前言

IndexedDB API

随着浏览器的功能不断增强，越来越多的网站开始考虑，将大量数据储存在客户端，这样可以减少从服务器获取数据，直接从本地获取数据。

现有的浏览器数据储存方案，都不适合储存大量数据：Cookie 的大小不超过 4KB，且每次请求都会发送回服务器；LocalStorage 在 2.5MB 到 10MB 之间（各家浏览器不同），而且不提供搜索功能，不能建立自定义的索引。所以，需要一种新的解决方案，这就是 IndexedDB 诞生的背景。

通俗地说，IndexedDB 就是浏览器提供的本地数据库，它可以被网页脚本创建和操作。IndexedDB 允许储存大量数据，提供查找接口，还能建立索引。这些都是 LocalStorage 所不具备的。就数据库类型而言，IndexedDB 不属于关系型数据库（不支持 SQL 查询语句），更接近 NoSQL 数据库。

IndexedDB 具有以下特点：

（1）键值对储存。 IndexedDB 内部采用对象仓库（object store）存放数据。所有类型的数据都可以直接存入，包括 JavaScript 对象。对象仓库中，数据以“键值对”的形式保存，每一个数据记录都有对应的主键，主键是独一无二的，不能有重复，否则会抛出一个错误。

（2）异步。 IndexedDB 操作时不会锁死浏览器，用户依然可以进行其他操作，这与 LocalStorage 形成对比，后者的操作是同步的。异步设计是为了防止大量数据的读写，拖慢网页的表现。

（3）支持事务。 IndexedDB 支持事务（transaction），这意味着一系列操作步骤之中，只要有一步失败，整个事务就都取消，数据库回滚到事务发生之前的状态，不存在只改写一部分数据的情况。

（4）同源限制。 IndexedDB 受到同源限制，每一个数据库对应创建它的域名。网页只能访问自身域名下的数据库，而不能访问跨域的数据库。

（5）储存空间大。 IndexedDB 的储存空间比 LocalStorage 大得多，一般来说不少于 250MB，甚至没有上限。

（6）支持二进制储存。 IndexedDB 不仅可以储存字符串，还可以储存二进制数据（ArrayBuffer 对象和 Blob 对象）。

1. 基本概念

IndexedDB 是一个比较复杂的 API，涉及不少概念。它把不同的实体，抽象成一个个对象接口。学习这个 API，就是学习它的各种对象接口。

• 数据库：IDBDatabase 对象
• 对象仓库：IDBObjectStore 对象
• 索引： IDBIndex 对象
• 事务： IDBTransaction 对象
• 操作请求：IDBRequest 对象
• 指针： IDBCursor 对象
• 主键集合：IDBKeyRange 对象

（1）数据库

数据库是一系列相关数据的容器。每个域名（严格的说，是协议 + 域名 + 端口）都可以新建任意多个数据库。

IndexedDB 数据库有版本的概念。同一个时刻，只能有一个版本的数据库存在。如果要修改数据库结构（新增或删除表、索引或者主键），只能通过升级数据库版本完成。

（2）对象仓库

每个数据库包含若干个对象仓库（object store）。它类似于关系型数据库的表格。

（3）数据记录

对象仓库保存的是数据记录。每条记录类似于关系型数据库的行，但是只有主键和数据体两部分。主键用来建立默认的索引，必须是不同的，否则会报错。主键可以是数据记录里面的一个属性，也可以指定为一个递增的整数编号。

{ id: 1, text: 'foo' }

id属性可以当作主键。

数据体可以是任意数据类型，不限于对象。

（4）索引

为了加速数据的检索，可以在对象仓库里面，为不同的属性建立索引。

（5）事务

数据记录的读写和删改，都要通过事务完成。事务对象提供error、abort和complete三个事件，用来监听操作结果。

2. 操作流程

IndexedDB 数据库的各种操作，一般是按照下面的流程进行的。这个部分只给出简单的代码示例，用于快速上手，详细的各个对象的 API 放在后文介绍。

2.1 打开数据库

使用 IndexedDB 的第一步是打开数据库，使用indexedDB.open()方法。

var request = window.indexedDB.open(databaseName, version);

第一个参数是字符串，表示数据库的名字。如果指定的数据库不存在，就会新建数据库。第二个参数是整数，表示数据库的版本。如果省略，打开已有数据库时，默认为当前版本；新建数据库时，默认为1。

indexedDB.open()方法返回一个 IDBRequest 对象。这个对象通过三种事件error、success、upgradeneeded，处理打开数据库的操作结果。

（1）error 事件

error事件表示打开数据库失败。

request.onerror = function (event) {
  console.log('数据库打开报错');
};

（2）success 事件

success事件表示成功打开数据库。

var db;

request.onsuccess = function (event) {
  db = request.result;
  console.log('数据库打开成功');
};

通过request对象的result属性拿到数据库对象。

（3）upgradeneeded 事件

如果指定的版本号，大于数据库的实际版本号，就会发生数据库升级事件upgradeneeded。

var db;

request.onupgradeneeded = function (event) {
  db = event.target.result;
}

通过事件对象的target.result属性，拿到数据库实例。

2.2 新建数据库

新建数据库与打开数据库是同一个操作。如果指定的数据库不存在，就会新建。不同之处在于，后续的操作主要在upgradeneeded事件的监听函数里面完成，因为这时版本从无到有，所以会触发这个事件。

通常，新建数据库以后，第一件事是新建对象仓库（即新建表）。

request.onupgradeneeded = function (event) {
  db = event.target.result;
  var objectStore;
  if (!db.objectStoreNames.contains('person')) {
    objectStore = db.createObjectStore('person', { keyPath: 'id' });
  }
}

数据库新建成功以后，先判断一下，这张表格是否存在，如果不存在再新建.新增一张叫做person的表格，主键是id。

主键（key）是默认建立索引的属性。比如，数据记录是{ id: 1, name: '张三' }，那么id属性可以作为主键。主键也可以指定为下一层对象的属性，比如{ foo: { bar: 'baz' } }的foo.bar也可以指定为主键。

如果数据记录里面没有合适作为主键的属性，那么可以让 IndexedDB 自动生成主键。

var objectStore = db.createObjectStore(
  'person',
  { autoIncrement: true }
);

指定主键为一个递增的整数。

新建对象仓库以后，下一步可以新建索引。

request.onupgradeneeded = function(event) {
  db = event.target.result;
  var objectStore = db.createObjectStore('person', { keyPath: 'id' });
  objectStore.createIndex('name', 'name', { unique: false });
  objectStore.createIndex('email', 'email', { unique: true });
}

上面代码中，IDBObject.createIndex()的三个参数分别为索引名称、索引所在的属性、配置对象（说明该属性是否包含重复的值）。

2.3 新增数据

新增数据指的是向对象仓库写入数据记录。这需要通过事务完成。

function add() {
  var request = db.transaction(['person'], 'readwrite')
    .objectStore('person')
    .add({ id: 1, name: '张三', age: 24, email: 'zhangsan@example.com' });

  request.onsuccess = function (event) {
    console.log('数据写入成功');
  };

  request.onerror = function (event) {
    console.log('数据写入失败');
  }
}

add();

写入数据需要新建一个事务。新建时必须指定表格名称和操作模式（“只读”或“读写”）。

新建事务以后，通过IDBTransaction.objectStore(name)方法，拿到 IDBObjectStore 对象，再通过表格对象的add()方法，向表格写入一条记录。

写入操作是一个异步操作，通过监听连接对象的success事件和error事件，了解是否写入成功。

2.4 读取数据

读取数据也是通过事务完成。

function read() {
   var transaction = db.transaction(['person']);
   var objectStore = transaction.objectStore('person');
   var request = objectStore.get(1);

   request.onerror = function(event) {
     console.log('事务失败');
   };

   request.onsuccess = function( event) {
      if (request.result) {
        console.log('Name: ' + request.result.name);
        console.log('Age: ' + request.result.age);
        console.log('Email: ' + request.result.email);
      } else {
        console.log('未获得数据记录');
      }
   };
}

read();

objectStore.get()方法用于读取数据，参数是主键的值。

2.5 遍历数据

遍历数据表格的所有记录，要使用指针对象 IDBCursor。

function readAll() {
  var objectStore = db.transaction('person').objectStore('person');

   objectStore.openCursor().onsuccess = function (event) {
     var cursor = event.target.result;

     if (cursor) {
       console.log('Id: ' + cursor.key);
       console.log('Name: ' + cursor.value.name);
       console.log('Age: ' + cursor.value.age);
       console.log('Email: ' + cursor.value.email);
       cursor.continue();
    } else {
      console.log('没有更多数据了！');
    }
  };
}

readAll();

新建指针对象的openCursor()方法是一个异步操作，所以要监听success事件。

2.6 更新数据

更新数据要使用IDBObject.put()方法

function update() {
  var request = db.transaction(['person'], 'readwrite')
    .objectStore('person')
    .put({ id: 1, name: '李四', age: 35, email: 'lisi@example.com' });

  request.onsuccess = function (event) {
    console.log('数据更新成功');
  };

  request.onerror = function (event) {
    console.log('数据更新失败');
  }
}

update();

put()方法自动更新了主键为1的记录。

2.7 删除数据

IDBObjectStore.delete()方法用于删除记录。

function remove() {
  var request = db.transaction(['person'], 'readwrite')
    .objectStore('person')
    .delete(1);

  request.onsuccess = function (event) {
    console.log('数据删除成功');
  };
}

remove();

2.8 使用索引

索引的意义在于，可以让你搜索任意字段，也就是说从任意字段拿到数据记录。如果不建立索引，默认只能搜索主键（即从主键取值）。

假定新建表格的时候，对name字段建立了索引。

objectStore.createIndex('name', 'name', { unique: false });

现在，就可以从name找到对应的数据记录了。

var transaction = db.transaction(['person'], 'readonly');
var store = transaction.objectStore('person');
var index = store.index('name');
var request = index.get('李四');

request.onsuccess = function (e) {
  var result = e.target.result;
  if (result) {
    // ...
  } else {
    // ...
  }
}

Web Worker

JavaScript 语言采用的是单线程模型，也就是说，所有任务只能在一个线程上完成，一次只能做一件事。前面的任务没做完，后面的任务只能等着。随着电脑计算能力的增强，尤其是多核 CPU 的出现，单线程带来很大的不便，无法充分发挥计算机的计算能力。

Web Worker 的作用，就是为 JavaScript 创造多线程环境，允许主线程创建 Worker 线程，将一些任务分配给后者运行。

在主线程运行的同时，Worker 线程在后台运行，两者互不干扰。等到 Worker 线程完成计算任务，再把结果返回给主线程。

这样的好处是，一些计算密集型或高延迟的任务可以交由 Worker 线程执行，主线程（通常负责 UI 交互）能够保持流畅，不会被阻塞或拖慢。

Worker 线程一旦新建成功，就会始终运行，不会被主线程上的活动（比如用户点击按钮、提交表单）打断。这样有利于随时响应主线程的通信。但是，这也造成了 Worker 比较耗费资源，不应该过度使用，而且一旦使用完毕，就应该关闭。

Web Worker 有以下几个使用注意点。

（1）同源限制

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）DOM 限制

Worker 线程所在的全局对象，与主线程不一样，无法读取主线程所在网页的 DOM 对象，也无法使用document、window、parent这些对象。但是，Worker 线程可以使用navigator对象和location对象。

（3）全局对象限制

Worker 的全局对象WorkerGlobalScope，不同于网页的全局对象Window，很多接口拿不到。比如，理论上 Worker 线程不能使用console.log，因为标准里面没有提到 Worker 的全局对象存在console接口，只定义了Navigator接口和Location接口。不过，浏览器实际上支持 Worker 线程使用console.log，保险的做法还是不使用这个方法。

（4）通信联系

Worker 线程和主线程不在同一个上下文环境，它们不能直接通信，必须通过消息完成。

（5）脚本限制

Worker 线程不能执行alert()方法和confirm()方法，但可以使用 XMLHttpRequest 对象发出 AJAX 请求。

（6）文件限制

Worker 线程无法读取本地文件，即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。

1. 基本用法

1.1 主线程

主线程采用new命令，调用Worker()构造函数，新建一个 Worker 线程

var worker = new Worker('work.js');

Worker()构造函数的参数是一个脚本文件，该文件就是 Worker 线程所要执行的任务。由于 Worker 不能读取本地文件，所以这个脚本必须来自网络。如果下载没有成功（比如404错误），Worker 就会默默地失败。

然后，主线程调用worker.postMessage()方法，向 Worker 发消息。

worker.postMessage('Hello World');
worker.postMessage({method: 'echo', args: ['Work']});

worker.postMessage()方法的参数，就是主线程传给 Worker 的数据。它可以是各种数据类型，包括二进制数据。

接着，主线程通过worker.onmessage指定监听函数，接收子线程发回来的消息。

worker.onmessage = function (event) {
  doSomething(event.data);//事件对象的data属性可以获取 Worker 发来的数据。
}

function doSomething() {
  // 执行任务
  worker.postMessage('Work done!');
}

Worker 完成任务以后，主线程就可以把它关掉。

worker.terminate();

1.2 Worker 线程

Worker 线程内部需要有一个监听函数，监听message事件。

self.addEventListener('message', function (e) {
  self.postMessage('You said: ' + e.data);
}, false);

self代表子线程自身，即子线程的全局对象。因此，等同于下面两种写法。

// 写法一
this.addEventListener('message', function (e) {
  this.postMessage('You said: ' + e.data);
}, false);

// 写法二
addEventListener('message', function (e) {
  postMessage('You said: ' + e.data);
}, false);

除了使用self.addEventListener()指定监听函数，也可以使用self.onmessage指定。监听函数的参数是一个事件对象，它的data属性包含主线程发来的数据。self.postMessage()方法用来向主线程发送消息。

根据主线程发来的数据，Worker 线程可以调用不同的方法，下面是一个例子:

self.addEventListener('message', function (e) {
  var data = e.data;
  switch (data.cmd) {
    case 'start':
      self.postMessage('WORKER STARTED: ' + data.msg);
      break;
    case 'stop':
      self.postMessage('WORKER STOPPED: ' + data.msg);
      self.close(); // Terminates the worker.用于在 Worker 内部关闭自身。
      break;
    default:
      self.postMessage('Unknown command: ' + data.msg);
  };
}, false);

1.3 Worker 加载脚本

Worker 内部如果要加载其他脚本，有一个专门的方法importScripts()。

importScripts('script1.js', 'script2.js');

该方法可以同时加载多个脚本。

1.4 错误处理

主线程可以监听 Worker 是否发生错误。如果发生错误，Worker 会触发主线程的error事件。

worker.onerror(function (event) {
  console.log([
    'ERROR: Line ', event.lineno, ' in ', event.filename, ': ', event.message
  ].join(''));
});

// 或者
worker.addEventListener('error', function (event) {
  // ...
});

1.5 关闭 Worker

使用完毕，为了节省系统资源，必须关闭 Worker。

// 主线程
worker.terminate();

// Worker 线程
self.close();

2. 数据通信

前面说过，主线程与 Worker 之间的通信内容，可以是文本，也可以是对象。需要注意的是，这种通信是拷贝关系，即是传值而不是传址，Worker 对通信内容的修改，不会影响到主线程。

事实上，浏览器内部的运行机制是，先将通信内容串行化，然后把串行化后的字符串发给 Worker，后者再将它还原。

主线程与 Worker 之间也可以交换二进制数据，比如 File、Blob、ArrayBuffer 等类型，也可以在线程之间发送。

// 主线程
var uInt8Array = new Uint8Array(new ArrayBuffer(10));
for (var i = 0; i < uInt8Array.length; ++i) {
  uInt8Array[i] = i * 2; // [0, 2, 4, 6, 8,...]
}
worker.postMessage(uInt8Array);

// Worker 线程
self.onmessage = function (e) {
  var uInt8Array = e.data;
  postMessage('Inside worker.js: uInt8Array.toString() = ' + uInt8Array.toString());
  postMessage('Inside worker.js: uInt8Array.byteLength = ' + uInt8Array.byteLength);
};

但是，拷贝方式发送二进制数据，会造成性能问题。

比如，主线程向 Worker 发送一个 500MB 文件，默认情况下浏览器会生成一个原文件的拷贝。为了解决这个问题，JavaScript 允许主线程把二进制数据直接转移给子线程，但是一旦转移，主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。

这种转移数据的方法，叫做Transferable Objects。这使得主线程可以快速把数据交给 Worker，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。

如果要直接转移数据的控制权，就要使用下面的写法。

// Transferable Objects 格式
worker.postMessage(arrayBuffer, [arrayBuffer]);

// 例子
var ab = new ArrayBuffer(1);
worker.postMessage(ab, [ab]);

3. 同页面的 Web Worker

通常情况下，Worker 载入的是一个单独的 JavaScript 脚本文件，但是也可以载入与主线程在同一个网页的代码。

<!DOCTYPE html>
  <body>
    <script id="worker" type="app/worker">
      addEventListener('message', function () {
        postMessage('some message');
      }, false);
    </script>
  </body>
</html>

上面是一段嵌入网页的脚本，注意必须指定<script>标签的type属性是一个浏览器不认识的值，上例是app/worker。

然后，读取这一段嵌入页面的脚本，用 Worker 来处理。

var blob = new Blob([document.querySelector('#worker').textContent]);
var url = window.URL.createObjectURL(blob);
var worker = new Worker(url);

worker.onmessage = function (e) {
  // e.data === 'some message'
};

先将嵌入网页的脚本代码，转成一个二进制对象，然后为这个二进制对象生成 URL，再让 Worker 加载这个 URL。这样就做到了，主线程和 Worker 的代码都在同一个网页上面。

4. 实例：Worker 线程完成轮询

有时，浏览器需要轮询服务器状态，以便第一时间得知状态改变。这个工作可以放在 Worker 里面。

function createWorker(f) {
  var blob = new Blob(['(' + f.toString() + ')()']);
  var url = window.URL.createObjectURL(blob);
  var worker = new Worker(url);
  return worker;
}

var pollingWorker = createWorker(function (e) {
  var cache;

  function compare(new, old) { ... };

  setInterval(function () {
    fetch('/my-api-endpoint').then(function (res) {
      var data = res.json();

      if (!compare(data, cache)) {
        cache = data;
        self.postMessage(data);
      }
    })
  }, 1000)
});

pollingWorker.onmessage = function () {
  // render data
}

pollingWorker.postMessage('init');

Worker 每秒钟轮询一次数据，然后跟缓存做比较。如果不一致，就说明服务端有了新的变化，因此就要通知主线程。

5. Worker 新建 Worker

Worker 线程内部还能再新建 Worker 线程（目前只有 Firefox 浏览器支持）。

6. API

6.1 主线程

浏览器原生提供Worker()构造函数，用来供主线程生成 Worker 线程。

var myWorker = new Worker(jsUrl, options);

Worker()构造函数，可以接受两个参数。第一个参数是脚本的网址（必须遵守同源政策），该参数是必需的，且只能加载 JS 脚本，否则会报错。第二个参数是配置对象，该对象可选。它的一个作用就是指定 Worker 的名称，用来区分多个 Worker 线程。

// 主线程
var myWorker = new Worker('worker.js', { name : 'myWorker' });

// Worker 线程
self.name // myWorker

Worker()构造函数返回一个 Worker 线程对象，用来供主线程操作 Worker。Worker 线程对象的属性和方法如下。

• Worker.onerror：指定 error 事件的监听函数。
• Worker.onmessage：指定 message 事件的监听函数，发送过来的数据在Event.data属性中。
• Worker.onmessageerror：指定 messageerror 事件的监听函数。发送的数据无法序列化成字符串时，会触发这个事件。
• Worker.postMessage()：向 Worker 线程发送消息。
• Worker.terminate()：立即终止 Worker 线程。

6.2 Worker 线程

Web Worker 有自己的全局对象，不是主线程的window，而是一个专门为 Worker 定制的全局对象。因此定义在window上面的对象和方法不是全部都可以使用。

Worker 线程有一些自己的全局属性和方法。

• self.name： Worker 的名字。该属性只读，由构造函数指定。
• self.onmessage：指定message事件的监听函数。
• self.onmessageerror：指定 messageerror 事件的监听函数。发送的数据无法序列化成字符串时，会触发这个事件。
• self.close()：关闭 Worker 线程。
• self.postMessage()：向产生这个 Worker 线程发送消息。
• self.importScripts()：加载 JS 脚本。