如何在Javascript中使用Web Worker

這篇文章將為大家詳細講解有關如何在Javascript中使用Web Worker，文章內容質量較高，因此小編分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后對相關知識有一定的了解。

Web Worker

JavaScript 語言采用的是單線程模型，也就是說，所有任務只能在一個線程上完成，一次只能做一件事。前面的任務沒做完，后面的任務只能等著。隨著電腦計算能力的增強，尤其是多核 CPU 的出現，單線程帶來很大的不便，無法充分發揮計算機的計算能力。

Web Worker 的作用，就是為 JavaScript 創造多線程環境，允許主線程創建 Worker 線程，將一些任務分配給后者運行。在主線程運行的同時，Worker 線程在后臺運行，兩者互不干擾。等到 Worker 線程完成計算任務，再把結果返回給主線程。這樣的好處是，一些計算密集型或高延遲的任務可以交由 Worker 線程執行，主線程（通常負責 UI 交互）能夠保持流暢，不會被阻塞或拖慢。

Worker 線程一旦新建成功，就會始終運行，不會被主線程上的活動（比如用戶點擊按鈕、提交表單）打斷。這樣有利于隨時響應主線程的通信。但是，這也造成了 Worker 比較耗費資源，不應該過度使用，而且一旦使用完畢，就應該關閉。

Web Worker 有以下幾個使用注意點。

（1）同源限制

分配給 Worker 線程運行的腳本文件，必須與主線程的腳本文件同源。

（2）DOM 限制

Worker 線程所在的全局對象，與主線程不一樣，無法讀取主線程所在網頁的 DOM 對象，也無法使用document、window、parent這些對象。但是，Worker 線程可以使用navigator對象和location對象。

（3）全局對象限制

Worker 的全局對象WorkerGlobalScope，不同于網頁的全局對象Window，很多接口拿不到。比如，理論上 Worker 線程不能使用console.log，因為標準里面沒有提到 Worker 的全局對象存在console接口，只定義了Navigator接口和Location接口。不過，瀏覽器實際上支持 Worker 線程使用console.log，保險的做法還是不使用這個方法。

（4）通信聯系

Worker 線程和主線程不在同一個上下文環境，它們不能直接通信，必須通過消息完成。

（5）腳本限制

Worker 線程不能執行alert()方法和confirm()方法，但可以使用 XMLHttpRequest 對象發出 AJAX 請求。

（6）文件限制

Worker 線程無法讀取本地文件，即不能打開本機的文件系統（file://），它所加載的腳本，必須來自網絡。

基本用法

主線程

主線程采用new命令，調用Worker()構造函數，新建一個 Worker 線程。

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

Worker()構造函數的參數是一個腳本文件，該文件就是 Worker 線程所要執行的任務。由于 Worker 不能讀取本地文件，所以這個腳本必須來自網絡。如果下載沒有成功（比如404錯誤），Worker 就會默默地失敗。

然后，主線程調用worker.postMessage()方法，向 Worker 發消息。

worker.postMessage('Hello World');
worker.postMessage({method: 'echo', args: ['Work']});

worker.postMessage()方法的參數，就是主線程傳給 Worker 的數據。它可以是各種數據類型，包括二進制數據。

接著，主線程通過worker.onmessage指定監聽函數，接收子線程發回來的消息。

worker.onmessage = function (event) {
 doSomething(event.data);
}

function doSomething() {
 // 執行任務
 worker.postMessage('Work done!');
}

上面代碼中，事件對象的data屬性可以獲取 Worker 發來的數據。

Worker 完成任務以后，主線程就可以把它關掉。

worker.terminate();

Worker 線程

Worker 線程內部需要有一個監聽函數，監聽message事件。

self.addEventListener('message', function (e) {
 self.postMessage('You said: ' + e.data);
}, false);

上面代碼中，self代表子線程自身，即子線程的全局對象。因此，等同于下面兩種寫法。

// 寫法一
this.addEventListener('message', function (e) {
 this.postMessage('You said: ' + e.data);
}, false);

// 寫法二
addEventListener('message', function (e) {
 postMessage('You said: ' + e.data);
}, false);

除了使用self.addEventListener()指定監聽函數，也可以使用self.onmessage指定。監聽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數據。self.postMessage()方法用來向主線程發送消息。

根據主線程發來的數據，Worker 線程可以調用不同的方法，下面是一個例子。

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);

上面代碼中，self.close()用于在 Worker 內部關閉自身。

Worker 加載腳本

Worker 內部如果要加載其他腳本，有一個專門的方法importScripts()。

importScripts('script1.js');

該方法可以同時加載多個腳本。

importScripts('script1.js', 'script2.js');

錯誤處理

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

worker.onerror(function (event) {
 console.log([
 'ERROR: Line ', event.lineno, ' in ', event.filename, ': ', event.message
 ].join(''));
});

// 或者
worker.addEventListener('error', function (event) {
 // ...
});

Worker 內部也可以監聽error事件。

關閉 Worker

使用完畢，為了節省系統資源，必須關閉 Worker。

// 主線程
worker.terminate();

// Worker 線程
self.close();

數據通信

前面說過，主線程與 Worker 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，Worker 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 Worker，后者再將它還原。

主線程與 Worker 之間也可以交換二進制數據，比如 File、Blob、ArrayBuffer 等類型，也可以在線程之間發送。下面是一個例子。

// 主線程
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 線程
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，拷貝方式發送二進制數據，會造成性能問題。比如，主線程向 Worker 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。這使得主線程可以快速把數據交給 Worker，對于影像處理、聲音處理、3D 運算等就非常方便了，不會產生性能負擔。

如果要直接轉移數據的控制權，就要使用下面的寫法。

// Transferable Objects 格式
worker.postMessage(arrayBuffer, [arrayBuffer]);
// 例子
var ab = new ArrayBuffer(1);
worker.postMessage(ab, [ab]);

同頁面的 Web Worker

通常情況下，Worker 載入的是一個單獨的 JavaScript 腳本文件，但是也可以載入與主線程在同一個網頁的代碼。

<!DOCTYPE html>
 <body>
 <script id="worker" type="app/worker">
  addEventListener('message', function () {
  postMessage('some message');
  }, false);
 </script>
 </body>
</html>

上面是一段嵌入網頁的腳本，注意必須指定<script>標簽的type屬性是一個瀏覽器不認識的值，上例是app/worker。

然后，讀取這一段嵌入頁面的腳本，用 Worker 來處理。

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'
};

上面代碼中，先將嵌入網頁的腳本代碼，轉成一個二進制對象，然后為這個二進制對象生成 URL，再讓 Worker 加載這個 URL。這樣就做到了，主線程和 Worker 的代碼都在同一個網頁上面。

實例：Worker 線程完成輪詢

有時，瀏覽器需要輪詢服務器狀態，以便第一時間得知狀態改變。這個工作可以放在 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');

上面代碼中，Worker 每秒鐘輪詢一次數據，然后跟緩存做比較。如果不一致，就說明服務端有了新的變化，因此就要通知主線程。

實例： Worker 新建 Worker

Worker 線程內部還能再新建 Worker 線程（目前只有 Firefox 瀏覽器支持）。下面的例子是將一個計算密集的任務，分配到10個 Worker。

主線程代碼如下。

var worker = new Worker('worker.js');
worker.onmessage = function (event) {
 document.getElementById('result').textContent = event.data;
};

Worker 線程代碼如下。

// 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!
}

上面代碼中，Worker 線程內部新建了10個 Worker 線程，并且依次向這10個 Worker 發送消息，告知了計算的起點和終點。計算任務腳本的代碼如下。

// 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();
}

API

主線程

瀏覽器原生提供Worker()構造函數，用來供主線程生成 Worker 線程。

var myWorker = new Worker(jsUrl, options);

Worker()構造函數，可以接受兩個參數。第一個參數是腳本的網址（必須遵守同源政策），該參數是必需的，且只能加載 JS 腳本，否則會報錯。第二個參數是配置對象，該對象可選。它的一個作用就是指定 Worker 的名稱，用來區分多個 Worker 線程。

// 主線程
var myWorker = new Worker('worker.js', { name : 'myWorker' });
// Worker 線程
self.name // myWorker

Worker()構造函數返回一個 Worker 線程對象，用來供主線程操作 Worker。Worker 線程對象的屬性和方法如下。

• Worker.onerror：指定 error 事件的監聽函數。

• Worker.onmessage：指定 message 事件的監聽函數，發送過來的數據在Event.data屬性中。

• Worker.onmessageerror：指定 messageerror 事件的監聽函數。發送的數據無法序列化成字符串時，會觸發這個事件。

• Worker.postMessage()：向 Worker 線程發送消息。

• Worker.terminate()：立即終止 Worker 線程。

Worker 線程

Web Worker 有自己的全局對象，不是主線程的window，而是一個專門為 Worker 定制的全局對象。因此定義在window上面的對象和方法不是全部都可以使用。

Worker 線程有一些自己的全局屬性和方法。

• self.name： Worker 的名字。該屬性只讀，由構造函數指定。

• self.onmessage：指定message事件的監聽函數。

• self.onmessageerror：指定 messageerror 事件的監聽函數。發送的數據無法序列化成字符串時，會觸發這個事件。

• self.close()：關閉 Worker 線程。

• self.postMessage()：向產生這個 Worker 線程發送消息。

• self.importScripts()：加載 JS 腳本。

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