a7c997f",
    "commit": {
      "author": {
        "name": "Stephen Dolan",
        "email": "mu@netsoc.tcd.ie",
        "date": "2013-06-22T16:30:59Z"
      },
      "committer": {
        "name": "Stephen Dolan",
        "email": "mu@netsoc.tcd.ie",
        "date": "2013-06-22T16:30:59Z"
      },
      "message": "Merge pull request #162 from stedolan/utf8-fixes\n\nUtf8 fixes. Closes #161",
      "tree": {
        "sha": "6ab697a8dfb5a96e124666bf6d6213822599fb40",
        "url": "https://api.github.com/repos/stedolan/jq/git/trees/6ab697a8dfb5a96e124666bf6d6213822599fb40"
      },
      "url": "https://api.github.com/repos/stedolan/jq/git/commits/d25341478381063d1c76e81b3a52e0592a7c997f",
      "comment_count": 0
    },
    "url": "https://api.github.com/repos/stedolan/jq/commits/d25341478381063d1c76e81b3a52e0592a7c997f",
    "html_url": "https://github.com/stedolan/jq/commit/d25341478381063d1c76e81b3a52e0592a7c997f",
    "comments_url": "https://api.github.com/repos/stedolan/jq/commits/d25341478381063d1c76e81b3a52e0592a7c997f/comments",
    "author": {
      "login": "stedolan",

これを次のようにクエリすることで、

curl 'https://api.github.com/repos/stedolan/jq/commits?per_page=5' | jq '.[0]' | {message: .commit.message, name: .commit.committer.name}'

応答の最初の要素を抽出し、関心のあるフィールドのみを保持することが可能になる。

{
  "message": "Merge pull request #162 from stedolan/utf8-fixes\n\nUtf8 fixes. Closes #161",
  "name": "Stephen Dolan"
}

jqプレイグラウンドの構築には、2つのアプローチが考えられる。最初のアプローチは、クエリを実行するサーバ上にサンドボックス環境を設定し、APIコール経由で結果をユーザに返すというものだ。この場合、ユーザ入力のホスティング、セキュアリング、サニタイズ、さらにサーバへのラウンドトリップによる待ち時間が発生する。2番目のアプローチでは、ブラウザでコマンドラインインターフェイスをシミュレートする。これは、ツールのロジックを新たにJavaScriptで実装する、という意味である。これはすでに作成され、実際に使用されている。WebAssemblyへの移植は、この2つの中間ということになる。Aboukhalil氏は次のように説明する。

これら2つのソリューションは理想的ではありません。セキュリティと有意義なラーニングエクスペリエンスの、どちらかを選択しなければならないからです。サーバやシミュレーションを使わずに、ブラウザ内で直接コマンドラインツールを実行することができれば理想的です。幸運なことに、それを実現するために必要なソリューションがWebAssemblyなのです。

最終的なjqプレイグラウンドは、jqkungfu.comで使用できる。

jqkungfuスクリーンショット

Aboukhalil氏は記者に、WebAssemblyへの移植で実践した多くのステップについて詳細に説明して、その過程で得られた経験を通じた貴重な洞察を公開してくれた。

InfoQ: jqをWebアセンブリに移植しようと考えた理由は何でしたか?

WebAssemblyを使用して、ブラウザ内にインタラクティブなコマンドライン・プレイグラウンドを構築することで、WebAssemblyの能力を示すWebアプリケーションを構築したいと思ったからです。jqをCからWebAssemblyにコンパイルすることで、ブラウザでの実行が可能になりました。独立した環境でユーザの要求を実行するサーバ上にjqをホストするするよりもはるかに高速で安全、かつ便利です。

InfoQ: wasmに移植されたソフトウェアで、他にお勧めのものはありますか?

とても興味深いのは、WebAssemblyを使ってWebに移植されたDoom 3のクローンです — http://www.continuation-labs.com/projects/d3wasm/。 その他、WebAssemblyを使った一般的なアプリとしては、 AutocadFigmaなどがあります。

InfoQ: WebAssemblyの使用経験について聞かせてください。これまでに、どのような課題がありましたか?

最初にWebAssemblyを調査したのは、DNAシーケンスデータを分析するWebツールをスピードアップする方法としてです(これに関しては、Smashing Magazineに記事を書きました)。
私が直面した最大の課題は、WebAssemblyには多くの可能性があることが明らかである反面、その学習曲線が極めて急勾配であることです。それには次のような理由があります。

  1. サポートの大部分が、C、C++、Rustなどの低レベル言語用であること。Web開発者として10年間、C言語から離れていたので、これは結構大変でした!
  2. オンラインで入手可能なドキュメンテーションやチュートリアルの大部分が、単純すぎる(Hello Worldレベルのチュートリアル)か、あるいは複雑すぎる(WebAssembly内部の詳細な調査)ものであること。

InfoQ: 既存ツールのブラウザへの統合を検討している開発者に、何かアドバイスはありますか?

手前味噌かも知れませんが、先日WebAssemblyに関する書籍を執筆しました(http://levelupwasm.comで入手可能)。その中では、WebAssemblyへのより実用的なイントロダクションと、本格的なアプリケーション開発について紹介しています。

InfoQ: ベストプラクティスや落とし穴(pitfall)は何でしょう?

WebAssemblyは非常に強力なツールですが、すべての仕事に適したツールではありません。アプリが大量のRAMを必要とする場合、JavaScriptとWebAssemblyの間で多くの通信が必要な場合などには、WebAssemblyは最適なツールであるとは限らないのです。

InfoQ: あなたの専門分野であるバイオインフォマティクスで、WebAssemblyに適した実用アプリケーションは何ですか?

バイオインフォマティクスWebアプリでWebAssemblyを活用する方法の例を、いくつか挙げてみましょう。

  1. ブラウザ内での品質指標の視覚化。コマンドラインの使い方に不慣れで、ファイルがサーバーにアップロードされるのを待たずにデータを素早くプレビューしたい科学者にとって、これは非常に便利です。私はSmashing Magazineに、これに関するケーススタディを書きました — https://www.smashingmagazine.com/2019/04/webassembly-speed-web-app/
  2. 一般的に使用されるバイオインフォマティクスツール(jqkungfu.comなど、バイオインフォマティクス用)のための、探索用プレイグラウンドの開発。学習ツールや、パラメータ値の効果をすばやくテストする手段として。

WebAssemblyが提供する大きなメリットは、コードの移植性と、Webアプリケーションの高速化の可能性です。バイオインフォマティクスツールの多くはすでにC、C++、あるいはRustで記述されているので、WebAssemblyを使ってWebに移植するよい候補になります。

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