WASI 0.3.0 发布：异步原生化与组件模型的重构

背景

WebAssembly System Interface (WASI) 是 WebAssembly 在非浏览器环境（如服务器、边缘计算、边缘设备）中访问系统资源的标准接口。随着 WebAssembly 从简单的沙箱脚本向更复杂的系统级应用演进，其接口设计需要适应现代编程范式，特别是异步 I/O 和组件模型（Component Model）的发展。

此前，WASI 0.2 版本在支持异步操作时采取了一些“变通”手段（acrobatics），因为当时的 WebAssembly 组件模型尚未原生支持异步原语。这导致开发者在编写代码时需要处理复杂的中间状态和资源传递，API 的使用体验并不 ergonomic（易用/符合人体工程学）。

随着 WebAssembly 组件模型原生支持异步（async），WASI 子组（WASI Subgroup）投票正式批准了 WASI 0.3.0 版本。这一版本的核心目标是将 WASI 重新建立在组件模型的异步原语之上，从而简化接口设计，消除之前为了模拟异步而引入的复杂性。

核心内容

WASI 0.3.0 的变更主要集中在接口层面的重构，旨在利用组件模型的原生异步能力，使 API 更加直观和简洁。以下是各个核心包的具体变更解读：

1. wasi:cli（命令行接口）

wasi:cli 的文件结构保持不变（包括 stdin.wit、stdout.wit、stderr.wit、run.wit、exit.wit、terminal.wit、environment.wit），但 stdio 的处理方式发生了根本性变化。

• WASI 0.2 模式：
  • stdin 返回一个 input-stream 对象，开发者需要从中读取。
  • stdout 返回一个 output-stream 对象，开发者通过命令式方式（imperatively）向其写入数据。
• WASI 0.3 模式：
  • stdin：通过 read-via-stream 函数，返回一个元组，包含 stream<u8> 和一个 future<result<_, error-code>>。
  • stdout：方向发生翻转。开发者不再获取流对象，而是直接传入一个 stream<u8> 数据流，并接收一个 future，该 future 在写入完成时解析。
  • 新增类型：引入了 wasi:cli/types 接口，包含共享的 error-code 变体（如 io、illegal-byte-sequence、pipe）。

这种变化使得 I/O 操作更符合异步编程的自然流向：数据作为参数传入，结果通过 Future 返回。

2. wasi:sockets（网络套接字）

网络访问模型从基于资源的能力传递（capability resource threading）转变为基于世界导入（world imports）的直接访问。

• 资源简化：WASI 0.2 中的 network 资源被移除。在 0.2 中，网络访问需要通过能力资源传递给每个 bind/connect/lookup 调用。0.3 中，网络访问权限直接通过世界导入授予。
• 异步函数合并：
  • WASI 0.2 中，每个网络操作分为“开始”和“完成”两个阶段（如 start-bind/finish-bind），并依赖 subscribe() 返回的 pollable 来驱动状态机。
  • WASI 0.3 中，这些成对的函数合并为单一的 async func。
  • 例如，bind、connect、listen、accept 现在都是异步函数，直接返回结果或错误码。
• TCP/UDP 统一：
  • TCP 的 finish-connect 不再内联返回 TCP 流对，而是返回普通结果；字节 I/O 现在通过套接字资源自身的流方法处理。
  • UDP 的入站/出站数据报流资源被移除，替换为简单的 async send 和 async receive。
  • 错误码统一：TCP、UDP 和名称查找的错误码合并为单一的 error-code 变体，新增了 connection-broken 情况，并保留了开放的 other(option<string>) 尾部以容纳自定义错误。

3. wasi:http（HTTP 客户端与服务器）

这是本次发布中可见度最高的重组部分，主要涉及资源数量的大幅缩减和处理器（Handler）模型的现代化。

• 资源合并：
  • WASI 0.2 拥有复杂的资源矩阵，涵盖入站/出站 × 请求/响应/正文，以及两个异步专用资源（future-trailers, future-incoming-response），共计 8 种资源。
  • WASI 0.3 仅保留 request 和 response 两种资源。
  • 正文（Body）直接表示为 stream<u8>。
  • 尾部（Trailers）表示为 future<result<option<trailers>, error-code>>。
  • future-incoming-response 消失，因为普通的 future<result<response, error-code>> 已足以胜任。
• Handler 模型异步化：
  • WASI 0.2 的 incoming-handler 使用 response-outparam 参数来绕过缺乏原生异步返回值的限制。
  • WASI 0.3 的 handler 是一个异步函数，直接返回 result<response, error-code>。
  • 客户端侧的 client 接口同样镜像了这一变化，send 函数变为异步，直接返回响应结果。
• 中间件支持：
  • 旧的 proxy 世界被 service 世界取代。
  • 新增 middleware 世界，既导入又导出 handler。这为处于请求路径中的组件提供了原生支持：

    world service {
        import wasi:cli/stdout;
        import wasi:cli/stderr;
        import wasi:cli/stdin;
        import client;
        export handler;
    }
    world middleware {
        include service;
        import handler; // 上游处理器
    }
    

4. wasi:filesystem（文件系统）

文件系统的 I/O 操作也切换到了 stream 加 future 的模式。

• 流式读写：
  • read-via-stream：现在返回 tuple<stream<u8>, future<result<_, error-code>>>，允许并发读取并等待完成状态。
  • write-via-stream：接受 stream<u8> 和偏移量，返回 future<result<_, error-code>>。
• 目录迭代：
  • 从基于资源的迭代器（directory-entry-stream）切换为流。
  • read-directory 现在返回 tuple<stream<directory-entry>, future<result<_, error-code>>>，简化了目录遍历的实现。

5. wasi:clocks（时钟）

此部分的变更主要是命名规范化，旨在与生态系统其他部分（如 POSIX、Rust std::time）保持一致。

• 重命名：
  • wall-clock 更名为 system-clock。
  • datetime 更名为 instant。
  • wasi:filesystem 中的时间戳类型也相应更新。
• 类型共享：新增 types.wit 以共享 duration = u64 别名。
• 单调时钟简化：monotonic-clock 移除了返回 pollable 的 subscribe-instant 和 subscribe-duration 调用。调用者现在直接 await 主机提供的定时器 future，这与 WASI 其他部分的模式保持一致。

关键要点

• 异步原生化：WASI