Web Worker 前端多线程

二二四一
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Web Worker定义

Web Worker 是浏览器提供的多线程能力，允许在主线程之外运行 JavaScript。

它的目标只有一个： 👉 把耗时任务从 UI 线程中挪走，让页面保持流畅。

Web Worker作用

解决主线程的现实困境，主线程同时负责：

  • JS 执行
  • 页面渲染
  • 用户交互
  • 事件响应

一旦遇到👇

  • 大量计算
  • JSON 解析
  • 文件处理
  • 图片 / 视频处理
  • 高频轮询 / 长时间任务

👉 UI 就会卡，页面就会“假死”。

工作原理

1. 线程模型

主线程（UI / React）
   │
   ├── postMessage
   ▼
Worker 线程（独立事件循环）
   │
   └── postMessage
  • Worker 运行在 独立线程
  • 拥有自己的事件循环
  • 不会阻塞 UI

2. 通信机制

Worker 与主线程的通信是 完全异步 的。

  1. 异步消息传递
  • Worker 和主线程通过 postMessage 发送消息。
  • 消息不会立即返回结果，而是放入消息队列，等待目标线程处理。
  • 默认采用 structured clone（深拷贝）
  • 可使用 Transferable（如 ArrayBuffer）转移所有权，避免拷贝
  • 接收方通过 onmessage 回调处理消息。
// main.js
const worker = new Worker('worker.js');

worker.onmessage = (e) => {
  console.log('收到 Worker 消息:', e.data);
};

worker.postMessage('Hello Worker'); // 异步发送
console.log('这行会先打印');

输出顺序：

这行会先打印
收到 Worker 消息: HELLO WORKER

可以看到 postMessage 不会阻塞主线程。

  1. 异步通信原因
  • 异步通信避免阻塞主线程 UI 渲染。
  • Worker 和主线程运行在不同线程，直接同步调用会涉及复杂锁和线程安全问题。
  • 异步模型符合 JS 单线程事件循环机制，安全且高效。
  1. 注意
  • 虽然通信异步，但消息发送是可靠的，消息按顺序到达。
  • 如果需要“同步”效果，可以在主线程用 Promise 包装 Worker 消息：
function workerTask(data) {
  return new Promise(resolve => {
    worker.onmessage = e => resolve(e.data);
    worker.postMessage(data);
  });
}

Worker 与主线程通信是异步的，通过消息队列和事件循环实现安全高效的数据交换。

3. 不能访问DOM

Worker 不访问 DOM 是浏览器为了线程安全、性能优化而设计的约束。它专注“计算”，主线程专注“渲染”。

  1. Web Worker 的本质
  • Web Worker 是浏览器提供的多线程环境，让 JS 能够在主线程之外运行。
  • 它有自己的全局上下文（WorkerGlobalScope），并不是 window，所以不包含 DOM API。
  • 目的是为了避免阻塞主线程，尤其是渲染线程。浏览器 UI 渲染和 DOM 操作都在主线程。
  1. DOM 不是线程安全的
  • DOM 树是共享资源，如果多个线程直接操作，会产生竞态条件和不确定行为。
  • 比如：一个 Worker 修改了 DOM 节点的属性，主线程同时在渲染这个节点，会出现不可预期的渲染结果或浏览器崩溃。

简单理解：DOM 就像一个昂贵的共享数据库，不能被多个线程同时写入，否则数据容易“炸”。

  1. Worker 与主线程的通信机制
  • Worker 和主线程通过 postMessage 进行通信，消息会被序列化（structured clone） 。
  • Worker 可以处理数据、计算、加密等“纯逻辑”，然后把结果发送给主线程，由主线程更新 DOM。
// main.js
const worker = new Worker('worker.js');

worker.onmessage = (e) => {
  document.getElementById('output').textContent = e.data;
};

worker.postMessage('Hello Worker');

// worker.js
onmessage = (e) => {
  const result = e.data.toUpperCase(); // 模拟耗时计算
  postMessage(result);
};
  • 这样既保证了 DOM 操作在主线程安全进行，又利用 Worker 提升计算性能。
  • SharedWorker、Service Worker 等都是类似的设计：它们也不能直接操作 DOM。
  • 如果真的想“间接操作”，Worker 可以返回数据，主线程再去渲染。
┌───────────────┐
│   主线程 UI   │
│ ┌───────────┐│
│ │   DOM     ││  ← 只能主线程操作
│ └───────────┘│
└─────┬────────┘
      │ postMessage / onmessage
      │
      ▼
┌───────────────┐
│   Web Worker  │  ← 只能做计算、数据处理
│               │
│ 复杂逻辑 / AI │
│ 数据处理 / 加密│
└───────────────┘
      ▲
      │ postMessage / onmessage
      │
┌─────┴────────┐
│ 主线程接收数据│
│ 更新 DOM      │
└──────────────┘

Web Worker分类

类型名称特点使用场景
Dedicated Worker专用 Worker一对一、最常用计算、解析、后台任务
Shared Worker共享 Worker多页面共享多标签页共享状态
Service Workerservice Worker拦截网络请求PWA / 离线缓存
Worklet——低延迟音频 / 渲染

👉 日常业务中 90% 用 Dedicated Worker

Shared Worker 的作用就是 同源下多窗口或多个脚本共享同一个 Worker，适合一些需要跨标签页共享状态或逻辑的场景。

场景原因 / 优势
跨标签页共享 WebSocket比如你网站在多个标签页同时打开，要共享同一个 WebSocket 连接，避免每个标签页都建立一个。
全局状态管理多标签页共享登录状态、实时消息状态、计数器等。
缓存数据对一些计算结果或请求结果进行缓存，所有标签页可直接复用，不必重复计算或请求。
后台任务跨标签页执行定时任务、轮询接口、同步数据等。
// shared-worker.js
onconnect = (e) => {
  const port = e.ports[0];
  port.onmessage = (msg) => {
    port.postMessage(`收到: ${msg.data}`);
  };
};

// main.js
const worker = new SharedWorker('shared-worker.js');
worker.port.start(); // 必须启动 port
worker.port.postMessage('Hello SharedWorker');
worker.port.onmessage = (e) => console.log(e.data);

当你需要多个同源上下文共享同一份逻辑、状态或连接时，选择 Shared Worker。
如果只在一个页面里使用，普通 Worker 就够了。

Web Worker特点

  • ✅ 真正的并行执行
  • ✅ 避免主线程阻塞
  • ❌ 不能操作 DOM
  • ❌ 创建和通信有成本
  • ⚠️ 数据传输需要考虑性能
  1. ✅ 优点
  • 提升页面响应速度
  • 适合 CPU 密集型任务
  • 可作为后台“计算引擎”
  • 可发送异步请求
  • 可运行 fetch / WebSocket / IndexedDB
  1. ❌ 缺点
  • 无法操作 DOM
  • 通信存在数据拷贝成本
  • 创建/销毁开销不小
  • 调试、打包需要额外配置

适用场景

  1. 🔥 强烈推荐使用
  • 大数据计算 / 排序 / 过滤
  • 图片处理、压缩、滤镜
  • 视频转码、音频分析
  • 文件解析（CSV / Excel / JSON）
  • 加密、解密、哈希计算
  1. ⚠️ 谨慎使用
  • 轻量逻辑
  • 高频短任务
  • 强依赖 DOM 的操作

前端使用

  1. ❌ 常见误区
  • 每个组件 new 一个 Worker
  • Worker 生命周期不清理
  • 主线程/Worker 强耦合
  1. ✅ 推荐模式：Hook + 单例 Worker
const { post } = useWorker() // React Hook 库
const result = await post('compute', payload)

特点：

  • Worker 只创建一次
  • Promise 化调用
  • 组件只关心结果

Web Worker 是全局资源，而不是组件资源。

内存泄漏

Worker 使用不当确实容易造成 内存泄漏，尤其是长期运行的 Worker。

为什么会内存泄漏

  1. Worker 占用独立线程内存

    • Worker 有自己的全局作用域（WorkerGlobalScope），所有变量和闭包都在这个线程中存在。
    • 如果 Worker 长时间不结束，它占用的内存不会被主线程回收。

  2. 未解除事件监听

    • 主线程给 Worker 注册了 onmessage 或 addEventListener，但 Worker 已不再需要或标签页关闭，引用仍存在。

  3. 引用外部资源

    • Worker 持有大对象或数据（比如缓存、ArrayBuffer、图片等），不会被 GC 回收，导致内存增长。

正确终止 Worker

1：主线程主动终止

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

// 使用完毕后
worker.terminate(); // 立即停止 Worker 线程
  • terminate() 是 同步操作，立即停止 Worker。
  • Worker 内部不会再执行任何代码，也不会触发 onclose 或 finally，要提前处理清理逻辑。

2：Worker 自行关闭

// worker.js
self.close(); // Worker 自己可以调用关闭自己
  • 功能等同于 terminate()，在 Worker 内部调用。
  • 可在完成任务或遇到异常时使用。

3：解除事件监听

  • 主线程应移除绑定的事件，避免保留引用：
worker.onmessage = null;
worker.onerror = null;
  • 对使用 addEventListener 的，记得 removeEventListener。

使用建议：

  1. 短生命周期：尽量不要让 Worker 长时间挂起，任务完成立即 terminate。
  2. 数据传输：用 Transferable Objects（如 ArrayBuffer）避免复制大数据，提高性能同时减少内存占用。
  3. SharedWorker：如果是跨标签页共享，要确保 最后一个标签页关闭后释放 Worker，避免长期占用。

Worker 占用独立线程内存，如果不 terminate 或解除事件引用，就容易泄漏。使用完毕及时 worker.terminate() 或在 Worker 内部 self.close()，并解除事件监听，是保证内存安全的关键。

Web Worker + WebSocket

一个非常实用的组合：

  • Worker 里维护 WebSocket
  • 处理心跳 / 重连 / 解析
  • 主线程只负责 UI 渲染

优势：

  • UI 不受网络抖动影响
  • 连接逻辑高度解耦
  • 更稳定的实时通信
┌────────────┐
│ React UI   │
│            │
│ 订阅数据   │
│ postMessage│
└─────▲──────┘
      │
      │ structured clone
      ▼
┌────────────┐
│ Web Worker │
│            │
│ WebSocket  │
│ 心跳/重连  │
│ 限流/聚合  │
└────────────┘
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