【JavaScript 漫游】【044】Web Worker

夏日街道

文章简介

本篇文章为【JavaScript 漫游】专栏的第 044 篇文章，对浏览器模型的 Web Worker 相关知识点进行了总结。

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可以交由 Worker 线程执行，主线程（通常负责 UI 交互）能够保持流畅，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。

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。

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 线程可以使用 navigator 对象和 location 对象。

全局对象限制

Worker 的全局对象 WorkerGlobalScope，不同于网页的全局对象 Window，很多接口拿不到。比如，理论上 Worker 线程不能使用 console.log，因为标准里面没有提到 Worker 的全局对象存在 console 接口，只定义了 Navigator 接口和 Location 接口。不过，浏览器实际上支持 Worker 线程使用 console.log，保险的做法还是不使用这个方法。

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。

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。

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。

基本用法

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() 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) {doSomething(event.data);
}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();

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。

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);

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');

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 ', event.lineno, ' in ', event.filename, ': ', event.message].join(''));
});// 或者
worker.addEventListener('error', function (event) {// ...
});

Worker 内部也可以监听 error 事件。

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();

数据通信

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，这种通信时拷贝关系，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。

// 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]);

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表。

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

注意必须指定 <script> 标签的 type 属性是一个浏览器不认识的值。

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'
}

API

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

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