HTML5新特性之Web Worker


1、概述

JavaScript語言采用的是單線程模型,也就是說,所有任務排成一個隊列,一次只能做一件事。隨着電腦計算能力的增強,這一點帶來很大的不便,無法充分發揮JavaScript的潛能。龍其考慮到,File API允許JavaScript讀取本地文件,就更加如此了。

Web Worker的目就,就是為JavaScript創造多線程環境,允許主線程將一些任務分配給子線程。在主線程運行的同時,子線程在后台運行,兩者互不干擾。等到子線程完成計算任務,再把結果返回給主線程。因此,每一個子線程就好像一個“工人”(worker),默默地完成自己的工作。

Web Worker有以下幾個特點:

  • 同域限制:子線程加載的腳本文件,必須與主線程的腳本文件在同一個域。
  • DOM限制:子線程無法讀限網頁的DOM對象,即document、window、parent這些對象,子線程都無法得到。(但是,navigator對象和location對象可以獲得。)
  • 腳本限制:子線程無法讀取網頁的全局變量和函數,也不能執行alert和confirm方法,不過可以執行setInterval和setTimeout,以及使用XMLHttpRequest對象發出AJAX請求。
  • 文件限制:子線程無法讀取本地文件,即子線程無法打開本機的文件系統(file://),它所加載的腳本,必須來自網絡。

使用之前,檢查瀏覽器是否支持這個API。支持的瀏覽器包括 IE 10+、Firefox 3.6+、Safari 4.0+、Chrome 和 Opera 11,但是手機瀏覽器還不支持。

if (window.Worker) {
    // 支持
} else {
    // 不支持
}

2、新建和啟動子線程

在主線程內部,采用new命令調用Worker方法,可以新建一個子線程。

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

Worker方法的參數是一個腳本文件,這個文件就是子線程所要完成的任務,上面代碼中是work.js。由於子線程不能讀取本地文件系統,所以這個腳本文件必須來自網絡端。如果下載沒有成功,比如出現404錯誤,這個子線程就會默默地失敗。

子線程新建之后,並沒有啟動,必需等待主線程調用postMessage方法,即發出信號之后才會啟動。

worker.postMessage('hello world');

postMessage方法的參數,就是主線程傳給子線程的信號。它即可以是一個字符串,也可以是一個對象。

worker.postMessage({method: 'each', args: ['work']});

3、子線程的事件監聽

在子線程內,必須有一個回調函數,監聽message事件。

//File: work.js

self.addEventListener('message', function(e) {

    self.postMessage('You said: ' + e.data);

}, false);

self代表子線程自身,self.addEventListener表示對子線程的message事件指定回調函數(直接指定onmessage屬性的值也可以)。回調函數的參數是一個事件對象,它的data屬性包含主線程發來的信號。self.postMessage則表示,子線程向主線程發送一個信號。

根據主線程發來的不同的信號值,子線程可以調用不同的方法。

// File: work.js

self.addEventListener('message', function(e) {
    var method = e.data.method;
    var args = e.data.args;
var reply = doSomething(args); self.postMessage({method: method, reply: reply}); }, false);

4、主線程的事件監聽

主線程也必須指定message事件的回調函數,監聽子線程發來的信號。

// File: main.js
worker.addEventListener('message', function(e) {
    console.log(e.data);
}, false);

5、錯誤處理

主線程可以監聽子線程是否發生錯誤。如果發生錯誤,會觸發主線程的error事件。

worker.onerror(function(e) {
    console.log(e);
});

// or
worker.addEventListener('error', function(e) {
    console.log(e);
}, false);

6、關閉子線程

使用完畢后,為了節省系統資源,我們必須在主線程調用terminate方法,手動關閉子線程。

worker.terminate();

也可以子線程內部關閉自身。

self.close();

7、主線程與子線程的數據通信

主線程與子線程之間的通信內容,可以是文本,也可以是對象。需要注意的是,這種通信是拷貝關系,即是傳值而不是傳址,子線程對通信內容的修改,不會影響到主線程。事實上,瀏覽器內部的運行機制是,先將通信內容串行化,然后把串行化后的字符串發給子線程,后者再將它還原。

主線程也子線程這間也可以交換二進制數據,比如File、Blob、ArrayBuffer等對象,也可以在線程之間發送。

但是,用拷貝方式發送二進制數據,會造成性能問題。比如,主線程向子線程發送一個500MB文件,默認情況下瀏覽器會生成一個原文件的拷貝。為了解決這個問題,JavaScript允許主線程把二進制數據直接轉移給子線程,但是一旦轉移,主線程就無法再使用這些二進制數據了,這是為了防止出現多個線程同時修改數據的麻煩局面。這種轉移數據的方法,叫做Transferable Objects。

如果要使用該方法,postMessage方法的最后一個參數必須是一個數組,用來指定前面發送的哪些值可以被轉移給子線程。

worker.postMessage(arrayBuffer, [arrayBuffer]);

8、同頁面的Web Worker

通常情況下,子線程載入的是一個單獨的JavaScript文件,但是也可以載入與主線程在同一個網頁的代碼。假設網頁代碼如下:

<!DOCTYPE html>
    <body>
        <script id="worker" type="app/worker">

            addEventListener('message', function() {
                postMessage('Im reading Tech.pro');
            }, false);
        </script>
    </body>
</html>

我們可以讀取頁面的script,用worker來處理。

var blob = new Blob([document.querySelector('#workere').textContent]);

這里需要把代碼當作二進制數據讀取,所以使用Blob接口。然后,這個二進制對象轉為URL,再通過這個URL創建worker。

var url = window.URL.createObjectURL(blob);

var worker = new Worker(url);

部署事件監聽代碼。

worker.addEventListener('message', function(e) {
    console.log(e.data);
}, false);

最后啟動worker。

worker.postMessage('');

整個頁面的代碼如下:

<!DOCTYPE html>
    <body>
        <script id="worker" type="app/worker">

            addEventListener('message', function() {
                postMessage('Work done!');
            }, false);

        </script>

        <script>
            (function() {

                var blob = new Blob([document.querySelector('#worker').textContent]);

                var url = window.URL.createObjectURL(blob);

                var worker = new Worker(url);

                worker.addEventListener('message', function(e) {
                    console.log(e.data);
                }, false);

                worker.postMessage('');
            })();
        </script>
    </body>
</html>

可以看到,主線程和子線程的代碼都在同一個網頁上面。

上面所講的Web Worker都是專屬於某個網頁的,當該網頁關閉,worker就自動結束。除此之外,還有一種共享式的Web Worker,允許多個瀏覽器窗口共享同一個worker,只有當所有窗口關閉,它才會結束。這種共享式的Worker用SharedWorker對象來創建,因為適用場合不多,這里就省略了。

9、參考鏈接

[1] Matt West, Using Web Worker to Speed-Up Your JavaScript Applications

[2] Eric Bidelman, The Basics of Web Workers

[3] Eric Bidelman, Transferable Objects: Lightning Fast!

[4] Jesse Cravens, Web Worker Patterns

[5] Bipin Joshi, 7 Things You Need To Know About Web Workers

[6] ruanyf, Web Worker


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