鸿蒙多线程开发——线程间数据通信对象01

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1、线程间通信

线程间通信指的是并发多线程间存在的数据交换行为。由于ArkTS语言兼容TS/JS,其运行时的实现与其它所有的JS引擎一样,都是基于Actor内存隔离的并发模型提供并发能力。

对于不同的数据对象,在ArkTS线程间通信的行为是有差异的,比如普通JS对象、ArrayBuffer对象、SharedArrayBuffer对象等,跨线程的行为是不一致的,包括序列化反序列化拷贝、数据转移、数据共享等不同行为。

以JS对象为例,其在并发任务间的通信采用了标准的Structure Clone算法(序列化反序列化),通过序列化将JS对象转成与引擎无关的数据(字符串或内存块等),在另一个并发实例通过反序列化,还原成与原JS对象内容一致的新对象,因此通常需要经过深拷贝,效率较低。示意如下:

image.png

ArkTS目前主要提供两种并发能力支持线程间通信:TaskPool和Worker。之前的文章中我们有做过介绍:鸿蒙多线程开发——TaskPool任务池鸿蒙多线程开发——Worker多线程

在线程间通信时,我们可以使用5类对象用于数据传输,分别是:JS普通对象、ArrayBuffer对象、SharedArrayBuffer对象、Transferable对象(NativeBinding对象)、Sendable对象。

2、JS普通对象

普通对象跨线程时通过拷贝形式传递,两个线程的对象内容一致,但是指向各自线程的隔离内存区间。例如Object、Array、Map等对象是通过这种方式实现跨并发实例通信的。js普通对象比较简单,可以理解为普通的JSON对象即可,通信过程如下图所示:

image.png

3、ArrayBuffer对象

ArrayBuffer内部包含一块Native内存。其JS对象壳与普通对象一样,需要经过序列化与反序列化拷贝传递,但是Native内存有两种传输方式:拷贝和转移。

传输时采用拷贝的话,需要经过深拷贝(递归遍历),传输后两个线程都可以独立访问ArrayBuffer。通信过程如下图所示:

image.png

如果采用转移的方式,则原线程无法使用此ArrayBuffer对象,跨线程时只需重建JS壳,Native内存无需拷贝,效率更高。通信过程如下图所示:

image.png

image.png ArrayBuffer可以用来表示图片等资源,在应用开发中,会遇到需要进行图片处理的场景(比如需要调整一张图片的亮度、饱和度、大小等),为了避免阻塞主线程,可以将图片传递到子线程中执行这些操作。转移方式性能更高,但是原线程不能再访问ArrayBuffer对象,如果两个线程都需要访问,则需要采用拷贝方式,否则建议采用转移方式,提升性能。

下面将分别通过拷贝和转移的方式,将图片传递到子线程中。

👉🏻 ArrayBuffer拷贝传输方式

在ArkTS中,TaskPool传递ArrayBuffer数据时,默认使用转移的方式,通过调用setTransferList()接口,指定对应的部分数据传递方式为转移方式,其余部分数据可以切换成拷贝的方式。

首先,实现一个需要在Task中执行的用于处理ArrayBuffer的接口。

然后,通过拷贝的方式将ArrayBuffer数据传递到Task中,并在Task中处理ArrayBuffer。

最后,主线程接收到Task执行完毕后返回的ArrayBuffer数据,拼接数据展示。

// Index.ets
import { taskpool } from '@kit.ArkTS';
import { BusinessError } from '@kit.BasicServicesKit';

@Concurrent
function adjustImageValue(arrayBuffer: ArrayBuffer): ArrayBuffer {
  // 对arrayBuffer进行操作
  return arrayBuffer;  // 返回值默认转移
}

function createImageTask(arrayBuffer: ArrayBuffer, isParamsByTransfer: boolean): taskpool.Task {
  let task: taskpool.Task = new taskpool.Task(adjustImageValue, arrayBuffer);
  if (!isParamsByTransfer) { // 是否使用转移方式
    // 传递空数组[],全部arrayBuffer参数传递均采用拷贝方式
    task.setTransferList([]);
  }
  return task;
}

@Entry
@Component
struct Index {
  @State message: string = 'Hello World';

  build() {
    RelativeContainer() {
      Text(this.message)
        .id('HelloWorld')
        .fontSize(50)
        .fontWeight(FontWeight.Bold)
        .alignRules({
          center: { anchor: '__container__', align: VerticalAlign.Center },
          middle: { anchor: '__container__', align: HorizontalAlign.Center }
        })
        .onClick(() => {
          let taskNum = 4;
          let arrayBuffer = new ArrayBuffer(1024 * 1024);
          let taskPoolGroup = new taskpool.TaskGroup();
          // 创建taskNum个Task
          for (let i: number = 0; i < taskNum; i++) {
            let arrayBufferSlice: ArrayBuffer = arrayBuffer.slice(arrayBuffer.byteLength / taskNum * i, arrayBuffer.byteLength / taskNum * (i + 1));
            // 使用拷贝方式传入ArrayBuffer,所以isParamsByTransfer为false
            taskPoolGroup.addTask(createImageTask(arrayBufferSlice, false));
          }
          // 执行Task
          taskpool.execute(taskPoolGroup).then((data) => {
            // 返回结果,对数组拼接,获得最终结果
          }).catch((e: BusinessError) => {
            console.error(e.message);
          })
        })
    }
    .height('100%')
    .width('100%')
  }
}

👉🏻 ArrayBuffer转移传输方式

在TaskPool中,传递ArrayBuffer数据,默认使用转移方式,原线程不能再使用传输给子线程的ArrayBuffer。所以在上文示例的基础上,去除task.setTransferList接口就可以实现,代码如下(注意createImageTask方法的实现和调用):

// Index.ets
import { taskpool } from '@kit.ArkTS';
import { BusinessError } from '@kit.BasicServicesKit';

@Concurrent
function adjustImageValue(arrayBuffer: ArrayBuffer): ArrayBuffer {
  // 对arrayBuffer进行操作
  return arrayBuffer;  // 返回值默认转移
}

function createImageTask(arrayBuffer: ArrayBuffer): taskpool.Task {
  let task: taskpool.Task = new taskpool.Task(adjustImageValue, arrayBuffer);
  return task;
}

@Entry
@Component
struct Index {
  @State message: string = 'Hello World';

  build() {
    RelativeContainer() {
      Text(this.message)
        .id('HelloWorld')
        .fontSize(50)
        .fontWeight(FontWeight.Bold)
        .alignRules({
          center: { anchor: '__container__', align: VerticalAlign.Center },
          middle: { anchor: '__container__', align: HorizontalAlign.Center }
        })
        .onClick(() => {
          let taskNum = 4;
          let arrayBuffer = new ArrayBuffer(1024 * 1024);
          let taskPoolGroup = new taskpool.TaskGroup();
          // 创建taskNum个Task
          for (let i: number = 0; i < taskNum; i++) {
            let arrayBufferSliceArrayBuffer = arrayBuffer.slice(arrayBuffer.byteLength / taskNum * i, arrayBuffer.byteLength / taskNum * (i + 1));
            taskPoolGroup.addTask(createImageTask(arrayBufferSlice));
          }
          // 执行Task
          taskpool.execute(taskPoolGroup).then((data) => {
            // 返回结果,对数组拼接,获得最终结果
          }).catch((e: BusinessError) => {
            console.error(e.message);
          })
        })
    }
    .height('100%')
    .width('100%')
  }
}

由于篇幅原因SharedArrayBuffer、Transferable、Sendable我们在下篇中介绍。