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JavaScript工作原理(七):Web Workers的构建快和5种使用场景
阅读量:5874 次
发布时间:2019-06-19

本文共 7009 字,大约阅读时间需要 23 分钟。

这一次我们将分拆Web Workers:我们将提供一个概述,讨论不同类型的workers,他们的组成部分如何共同发挥作用,以及他们在不同情况下提供的优势和局限性。最后,我们将提供5个用例,其中Web Workers将是不错的选择。

您应该已经熟悉JavaScript在单个线程上运行的事实,因为我们之前已经详细讨论过它。但是,JavaScript也为开发人员提供了编写异步代码的机会。

异步编程的局限性

我们之前已经讨论过异步编程,何时应该使用它。

异步编程通过在事件循环中“调度”要稍后执行的部分代码来使应用程序UI能够响应,从而允许首先执行UI渲染。

异步编程的一个很好的用例是制作AJAX请求。 由于请求可能需要很长时间,因此可以异步制作请求,并且在客户端等待响应时,可以执行其他代码。

// This is assuming that you're using jQueryjQuery.ajax({    url: 'https://api.example.com/endpoint',    success: function(response) {        // Code to be executed when a response arrives.    }});

但是,这会带来一个问题 - 请求由浏览器的WEB API处理,但其他代码如何可以异步? 例如,如果成功回调中的代码是CPU密集型的:

var result = performCPUIntensiveCalculation();

如果performCPUIntensiveCalculation不是一个HTTP请求,而是一个阻塞代码(例如一个巨大的for循环),则无法释放事件循环并解除浏览器的用户界面 - 它会冻结并对用户无响应。

这意味着异步函数仅解决JavaScript语言的单线程局限性的一小部分。

在某些情况下,通过使用setTimeout,您可以在从更长时间运行的计算中解除UI的情况下取得良好结果。例如,通过在独立的setTimeout调用中对复杂的计算进行批处理,您可以将它们置于事件循环中的单独“位置”,这样就可以获得UI渲染/响应性所需的时间。

我们来看看一个计算数值数组平均值的简单函数:

function average(numbers) {    var len = numbers.length,        sum = 0,        i;    if (len === 0) {        return 0;    }         for (i = 0; i < len; i++) {        sum += numbers[i];    }       return sum / len;}

这就是你如何重写上面的代码并“模拟”异步性:

function averageAsync(numbers, callback) {    var len = numbers.length,        sum = 0;    if (len === 0) {        return 0;    }     function calculateSumAsync(i) {        if (i < len) {            // Put the next function call on the event loop.            setTimeout(function() {                sum += numbers[i];                calculateSumAsync(i + 1);            }, 0);        } else {            // The end of the array is reached so we're invoking the callback.            callback(sum / len);        }    }    calculateSumAsync(0);}

这将使用setTimeout函数,该函数将在事件循环的更下方添加计算的每个步骤。 在每次计算之间,将有足够的时间进行其他计算,这是解冻浏览器所必需的。

Web Workers 扭转局面

HTML5给我们带来了很多很棒的东西,包括:

  • SSE(我们已经在之前的文章中描述并与WebSockets进行了比较)
  • 地理位置
  • 应用程序缓存
  • 本地存储
  • 拖放
  • Web Worker

Web Workers是浏览器内的线程,可用于执行JavaScript代码而不会阻止事件循环。

这真是太神奇了。 JavaScript的整个范例基于单线程环境的思想,但在这里来自网络工作者(Web Workers),它解除了(部分)这种限制。

Web Workers允许开发人员将长时间运行和计算密集型任务放在后台,而不会阻止用户界面,从而使您的应用程序更具响应能力。更重要的是,为了解决事件循环的问题,不需要使用setTimeout技巧。

下面是一个简单的演示,显示了在有和没有Web Workers的情况下对数组进行排序的区别。

Web Worker概述

Web Workers允许您执行诸如启动长时间运行的脚本来处理计算密集型任务,但不会阻止UI。实际上,这一切都是平行进行的。Web Workers真正是多线程的。

你可能会说 - “JavaScript不是单线程语言吗?”。

当你意识到JavaScript是一种没有定义线程模型的语言时,这应该是你的'aha!'时刻。 Web Workers不是JavaScript的一部分,它们是可以通过JavaScript访问的浏览器功能。大多数浏览器历来都是单线程的(当然,这已经改变了),并且大多数JavaScript实现都发生在浏览器中。 Web Worker没有在Node.JS中实现 - 它有一个“cluster”或“child_process”的概念,有点不同。

值得注意的是,这个规范提到了三种类型的Web Workers:

  • Dedicated Worker
  • Shared Worker
  • Service Worker

Dedicated Worker

专用Web Worker由主进程实例化,并且只能与其进行通信。

图片描述

Shared Worker

共享工作人员可以通过运行在同一来源的所有进程(不同的浏览器选项卡,iframe或其他共享工作人员)访问。

图片描述

Service Worker

服务工作人员是一个事件驱动的工作人员,针对原点和路径进行了注册。 它可以控制与之关联的网页/网站,拦截并修改导航和资源请求,并以非常细化的方式缓存资源,从而使您可以很好地控制应用在某些情况下的行为方式(例如,当网络不是可用。)

图片描述

在这篇文章中,我们将关注Dedicated Workers(专职工作者)并将他们称为“(Web Workders)网络工作者”或“(Workers)工作者”。

Web Workders 如何工作

Web Workers被实现为.js文件,这些文件通过页面中的异步HTTP请求提供。 Web Worker API完全隐藏了这些请求。

工作人员利用类似线程的消息传递来实现并行性。 它们非常适合保持您的用户界面的最新性,性能和响应能力。

Web工作人员在浏览器中的独立线程中运行。 因此,它们执行的代码需要包含在单独的文件中。 记住这一点非常重要。

让我们看看如何创建一个基本的工作人员:

var worker = new Worker('task.js');

如果“task.js”文件存在且可访问,浏览器将产生一个新的线程,以异步方式下载文件。 下载完成后,它将被执行,工作人员将开始工作。

如果提供的文件路径返回404,工作人员将自动失败。

为了启动创建的worker,你需要调用postMessage方法:

worker.postMessage();

网络工作者通信

为了在Web Worker和创建它的页面之间进行通信,您需要使用postMessage方法或广播频道。

postMessage方法

较新的浏览器支持将JSON对象作为该方法的第一个参数,而旧版浏览器只支持一个字符串。

让我们看一个创建worker的页面如何与它进行通信的例子,通过传递一个JSON对象作为一个更“复杂”的例子。 传递一个字符串是完全一样的。

我们来看看下面的HTML页面(或者更精确一些):

这就是我们的工作人员脚本的外观:

self.addEventListener('message', function(e) {  var data = e.data;  switch (data.cmd) {    case 'average':      var result = calculateAverage(data); // Some function that calculates the average from the numeric array.      self.postMessage(result);      break;    default:      self.postMessage('Unknown command');  }}, false);

点击按钮后,将从主页面调用postMessage。 worker.postMessage行将JSON对象传递给worker,并添加cmd和数据键及其各自的值。 工作人员将通过定义的消息处理程序处理该消息。

当消息到达时,实际的计算正在工作者中执行,而不会阻塞事件循环。 工作人员正在检查传递的事件e并执行,就像标准的JavaScript函数一样。 完成后,结果会传回主页面。

在一名工人的背景下,自我和这一点都指向了工人的全球范围。

有两种方法可以阻止工作人员:通过从主页面调用worker.terminate()或在worker本身内部调用self.close()。

广播频道

广播频道是更通用的通信API。 它允许我们将消息广播到共享相同来源的所有上下文。 所有浏览器选项卡,iframe或从同一来源提供服务的工作人员都可以发送和接收消息:

// Connection to a broadcast channelvar bc = new BroadcastChannel('test_channel');// Example of sending of a simple messagebc.postMessage('This is a test message.');// Example of a simple event handler that only// logs the message to the consolebc.onmessage = function (e) {   console.log(e.data); }// Disconnect the channelbc.close()

在视觉上,你可以看到广播频道的样子,使其更加清晰:

虽然广播频道的浏览器支持有限,

消息的大小

有两种方式将消息发送给Web Workers:

  • 复制消息:消息被序列化,复制,发送,然后在另一端解除序列化。页面和工作人员不共享同一个实例,所以最终结果是每次传递都会创建一个副本。大多数浏览器通过自动JSON编码/解码任何一端的值来实现此功能。正如所料,这些数据操作为消息传输增加了大量的开销。信息越大,发送时间越长。
  • 转发邮件:这意味着原始发件人在发送后不能再使用它。传输数据几乎是瞬间的。限制是只有ArrayBuffer可以转让。

Web Workers可用的功能

由于Web Worker的多线程特性,Web Worker只能访问JavaScript特性的一个子集。以下是功能列表:

  • navigator对象
  • location对象(只读)
  • XMLHttpRequest
  • setTimeout()/ clearTimeout()和setInterval()/ clearInterval()
  • 应用程序缓存
  • 使用importScripts()导入外部脚本
  • 创建其他Web Workers

Web Worker限制

可悲的是,Web Workers没有访问一些非常关键的JavaScript特性:

  • DOM(它不是线程安全的)
  • 窗口对象
  • 文档对象
  • 父对象

这意味着Web Worker不能操纵DOM(以及UI)。它有时可能会非常棘手,但是一旦您学会如何正确使用Web Workers,您将开始将它们作为单独的“计算机”使用,而所有UI更改将发生在您的页面代码中。工作人员将为您完成所有繁重的工作,一旦工作完成,您会将结果传递给对UI进行必要更改的页面。

处理错误

与任何JavaScript代码一样,您需要处理在Web Workers中引发的任何错误。如果在执行工作时发生错误,则会触发ErrorEvent。该接口包含三个有用的属性,用于确定出错的地方:

  • filename - 导致错误的工作者脚本的名称
  • lineno - 发生错误的行号
  • message - 错误的描述

这是一个例子:

function onError(e) {  console.log('Line: ' + e.lineno);  console.log('In: ' + e.filename);  console.log('Message: ' + e.message);}var worker = new Worker('workerWithError.js');worker.addEventListener('error', onError, false);worker.postMessage(); // Start worker without a message.
self.addEventListener('message', function(e) {  postMessage(x * 2); // Intentional error. 'x' is not defined.};

在这里,您可以看到我们创建了一geWorker并开始监听错误事件。

在worker的内部(在workerWithError.js中),我们通过将x乘以2来创建一个有意的异常,而未在该范围中定义x。 异常传播到初始脚本,并且正在调用有关错误信息的onError。

Web Workers的应用场景

到目前为止,我们列出了Web Workers的优势和局限性。现在让我们看看最佳应用场景:

  • 光线追踪:光线追踪是一种通过将光线追踪为像素来生成图像的渲染技术。光线追踪使用CPU密集型数学计算来模拟光线路径。这个想法是模拟反射,折射,材质等一些效果。所有这些计算逻辑都可以添加到Web Worker中以避免阻塞UI线程。更好的是 - 您可以轻松地将几个工作人员(以及多个CPU之间)之间的图像渲染分开。这里是使用Web Workers进行光线追踪的简单演示 - 。
  • 加密:由于对个人和敏感数据的监管日益严格,端到端加密越来越受欢迎。加密可能是一件非常耗时的事情,特别是如果有很多数据必须经常加密(例如在将数据发送到服务器之前)。这是一个非常好的场景,可以使用Web Worker,因为它不需要访问DOM或任何想象的东西 - 这是纯粹的算法来完成他们的工作。一旦进入工作人员,它对最终用户而言是无缝的,并且不会影响他们的体验。
  • 预取数据:为了优化您的网站或Web应用程序并缩短数据加载时间,您可以利用Web Workers预先加载和存储一些数据,以便稍后在需要时使用它。在这种情况下,Web Workers是惊人的,因为它们不会影响您的应用的用户界面,而不像工作时没有工作人员那样。
  • 渐进式Web应用程序:即使网络连接不稳定,它们也必须快速加载。这意味着数据必须存储在本地浏览器中。这是IndexDB或类似的API进场的地方。基本上,需要客户端存储。为了在不阻塞UI线程的情况下使用,工作必须在Web Workers中完成。那么,就IndexDB而言,有一个异步API,即使没有工作人员也可以执行此操作,但之前有一个同步API(可能会再次引入),只能在工作人员中使用。
  • 拼写检查:基本拼写检查程序按以下方式工作 - 程序读取带有拼写正确单词列表的字典文件。正在将字典解析为搜索树以使实际的文本搜索效率更高。当一个单词被提供给检查器时,程序检查它是否存在于预先构建的搜索树中。如果在树中没有找到该单词,则可以通过替代字符并测试它是否是有效的单词 - 如果它是用户想要写的单词来为用户提供替代拼写。所有这些处理都可以轻松卸载到Web Worker中,以便用户可以在没有任何UI阻塞的情况下键入单词和句子,而工作人员则执行所有搜索和提供建议。

转载地址:http://eahnx.baihongyu.com/

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