Web Worker 使用教程
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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 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。
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。
Web Worker 有以下几个使用注意点。
(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)DOM 限制
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。
(3)通信联系
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。
(4)脚本限制
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。
(5)文件限制
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。
二、基本用法
2.1 主线程
主线程采用new命令,调用Worker()构造函数,新建一个 Worker 线程。
var worker = new Worker('work.js');
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。
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worker.onmessage指定监听函数,接收子线程发回来的消息。
worker.onmessage = function (event) { 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.terminate();
2.2 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。
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 (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);
上面代码中,self.close()用于在 Worker 内部关闭自身。
2.3 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()。
importScripts('script1.js');
该方法可以同时加载多个脚本。
importScripts('script1.js', 'script2.js');
2.4 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。
worker.onerror(function (event) { 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。
2.5 关闭 Worker
使用完毕,为了节省系统资源,必须关闭 Worker。
// 主线程 worker.terminate(); // 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,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。
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 self.onmessage = function (e) { var uInt8Array = e.data; postMessage('Inside worker.js: uInt8Array.toString() = ' + uInt8Array.toString()); 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Transferable Objects。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 = window.URL.createObjectURL(blob); var worker = new Worker(url); worker.onmessage = function (e) { // 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、实例:Worker 线程完成轮询
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。
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');
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。
六、实例: Worker 新建 Worker
Worker 线程内部还能再新建 Worker 线程(目前只有 Firefox 浏览器支持)。下面的例子是将一个计算密集的任务,分配到10个 Worker。
主线程代码如下。
var worker = new Worker('worker.js'); worker.onmessage = function (event) { document.getElementById('result').textContent = event.data; };
Worker 线程代码如下。
// 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! }
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。
// 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(); }
七、API
7.1 主线程
浏览器原生提供Worker()构造函数,用来供主线程生成 Worker 线程。
var myWorker = new Worker(jsUrl, options);
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。
// 主线程 var myWorker = new Worker('worker.js', { name : 'myWorker' }); // Worker 线程 self.name // myWorker
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。
- Worker.onerror:指定 error 事件的监听函数。
- Worker.onmessage:指定 message 事件的监听函数,发送过来的数据在Event.data属性中。
- Worker.onmessageerror:指定 messageerror 事件的监听函数。发送的数据无法序列化成字符串时,会触发这个事件。
- Worker.postMessage():向 Worker 线程发送消息。
- Worker.terminate():立即终止 Worker 线程。
7.2 Worker 线程
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。
Worker 线程有一些自己的全局属性和方法。
- self.name: Worker 的名字。该属性只读,由构造函数指定。
- self.onmessage:指定message事件的监听函数。
- self.onmessageerror:指定 messageerror 事件的监听函数。发送的数据无法序列化成字符串时,会触发这个事件。
- self.close():关闭 Worker 线程。
- self.postMessage():向产生这个 Worker 线程发送消息。
- self.importScripts():加载 JS 脚本。
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