JavaScript worker之普通worker

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技术背景

众所周知,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,被 Worker 线程负担了,主线程(通常负责 UI 交互)就会很流畅,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。

使用限制

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。所谓同源指同ip,同协议,同端口。不能像script那样无限制。

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navigator对象和location对象,也可以访问XMLHttpRequest。

3、通信限制

由于是不同的脚本环境,Worker和主线程它们不能直接通信,必须通过消息完成。

4、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。

基本用法

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。

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,主线程就调用worker.postMessage()方法,向 Worker 发消息。

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worker子线程发回来的消息。

上面代码中,事件对象的data属性可以获取 Worker 发来的数据。

Worker 完成任务以后,主线程就可以把它关掉。

Worker 线程

Worker 线程内部需要有一个监听函数,监听message事件。

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。

上面代码中,self.close()用于在 Worker 内部关闭自身。

Worker API

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。

const myWorker = new Worker( workUrl, [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。
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。

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.onerror // Worker出错时触发
        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。

关于worker importScripts Api是指worker本身可以加载其它的js脚本,如

importScripts(path0)
        importScripts(path0, path1)
        importScripts(path0, path1, /* … ,*/ pathN)

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,也可以是二进制。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。
下面是一个例子。

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]);</code></pre><h2 id="item-0-6">同页面的 Web Worker</h2><p>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。<br>场景一:</p><pre><code>&lt;!DOCTYPE html&gt;
      &lt;body&gt;
          &lt;script id="worker" type="app/worker"&gt;
                addEventListener('message', function () {
                        postMessage('some message');
                              }, false);
                                  &lt;/script&gt;
                                    &lt;/body&gt;
                                    &lt;/html&gt;
                                    
                                    /*  上面是一段嵌入网页的脚本,注意必须指定&lt;script&gt;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'
                                      };</code></pre><p>场景二:</p><pre><code>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');</code></pre><h2 id="item-0-7">Woker的嵌套</h2><p>Worker 线程内部还能再新建 Worker 线程。</p><p><br></p>