Web Worker 使用教程
RenaPBGK
6年前
<h2>一、概述</h2> <p>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。</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/ad8a345c565e2ecb20d806626eddae5c.png"></p> <p>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。</p> <p>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。</p> <p>Web Worker 有以下几个使用注意点。</p> <p>（1）同源限制</p> <p>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。</p> <p>（2）DOM 限制</p> <p>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。</p> <p>（3）通信联系</p> <p>Worker 线程和主线程不在同一个上下文环境，它们不能直接通信，必须通过消息完成。</p> <p>（4）脚本限制</p> <p>Worker 线程不能执行 alert() 方法和 confirm() 方法，但可以使用 XMLHttpRequest 对象发出 AJAX 请求。</p> <p>（5）文件限制</p> <p>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。</p> <h2>二、基本用法</h2> <h3>2.1 主线程</h3> <p>主线程采用 new 命令，调用 Worker() 构造函数，新建一个 Worker 线程。</p> <pre> var worker = new Worker('work.js');</pre> <p>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。</p> <p>然后，主线程调用 worker.postMessage() 方法，向 Worker 发消息。</p> <pre> worker.postMessage('Hello World'); worker.postMessage({method: 'echo', args: ['Work']});</pre> <p>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。</p> <p>接着，主线程通过 worker.onmessage 指定监听函数，接收子线程发回来的消息。</p> <pre> worker.onmessage = function (event) { console.log('Received message ' + event.data); doSomething(); } function doSomething() { // 执行任务 worker.postMessage('Work done!'); }</pre> <p>上面代码中，事件对象的 data 属性可以获取 Worker 发来的数据。</p> <p>Worker 完成任务以后，主线程就可以把它关掉。</p> <pre> worker.terminate();</pre> <h3>2.2 Worker 线程</h3> <p>Worker 线程内部需要有一个监听函数，监听 message 事件。</p> <pre> self.addEventListener('message', function (e) { self.postMessage('You said: ' + e.data); }, false);</pre> <p>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。</p> <pre> // 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);</pre> <p>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。</p> <p>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。</p> <pre> self.addEventListener('message', function (e) { var data = e.data; switch (data.cmd) { 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);</pre> <p>上面代码中， self.close() 用于在 Worker 内部关闭自身。</p> <h3>2.3 Worker 加载脚本</h3> <p>Worker 内部如果要加载其他脚本，有一个专门的方法 importScripts() 。</p> <pre> importScripts('script1.js');</pre> <p>该方法可以同时加载多个脚本。</p> <pre> importScripts('script1.js', 'script2.js');</pre> <h3>2.4 错误处理</h3> <p>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。</p> <pre> worker.onerror(function (event) { console.log([ 'ERROR: Line ', e.lineno, ' in ', e.filename, ': ', e.message ].join('')); }); // 或者 worker.addEventListener('error', function (event) { // ... });</pre> <p>Worker 内部也可以监听 error 事件。</p> <h3>2.5 关闭 Worker</h3> <p>使用完毕，为了节省系统资源，必须关闭 Worker。</p> <pre> // 主线程 worker.terminate(); // Worker 线程 self.close();</pre> <h2>三、数据通信</h2> <p>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，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。</p> <p>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。</p> <pre> // 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 self.onmessage = function (e) { var uInt8Array = e.data; postMessage('Inside worker.js: uInt8Array.toString() = ' + uInt8Array.toString()); postMessage('Inside worker.js: uInt8Array.byteLength = ' + uInt8Array.byteLength); };</pre> <p>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 <a href="/misc/goto?guid=4959757944446732249" rel="nofollow,noindex">Transferable Objects</a> 。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。</p> <p>如果要直接转移数据的控制权，就要使用下面的写法。</p> <pre> // Transferable Objects 格式 worker.postMessage(arrayBuffer, [arrayBuffer]); // 例子 var ab = new ArrayBuffer(1); worker.postMessage(ab, [ab]);</pre> <h2>四、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。</p> <pre> <!DOCTYPE html> <body> <script id="worker" type="app/worker"> addEventListener('message', function () { postMessage('some message'); }, false); </script> </body> </html></pre> <p>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 。</p> <p>然后，读取这一段嵌入页面的脚本，用 Worker 来处理。</p> <pre> 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' };</pre> <p>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。</p> <h2>五、实例：Worker 线程完成轮询</h2> <p>有时，浏览器需要轮询服务器状态，以便第一时间得知状态改变。这个工作可以放在 Worker 里面。</p> <pre> 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');</pre> <p>上面代码中，Worker 每秒钟轮询一次数据，然后跟缓存做比较。如果不一致，就说明服务端有了新的变化，因此就要通知主线程。</p> <h2>六、实例： Worker 新建 Worker</h2> <p>Worker 线程内部还能再新建 Worker 线程。下面的例子是将一个计算密集的任务，分配到10个 Worker。</p> <p>主线程代码如下。</p> <pre> var worker = new Worker('worker.js'); worker.onmessage = function (event) { document.getElementById('result').textContent = event.data; };</pre> <p>Worker 线程代码如下。</p> <pre> // worker.js // settings var num_workers = 10; var items_per_worker = 1000000; // start the workers var result = 0; var pending_workers = num_workers; for (var i = 0; i < num_workers; i += 1) { var worker = new Worker('core.js'); worker.postMessage(i * items_per_worker); worker.postMessage((i + 1) * items_per_worker); worker.onmessage = storeResult; } // handle the results function storeResult(event) { result += event.data; pending_workers -= 1; if (pending_workers <= 0) postMessage(result); // finished! }</pre> <p>上面代码中，Worker 线程内部新建了10个 Worker 线程，并且依次向这10个 Worker 发送消息，告知了计算的起点和终点。计算任务脚本的代码如下。</p> <pre> // core.js var start; onmessage = getStart; function getStart(event) { start = event.data; onmessage = getEnd; } var end; function getEnd(event) { end = event.data; onmessage = null; work(); } function work() { var result = 0; for (var i = start; i < end; i += 1) { // perform some complex calculation here result += 1; } postMessage(result); close(); }</pre> <h2>七、API</h2> <h3>7.1 主线程</h3> <p>浏览器原生提供 Worker() 构造函数，用来供主线程生成 Worker 线程。</p> <pre> var myWorker = new Worker(jsUrl, options);</pre> <p>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。它的一个作用就是指定 Worker 的名称，用来区分多个 Worker 线程。</p> <pre> // 主线程 var myWorker = new Worker('worker.js', { name : 'myWorker' }); // Worker 线程 self.name // myWorker</pre> <p>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。</p> <pre> Event.data </pre> <h3>7.2 Worker 线程</h3> <p>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。</p> <p>Worker 线程有一些自己的全局属性和方法。</p> <pre> message </pre> <p>（完）</p> <p> </p> <p>来自：http://www.ruanyifeng.com/blog/2018/07/web-worker.html</p> <p> </p>