Web Worker

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前言

众所周知，JavaScript 是单线程的语言。当我们面临需要大量计算的场景时（比如视频解码等），UI 线程就会被阻塞，甚至浏览器直接卡死。现在前端遇到大量计算的场景越来越多，为了有更好的体验，HTML5 中提出了 Web Worker 的概念。Web Worker 可以使脚本运行在新的线程中，它们独立于主线程，可以进行大量的计算活动，而不会影响主线程的 UI 渲染。当计算结束之后，它们可以把结果发送给主线程，从而形成了高效、良好的用户体验。Web Worker 是一个统称，具体可以细分为普通的 Worker、SharedWorker 和 ServiceWorker 等，接下来我们一一介绍其使用方法和适合的场景。

普通 Worker

1. 创建 Worker 通过 new 的方式来生成一个实例，参数为 url 地址，该地址必须和其创建者是同源的。

   const worker = new Worker('./worker.js'); // 参数是url，这个url必须与创建者同源 

2. Worker 的方法

• onmessage 主线程中可以在 Worker 上添加 onmessage 方法，用于监听 Worker 的信息。

  示例：

     const worker = new Worker('./worker.js');
     worker.onmessage = function (messageEvent) {
       console.log(messageEvent)
     } 

• onmessageerror 主线程中可以在 Worker 上添加 onmessageerror 方法，用于监听 Worker 的错误信息。

  示例：

     const worker = new Worker('./worker.js');
     worker.onmessageerror = function (messageEvent) {
       console.log(messageEvent)
     } 

• postMessage() 主线程通过此方法给 Worker 发送消息，发送参数的格式不限（可以是数组、对象、字符串等），可以根据自己的业务选择。

  示例：

     const worker = new Worker('./worker.js');
     worker.postMessage({ type: 'start', payload: { count: 666 } }); // 发送信息给worker

• terminate() 主线程通过此方法终止 Worker 的运行。

  示例：

     const worker = new Worker('./worker.js');
     worker.terminate();

3. 通信

   Worker 的作用域跟主线程中的 Window 是相互独立的，并且 Worker 中是获取不到 DOM 元素的。所以在 Worker 中你无法使用 Window 变量。取而代之的是可以用 self 来表示全局对象。self 上有哪些方法和属性，感兴趣的小伙伴可以自行输出查看。比较常用的方法是 onmessage、postMessage，主要用来跟主线程进行通信。

   示例：

   // 监听事件，主线程可以通过 postMessage 发送信息过来
   self.onmessage = (messageEvent) => {
     const { type, payload } = messageEvent.data;
     switch (type) {
       case 'start':
         // 通过 type 去区分不同的业务逻辑，payload 是传过来的数据
         const result = 0;
         // ....,通过一系列处理之后，把最终的结果发送给主线程
         this.postMessage(result);
         break;
     }
   };

这里我们从 messageEvent.data 中获取从主线程传递过来的数据。为了业务的扩展性，这边是以 type 去区分不同的业务，payload 承载数据源，通过处理之后把结果发给主线程。主线程的 onmessage 回调函数中就能收到这个结果了。

4. Worker 中引用其他脚本的方式

跟常用的 JavaScript 一样，Worker 中也是可以引入其他的模块的。但是方式不太一样，是通过 importScripts 来引入。这边我为了演示，新建了一个 constant.js。在 constant.js 定义了一些变量和函数。

示例：

   // Worker.js
   importScripts('constant.js');
   // 下面就可以获取到 constant.js 中的所有变量了
   
   // constant.js
   // 可以在 Worker 中使用
   const a = 111;
   
   // 不可以在 Worker 中使用，原因未知
   const b = function () {
     console.log('test');
   };
   
   // 可以在 Worker 中使用
   function c() {
     console.log('test');
   }

5. 调试方法

   写代码难免要进行调试。Worker 的调试在浏览器控制台中有专门展示的地方，见下图。

6. 常见使用场景

   • 一般的视频网站 以优酷为例，当我们开始播放优酷视频的时候，就能看到它会调用 Worker，解码的代码应该写在 Worker 里面。

     

   • 需要大量计算的网站 比如 imgcook 这个网站，它能在前端解析 sketch 文件，这部分解析的逻辑就写在 Worker 里。

     

SharedWorker

SharedWorker 是一种特定的 Worker。从它的命名就能知道，它是一种共享数据的 Worker。它可以同时被多个浏览器环境访问。这些浏览器环境可以是多个 window, iframes 或者甚至是多个 Worker，只要这些 Workers 处于同一主域。为跨浏览器 tab 共享数据提供了一种解决方案。

1. 创建 SharedWorker

   创建的方法跟上面普通 Worker 完全一模一样。

   const worker = new SharedWorker("./shareWorker.js"); // 参数是url，这个url必须与创建者同源 

2. SharedWorker 的方法

   SharedWorker 的方法都在 port 上，这是它与普通 Worker 不同的地方。

• port.onmessage

  主线程中可以在 worker 上添加 onmessage 方法，用于监听 SharedWorker 的信息

  示例：

     const sharedWorker = new SharedWorker('./shareWorker.js');
     sharedWorker.port.onmessage = function (messageEvent) {
       console.log(messageEvent)
     } 

• port.postMessage()

  主线程通过此方法给 SharedWorker 发送消息，发送参数的格式不限

  示例：

     const sharedWorker = new SharedWorker('./shareWorker.js');
     sharedWorker.port.postMessage({ type: 'increase', payload: { count: 666 } });

• port.start()

  主线程通过此方法开启 SharedWorker 之间的通信

  示例：

     const sharedWorker = new SharedWorker('./shareWorker.js');
     sharedWorker.port.start()

• port.close()

  主线程通过此方法关闭 SharedWorker

  示例：

     const sharedWorker = new SharedWorker('./shareWorker.js');
     sharedWorker.port.close()

3. 通信

   SharedWorker 跟普通的 Worker 一样，可以用 self 来表示全局对象。不同之处是，它需要等 port 连接成功之后，利用 port 的onmessage、postMessage，来跟主线程进行通信。当你打开多个窗口的时候，SharedWorker 的作用域是公用的，这也是其特点。

   示例：

   // index.js
   const worker = new SharedWorker('./shareWorker.js');
   
   worker.port.start(); // 开启端口
   
   // 发送信息给shareWorker
   worker.port.postMessage({ type: 'increase', payload: { count: 666 } }); 
   
   // 接受shareWorker发过来的数据
   worker.port.onmessage = function (val) {
     console.log(val.data)
   };
   
   // shareWorker.js
   let count = 666;
   
   port.onmessage = (messageEvent) => {
     const { type, payload } = messageEvent.data;
   
     switch (type) {
       case 'increase':
         port.postMessage(++count);
         break;
       case 'decrease':
         port.postMessage(--count);
         break;
     }
   };

4. Worker 中引用其他脚本

   这个与普通的 Worker 方法一样，使用 importScripts

5. 调试方法

   在浏览器中查看和调试 SharedWorker 的代码，需要输入 chrome://inspect/

ServiceWorker

ServiceWorker 一般作为 Web 应用程序、浏览器和网络之间的代理服务。他们旨在创建有效的离线体验，拦截网络请求，以及根据网络是否可用采取合适的行动，更新驻留在服务器上的资源。他们还将允许访问推送通知和后台同步 API。

1. 创建 ServiceWorker

   // index.js
   if ('serviceWorker' in navigator) {
     window.addEventListener('load', function () {
       navigator.serviceWorker
         .register('./serviceWorker.js', { scope: '/page/' })
         .then(
           function (registration) {
             console.log(
               'ServiceWorker registration successful with scope: ',
               registration.scope
             );
           },
           function (err) {
             console.log('ServiceWorker registration failed: ', err);
           }
         );
     });
   }

只要创建了 ServiceWorker，不管这个创建 ServiceWorker 的 html 是否打开，这个 ServiceWorker 是一直存在的。它会代理范围是根据 scope 决定的，如果没有这个参数，则其代理范围是创建目录同级别以及子目录下所有页面的网络请求。代理的范围可以通过registration.scope 查看。

2. 安装 ServiceWorker

   // serviceWorker.js
   const CACHE_NAME = 'cache-v1';
   // 需要缓存的文件
   const urlsToCache = [
     '/style/main.css',
     '/constant.js',
     '/serviceWorker.html',
     '/page/index.html',
     '/serviceWorker.js',
     '/image/131.png',
   ];
   self.oninstall = (event) => {
     event.waitUntil(
       caches
         .open(CACHE_NAME) // 这返回的是promise
         .then(function (cache) {
           return cache.addAll(urlsToCache); // 这返回的是promise
         })
     );
   };

在上述代码中，我们可以看到，在 install 事件的回调中，我们打开了名字为 cache-v1 的缓存，它返回的是一个 promise。在打开缓存之后，我们需要把要缓存的文件 add 进去，基本上所有类型的资源都可以进行缓存，例子中缓存了 css、js、html、png。如果所有缓存数据都成功，就表示 ServiceWorker 安装成功；如果控制台提示 Uncaught (in promise) TypeError: Failed to execute 'Cache' on 'addAll': Request failed，则表示安装失败。

3. 缓存和返回请求

   self.onfetch = (event) => {
     event.respondWith(
       caches
         .match(event.request) // 此方法从服务工作线程所创建的任何缓存中查找缓存的结果
         .then(function (response) {
           // response为匹配到的缓存资源，如果没有匹配到则返回undefined，需要fetch资源
           if (response) {
             return response;
           }
           return fetch(event.request);
         })
     );
   };

在 fetch 事件的回调中，我们去匹配 cache 中的资源。如果匹配到，则使用缓存资源；没有匹配到则用 fetch 请求。正因为 ServiceWorker 可以代理网络请求，所以为了安全起见，规范中规定它只能在 https 和 localhost 下才能开启。

4. 调试方法

   在浏览器中查看和调试 ServiceWorker 的代码，需要输入 chrome://inspect/#service-workers

5. 演示效果

上面代码中，我缓存了 131.png。切换到离线模式，131 图片还是能显示，134.png 就获取不到了。

看到这里，大家可能会有疑惑了。这个图片它存到哪里去了？实际上它会把文件自动存到浏览器的 Cache Storage 中。我们打开浏览器可以看到。

6. 常见使用场景

   缓存资源文件，加快渲染速度

   这个我们以语雀为例。我们在打开语雀网站的时候，可以看到它使用 ServiceWorker 缓存了很多 css、js 文件，从而达到优化的效果。

总结

类型	Worker	SharedWorker	ServiceWorker
通信方式	postMessage	port.postMessage	单向通信，通过 addEventListener 监听 serviceWorker 的状态
使用场景	适合大量计算的场景	适合跨 tab、iframes 之间共享数据	缓存资源、网络优化
兼容性	>= IE 10 >= Chrome 4	不支持 IE、Safari、Android、iOS >= Chrome 4	不支持 IE >= Chrome 40

本文介绍了 3 种 Worker，他们分别适合不同的场景，总结如上面表格。普通的 Worker 可以在需要大量计算的时候使用，创建新的线程可以降低主线程的计算压力，不会导致 UI 卡顿。SharedWorker 主要是为不同的 window、iframes 之间共享数据提供了另外一个解决方案。ServiceWorker 可以缓存资源，提供离线服务或者是网络优化，加快 Web 应用的开启速度，更多是优化体验方面的。

示例代码：github.com/Pulset/Web-…

参考文献

• 在网络应用中添加服务工作线程和离线功能
• Service worker overview
• Workers
• SharedWorker

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