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前端er来学习一下webWorker吧

webWorker 是什么[webWorker 快速上手]

我们都知道,JavaScript 是单线程的,在同一时刻只能处理一个任务,我们会通过 setTimeout()、setInterval()、ajax 和事件处理程序等技术模拟“并行”。但都不是真正意义上的并行:

Web Worker 是 HTML5 标准的一部分,这一规范定义了一套 API,它允许一段 JavaScript 程序运行在主线程之外的另外一个线程中。

这在很大程度上利用了现在不断升级的电脑计算能力:能够在同一时间平行处理两个任务。

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场景

当我们有些任务需要花费大量的时间,进行复杂的运算,就会导致页面卡死:用户点击页面需要很长的时间才能响应,因为前面的任务还未完成,后面的任务只能排队等待。对用户来说,这样的体验无疑是糟糕的,web worker 就是为了解决这种花费大量时间的复杂运算而诞生的!

WebWorker 的作用:创建 worker 线程

WebWorker 允许在主线程之外再创建一个 worker 线程,在主线程执行任务的同时,worker 线程也可以在后台执行它自己的任务,互不干扰

这样就让 JS 变成多线程的环境了,我们可以把高延迟、花费大量时间的运算,分给 worker 线程,最后再把结果返回给主线程就可以了,因为时间花费多的任务被 web worker 承担了,主线程就会很流畅了!


主线程

我们先来看一下栗子:

codepen,这里我写了一个 class,里面有详细注释,可以参考一下。

创建 worker 对象:

主线程调用new Worker()构造函数,新建一个 worker 线程,构造函数的参数是一个 url,生成这个 url 的方法有两种:

  1. 脚本文件:

    const worker = new Worker('https://~.js');
    复制代码

    因为 worker 的两个限制:

    1. 分配给 Worker 线程运行的脚本文件,必须与主线程的脚本文件同源

    2. worker 不能读取本地的文件(不能打开本机的文件系统file://),它所加载的脚本必须来自网络。

    可以看到限制还是比较多的,如果要使用这种形式的话,在项目中推荐把文件放在静态文件夹中,打包的时候直接拷贝进去,这样我们就可以拿到固定的链接了,

  2. 字符串形式:

    const data = `
        //  worker线程 do something
        `;
    // 转成二进制对象
    const blob = new Blob([data]);
    // 生成url
    const url = window.URL.createObjectURL(blob);
    // 加载url
    const worker = new Worker(url);
    复制代码

    栗子中就是使用这种形式的,方便我们演示。

    在项目中:我们可以把worker线程的逻辑写在js文件里面,然后字符串化,然后再export、import,配合webpack进行模块化管理,这样就很容易使用了。

主线程的其他 API:

1. 主线程与 worker 线程通信:

worker.postMessage({
  hello: ['hello', 'world']
});
复制代码

它们相互之间的通信可以传递对象和数组,这样我们就可以根据相互之间传递的信息来进行一些操作,比如可以设置一个type属性,当值为hello时执行什么函数,当值为world的时候执行什么函数。

值得注意的是:它们之间通信是通过拷贝的形式来传递数据的,进行传递的对象需要经过序列化,接下来在另一端还需要反序列化。这就意味着:

  1. 我们不能传递不能被序列化的数据,比如函数,会抛出错误的。
  2. 在一端改变数据,另外一端不会受影响,因为数据不存在引用,是拷贝过来的。

2. 监听 worker 线程返回的信息

worker.onmessage = function (e) {
    console.log('父进程接收的数据:', e.data);
    // doSomething();
}
复制代码

3. 主线程关闭 worker 线程

Worker 线程一旦新建成功,就会始终运行,这样有利于随时响应主线程的通信。

这也是 Worker 比较耗费计算机的计算资源(CPU)的原因,一旦使用完毕,就应该关闭 worker 线程。

worker.terminate(); // 主线程关闭worker线程
复制代码

4. 监听错误

// worker线程报错
worker.onerror = e => {
    // e.filename - 发生错误的脚本文件名;e.lineno - 出现错误的行号;以及 e.message - 可读性良好的错误消息
    console.log('onerror', e);
};
复制代码

也可以像我给出的栗子一样,把两个报错放在一起写,有报错把信息传出来就好了。


Worker 线程

self 代表 worker 进程自身

worker 线程的执行上下文是一个叫做WorkerGlobalScope的东西跟主线程的上下文(window)不一样。

我们可以使用self/WorkerGlobalScope来访问全局对象。

监听主线程传过来的信息:

self.onmessage = e => {
    console.log('主线程传来的信息:', e.data);
    // do something
};
复制代码

发送信息给主线程

self.postMessage({
    hello: [ '这条信息', '来自worker线程' ]
});
复制代码

worker 线程关闭自身

self.close()
复制代码

worker 线程加载脚本:

Worker 线程能够访问一个全局函数 imprtScripts()来引入脚本,该函数接受 0 个或者多个 URI 作为参数。

importScripts('http~.js','http~2.js');
复制代码
  1. 脚本中的全局变量都能被 worker 线程使用。

  2. 脚本的下载顺序是不固定的,但执行时会按照传入 importScripts() 中的文件名顺序进行,这个过程是同步的。

Worker 线程限制

因为 worker 创造了另外一个线程,不在主线程上,相应的会有一些限制,我们无法使用下列对象:

  1. window 对象
  2. document 对象
  3. DOM 对象
  4. parent 对象

我们可以使用下列对象/功能

  1. 浏览器:navigator 对象

  2. URL:location 对象,只读

  3. 发送请求:XMLHttpRequest 对象

  4. 定时器:setTimeout/setInterval,在 worker 线程轮询也是很棒!

  5. 应用缓存:Application Cache


多个 worker 线程

  1. 在主线程内可以创建多个 worker 线程

    栗子最下方有。

  2. worker 线程内还可以新建 worker 线程,使用同源的脚本文件创建

    在 worker 线程内再新建 worker 线程就不能使用window.URL.createObjectURL(blob),需要使用同源的脚本文件来创建新的 worker 线程,因为我们无法访问到window对象。

    这里不方便演示,跟在主线程创建 worker 线程是一个套路,只是改成了脚本文件形式创建 worker 线程。

线程间转移二进制数据

因为主线程与 worker 线程之间的通信是拷贝关系,当我们要传递一个巨大的二进制文件给 worker 线程处理时(worker 线程就是用来干这个的),这时候使用拷贝的方式来传递数据,无疑会造成性能问题。

幸运的是,Web Worker 提供了一中转移数据的方式,允许主线程把二进制数据直接转移给子线程。这种方式比原先拷贝的方式,有巨大的性能提升。

一旦数据转移到其他线程,原先线程就无法再使用这些二进制数据了,这是为了防止出现多个线程同时修改数据的麻烦局面

下方栗子出自浅谈 HTML5 Web Worker

// 创建二进制数据
var uInt8Array = new Uint8Array(1024*1024*32); // 32MB
for (var i = 0; i < uInt8Array .length; ++i) {
    uInt8Array[i] = i;
}
console.log(uInt8Array.length); // 传递前长度:33554432
// 字符串形式创建worker线程
var myTask = `
    onmessage = function (e) {
        var data = e.data;
        console.log('worker:', data);
    };
`;

var blob = new Blob([myTask]);
var myWorker = new Worker(window.URL.createObjectURL(blob));

// 使用这个格式(a,[a]) 来转移二进制数据
myWorker.postMessage(uInt8Array.buffer, [uInt8Array.buffer]); // 发送数据、转移数据

console.log(uInt8Array.length); // 传递后长度:0,原先线程内没有这个数据了
复制代码

二进制数据有:File、Blob、ArrayBuffer 等类型,也允许在 worker 线程之间发送,这对于影像处理、声音处理、3D 运算等就非常方便了,不会产生性能负担

应用场景:

  1. 数学运算

  2. 图像、影音等文件处理

  3. 大量数据检索

    比如用户输入时,我们在后台检索答案,或者帮助用户联想,纠错等操作.

  4. 耗时任务都丢到 webworker 解放我们的主线程。

兼容:

没有找到具体的制定日期,有篇博客是在 10 年的 7 月份写的,也就是说 web worker 至少出现了八年了,以下兼容摘自MDN

Chrome:4, Firefox:3.5, IE:10.0, Opera:10.6, Safari:4

现在兼容还是做的比较好的,如果实在不放心的话:

if (window.Worker) {
    ...
}else{
    ...
}
复制代码

结语:

Web Worker的出现,给浏览器带来了后台计算的能力,把耗时的任务分配给worker线程来做,在很大程度上缓解了主线程UI渲染阻塞的问题,提升页面性能。

使用起来也不复杂,以后有复杂的问题,记得要丢给我们浏览器的后台(web worker)来处理

看完之后,一定要研究一下文中的栗子,自己鼓捣鼓捣,实践出真知!

PS: 推荐一下我上个月写的手摸手教你使用WebSocket,感兴趣的可以看一下。

希望看完的朋友可以点个喜欢/关注,您的支持是对我最大的鼓励。

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以上2018.11.25

参考资料:

MDN

Web Worker 使用教程

浅谈HTML5 Web Worker

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