浅析WebWorker使⽤技巧及实战场景
以前我们总说,JS是单线程没有多线程,当JS在页⾯中运⾏长耗时同步任务的时候就会导致页⾯假死影响⽤户体验,从⽽需要设置把任务放在任务队列中;执⾏任务队列中的任务也并⾮多线程进⾏的,然⽽现在HTML5提供了我们前端开发这样的能⼒ - ,我们⼀起来看⼀看Web Worker 是什么,怎么去使⽤它,在实际⽣产中如何去⽤它来进⾏产出。
⼀、概述
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 Workers 使得⼀个Web应⽤程序可以在与主执⾏线程分离的后台线程中运⾏⼀个脚本操作。这样做的好处是可以在⼀个单独的线程中执⾏费时的处理任务,从⽽允许主(通常是UI)线程运⾏⽽不被阻塞。
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线程也在运⾏,相互不⼲扰。等到 Worker 线程完成计算任务,再把结果返
回给主线程。这样做的好处是主线程可以把⼀些计算密集型或⾼延迟的任务交给worker线程执⾏,被 Worker 线程负担了,这样主线程(通常负责 UI 交互)就会很轻松流畅,不会被阻塞或拖慢。
但是注意这并不是意味着JS语⾔本⾝⽀持了多线程能⼒,⽽是浏览器作为宿主环境提供了JS⼀个多线程运⾏的环境。
⽽且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,就应该注意及时关闭。
或者说:如果worker⽆实例引⽤,该worker空闲后⽴即会被关闭;如果worker实列引⽤不为0,该worker空闲也不会被关闭。
⼆、使⽤
1、限制
worker线程的使⽤有⼀些注意点:
(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)⽂件限制:为了安全,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,且需要与主线程的脚本同源。
(3)DOM操作限制:worker线程在与主线程的window不同的另⼀个全局上下⽂中运⾏,其中⽆法读取主线程所在⽹页的DOM对象,也不能获取 document、window等对象,但是可以获取navigator、location(只读)、XMLHttpRequest、setTimeout等浏览器API。
(4)通信限制:worker线程与主线程不在同⼀个上下⽂,不能直接通信,需要通过postMessage⽅法传递消息来通信。
(5)脚本限制:worker线程不能执⾏alert、confirm,但可以使⽤ XMLHttpRequest 对象发出ajax请求。
2、基本⽤法
(1)Worker()构造函数
在主线程中⽣成 Worker 线程很容易:主线程采⽤new命令,调⽤Worker()构造函数,新建⼀个 Worker 线程。
var myWorker = new Worker(jsUrl, options)
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,否则报错。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。
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
然后,主线程调⽤worker.postMessage()⽅法,向 Worker 发消息。
(2)消息传递
主线程:
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ssage指定监听函数,接收⼦线程发回来的消息。
console.log('Received message ' + event.data);
doSomething();
}
function doSomething() {
// 执⾏任务
worker.postMessage('Work done!');
}
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。
self.addEventListener('message', function (e) {
self.postMessage('You said: ' + e.data);
}, false);
上⾯代码中,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ssage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 (d) {
case'start':
self.postMessage('WORKER STARTED: ' + data.msg);
break;
case'stop':
self.postMessage('WORKER STOPPED: ' + data.msg);
self.close(); // Terminates the worker.
break;
default:
self.postMessage('Unknown command: ' + data.msg);
};
}, false);
上⾯代码中,self.close()⽤于在 Worker 内部关闭⾃⾝。
(3)API实例
关于api什么的,直接上例⼦⼤概就能明⽩了,⾸先是worker线程的js⽂件:
ajax实例 文件浏览// workerThread1.js
let i = 1
function simpleCount() {
i++
self.postMessage(i)
setTimeout(simpleCount, 1000)
}
simpleCount()
postMessage(ev.data + ' 呵呵~')
}
在HTML⽂件中的body中:
// 主线程,HTML⽂件的body标签中
<div>
Worker 输出内容:<span id='app'></span>
<input type='text' title='' id='msg'>
<button onclick='sendMessage()'>发送</button>
<button onclick='stopWorker()'>stop!</button>
</div>
<script type='text/javascript'>
if (typeof(Worker) === 'undefined') // 使⽤Worker前检查⼀下浏览器是否⽀持
document.writeln(' Sorry! No Web Worker support.. ')
else {
window.w = new Worker('workerThread1.js')
ssage = ev => {
}
r = err => {
console.log(error.filename, error.lineno, ssage) // 发⽣错误的⽂件名、⾏号、错误内容
}
function sendMessage() {
const msg = ElementById('msg')
window.w.postMessage(msg.value)
}
function stopWorker() {
inate()
}
}
</script>
可以⾃⼰运⾏⼀下看看效果,上⾯⽤到了⼀些常⽤的api:
主线程中的api,worker表⽰是 Worker 的实例:
worker.postMessage: 主线程往worker线程发消息,消息可以是任意类型数据,包括⼆进制数据
Worker线程中全局对象为 self,代表⼦线程⾃⾝,这时 this指向self,其上有⼀些api:
self.postMessage: worker线程往主线程发消息,消息可以是任意类型数据,包括⼆进制数据
self.close: worker线程关闭⾃⼰
注意,w.postMessage(aMessage, transferList) ⽅法接受两个参数,aMessage 是可以传递任何类型数据的,包括对象,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。⼀个可选的对象的数组,⽤于传递所有权。如果⼀个对象的所有权被转移,在发送它的上下⽂中将变为不可⽤(中⽌),并且只有在它被发送到的worker中可⽤。可转移对象是如ArrayBuffer,MessagePort或
ImageBitmap的实例对象,transferList数组中不可传⼊null。
Transferable 接⼝代表⼀个能在不同可执⾏上下⽂之间,例如如主线程和之间,相互传递的对象。这是⼀个抽象接⼝,没有任何对象属于此类型。它也没有定义任何⽅法和属性;它只是⼀个标签,⽤来指⽰对象在特定场合下,⽐如如通过⽅法传递到,是可⽤的。
备注:技术上,Transferable 接⼝已不复存在。但是,Transferable 对象的效⽤依旧存在,只是其实现被移到了更加底层的位置。(转⽽通过拓展属性 [Transferable] 实现)。
、和实现了此接⼝。
更详细的API参见。
(4)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()。
worker线程中加载脚本的api:
importScripts('script1.js') // 加载单个脚本
importScripts('script1.js', 'script2.js') // 加载多个脚本
(5)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。
console.log([
'ERROR: Line ', e.lineno, ' in ', e.filename, ': ', e.message
].join(''));
});
// 或者
worker.addEventListener('error', function (event) {
// ...
});
Worker 内部也可以监听error事件。
(6)关闭 Worker
使⽤完毕,为了节省系统资源,必须关闭 Worker。
// 主线程
// Worker 线程
self.close();
三、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,也就是传值⽽不是传址,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。下⾯是⼀个例⼦:
// 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
var uInt8Array = e.data;
postMessage('Inside worker.js: String() = ' + String());
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。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]);
四、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 = ateObjectURL(blob);
var worker = new Worker(url);
// e.data === 'some message'
};
上⾯代码中,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。
五、实战场景
个⼈觉得,Web Worker我们可以当做计算器来⽤,需要⽤的时候掏出来摁⼀摁,不⽤的时候⼀定要收起来。
1、加密数据:有些加解密的算法⽐较复杂,或者在加解密很多数据的时候,这会⾮常耗费计算资源,导致UI线程⽆响应,因此这是使⽤Web Worker的好时机,使⽤Worker线程可以让⽤户更加⽆缝的操作UI。
2、预取数据:有时候为了提升数据加载速度,可以提前使⽤Worker线程获取数据,因为Worker线程是可以是⽤ XMLHttpRequest 的。
3、预渲染:在某些渲染场景下,⽐如渲染复杂的canvas的时候需要计算的效果⽐如反射、折射、光影、材料等,这些计算的逻辑可以使⽤Worker线程来执⾏,也可以使⽤多个Worker线程。
4、复杂数据处理场景:某些检索、排序、过滤、分析会⾮常耗费时间,这时可以使⽤Web Worker来进⾏,不占⽤主线程。
5、预加载图⽚:有时候⼀个页⾯有很多图⽚,或者有⼏个很⼤的图⽚的时候,如果业务限制不考虑懒加载,也可以使⽤Web Worker来加载图⽚,可以参考⼀下,这⾥简单提要⼀下。
// 主线程
let w = new Worker("js/workers.js");
var img = ateElement("img");
img.src = ateObjectURL(event.data);
document.querySelector('#result').appendChild(img)
}
// worker线程
let arr = [...好多图⽚路径];
for (let i = 0, len = arr.length; i < len; i++) {
let req = new XMLHttpRequest();
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