【HarmonyOS NEXT】鸿蒙多线程Sendable开发

非共享模块在同一线程内只加载一次,在不同线程间会加载多次,单例类也会创建多次,导致数据不共享,在不同的线程内都会产生新的模块对象

基础概念

Sendable协议

Sendable协议定义了ArkTS的可共享对象体系及其规格约束。符合Sendable协议的数据(以下简称Sendable数据)可以在ArkTS并发实例间传递。

默认情况下,Sendable数据在ArkTS并发实例间(包括主线程、TaskPool&Worker工作线程)传递的行为是引用传递。同时,ArkTS支持Sendable数据在ArkTS并发实例间的拷贝传递。

当多个并发实例尝试同时更新可变Sendable数据时,会发生数据竞争。ArkTS提供了异步锁的机制来避免不同并发实例间的数据竞争。

示例:

import { taskpool, worker } from '@kit.ArkTS';@Sendable
class A {}let a: A = new A();@Concurrent
function foo(a: A) {}
let task: taskpool.Task = new taskpool.Task(foo, a)let w = new worker.ThreadWorker("entry/ets/workers/Worker.ets")// 1. TaskPool 共享传输实现方式
taskpool.execute(task).then(() => {})// 2. Worker 共享传输实现方式
w.postMessageWithSharedSendable(a)// 3. TaskPool 拷贝传输实现方式
task.setCloneList([a])
taskpool.execute(task).then(() => {})// 4. Worker 拷贝传输实现方式
w.postMessage(a)

Sendable class

Sendable class需同时满足以下两个规则:

  1. 当且仅当被标注了@Sendable装饰器。
  2. 需满足Sendable约束,详情可查Sendable使用规则。

Sendable interface

Sendable interface需同时满足以下两个规则:

  1. 当且仅当是ISendable或者继承了ISendable。
  2. 需满足Sendable约束,详情可查Sendable使用规则。

Sendable支持的数据类型

  • 所有的ArkTS基本数据类型:boolean, number, string, bigint, null, undefined。
  • ArkTS语言标准库中定义的容器类型数据(须显式引入@arkts.collections)。
  • ArkTS语言标准库中定义的AsyncLock对象(须显式引入@arkts.utils)。
  • 继承了ISendable的interface。
  • 标注了@Sendable装饰器的class。
  • 接入Sendable的系统对象类型(详见Sendable系统对象)。
  • 元素均为Sendable类型的union type数据。

说明:

  • JS内置对象在并发实例间的传递遵循结构化克隆算法,语义为拷贝传递。因此JS内置对象的实例不是Sendable类型。

  • 对象字面量、数组字面量在并发实例间的传递遵循结构化克隆算法,语义为拷贝传递。因此,对象字面量和数组字面量不是Sendable类型。

  • ArkTS容器集与原生API行为差异具体参考行为差异汇总。

ISendable

在ArkTS语言基础库@arkts.lang中引入interface ISendable {},没有任何必须的方法或属性。ISendable是所有Sendable类型(除了null和undefined)的父类型。ISendable主要用在开发者自定义Sendable数据结构的场景中。类装饰器@Sendable是implement ISendable的语法糖。

@Sendable装饰器:声明并校验Sendable class

说明:

从API version 11开始,该装饰器支持在ArkTS卡片中使用。

装饰器说明

@Sendable类装饰器说明
装饰器参数无。
使用场景限制仅支持在Stage模型的工程中使用。仅支持在.ets文件中使用。
装饰的类继承关系限制Sendable class只能继承Sendable class,普通Class不可以继承Sendable class。
装饰的对象内的属性类型限制1. 支持string、number、boolean、bigint、null、undefined、Sendable class、collections.Array、collections.Map、collections.Set。
2. 禁止使用闭包变量。
3. 不支持#定义私有属性,需用private。
4. 不支持计算属性。
装饰的对象内的属性的其他限制成员属性必须显式初始化。成员属性不能跟感叹号。
装饰的对象内的方法参数限制允许使用local变量、入参和通过import引入的变量。禁止使用闭包变量。
Sendable Class的限制不支持增加属性、不支持删除属性、允许修改属性,修改前后属性的类型必须一致、不支持修改方法。
适用场景1. 在TaskPool或Worker中使用类方法。
2. 传输对象数据量较大的使用场景。

装饰器使用示例

@Sendable
class SendableTestClass {desc: string = "sendable: this is SendableTestClass ";num: number = 5;printName() {console.info("sendable: SendableTestClass desc is: " + this.desc);}get getNum(): number {return this.num;}
}

Sendable使用规则

1. Sendable class只能继承自Sendable class

说明:

这里的class不包括变量。Sendable class不能继承自变量。

正例:

@Sendable
class A {constructor() {}
}@Sendable
class B extends A {constructor() {super()}
}

反例:

class A {constructor() {}
}@Sendable
class B extends A {constructor() {super()}
}

2. 非Sendable class只能继承自非Sendable class

正例:

class A {constructor() {}
}class B extends A {constructor() {super()}
}

反例:

@Sendable
class A {constructor() {}
}class B extends A {constructor() {super()}
}

3. 非Sendable class只能实现非Sendable interface

正例:

interface I {};class B implements I {};

反例:

import { lang } from '@kit.ArkTS';type ISendable = lang.ISendable;interface I extends ISendable {};class B implements I {};

4. Sendable class/interface成员变量必须是Sendable支持的数据类型

正例:

@Sendable
class A {constructor() {}a: number = 0;
}

反例:

@Sendable
class A {constructor() {}b: Array<number> = [1, 2, 3] // 需使用collections.Array
}

5. Sendable class/interface的成员变量不支持使用!断言

正例:

@Sendable
class A {constructor() {}a: number = 0;
}

反例:

@Sendable
class A {constructor() {}a!: number;
}

6. Sendable class/interface的成员变量不支持使用计算属性名

正例:

@Sendable
class A {num1: number = 1;num2: number = 2;add(): number {return this.num1 + this.num2;}
}

反例:

enum B {b1 = "bbb"
}
@Sendable
class A {["aaa"]: number = 1; // ["aaa"] is allowed in other classes in ets files[B.b1]: number = 2; // [B.b1] is allowed in other classes in ets files
}

7. 泛型类中的Sendable class,collections.Array,collections.Map,collections.Set的模板类型必须是Sendable类型

正例:

import { collections } from '@kit.ArkTS';try {let arr1: collections.Array<number> = new collections.Array<number>();let num: number = 1;arr1.push(num)
} catch (e) {console.error(`taskpool execute: Code: ${e.code}, message: ${e.message}`);
}

反例:

import { collections } from '@kit.ArkTS';try {let arr1: collections.Array<Array<number>> = new collections.Array<Array<number>>();let arr2: Array<number> = new Array<number>()arr2.push(1)arr1.push(arr2)
} catch (e) {console.error(`taskpool execute: Code: ${e.code}, message: ${e.message}`);
}

8. Sendable class的内部不允许使用当前模块内上下文环境中定义的变量

由于Sendable对象在不同并发实例间的上下文环境不同,如果直接访问会有非预期行为。不支持Sendable对象使用当前模块内上下文环境中定义的变量,如果违反,编译阶段会报错。

说明:

从API version 12开始,sendable class的内部支持使用top level的sendable class对象。

正例:

import { lang } from '@kit.ArkTS';type ISendable = lang.ISendable;interface I extends ISendable {}@Sendable
class B implements I {static o: number = 1;static bar(): B {return new B();}
}@Sendable
class C {v: I = new B();u: number = B.o;foo() {return B.bar();}
}

反例:

import { lang } from '@kit.ArkTS';type ISendable = lang.ISendable;interface I extends ISendable {}@Sendable
class B implements I {}function bar(): B {return new B();
}let b = new B();{@Sendableclass A implements I {}@Sendableclass C {u: I = bar(); // bar不是sendable class对象,编译报错v: I = new A(); // A不是定义在top level中,编译报错foo() {return b; // b不是sendable class对象,而是sendable class的实例,编译报错}}
}

9. Sendable class中不能使用除了@Sendable的其它装饰器

如果类装饰器定义在ts文件中,产生修改类的布局的行为,那么会造成运行时的错误。

正例:

@Sendable
class A {num: number = 1;
}

反例:

@Sendable
@Observed
class C {num: number = 1;
}

10. 不能使用对象字面量/数组字面量初始化Sendable类型

Sendable数据类型只能通过Sendable类型的new表达式创建。

正例:

import { collections } from '@kit.ArkTS';let arr1: collections.Array<number> = new collections.Array<number>(1, 2, 3); // 是Sendable类型

反例:

import { collections } from '@kit.ArkTS';let arr2: collections.Array<number> = [1, 2, 3]; // 不是Sendable类型,编译报错
let arr3: number[] = [1, 2, 3]; // 不是Sendable类型,正例,不报错
let arr4: number[] = new collections.Array<number>(1, 2, 3); // 编译报错

11. 非Sendable类型不可以as成Sendable类型

说明:

Sendable类型在不违反Sendable规则的前提下需要和非Sendable类型行为兼容,因此Sendable类型可以as成非Sendable类型。

正例:

class A {state: number = 0;
}@Sendable
class SendableA {state: number = 0;
}let a1: A = new SendableA() as A;

反例:

class A {state: number = 0;
}@Sendable
class SendableA {state: number = 0;
}let a2: SendableA = new A() as SendableA;

与TS/JS交互的规则

ArkTS通用规则(目前只针对Sendable对象)

规则
Sendable对象传入TS/JS的接口中,禁止操作其对象布局(增、删属性,改变属性类型)。
Sendable对象设置到TS/JS的对象上,TS中获取到这个Sendable对象后,禁止操作其对象布局(增、删属性,改变属性类型)。
Sendable对象放入TS/JS的容器中,TS中获取到这个Sendable对象后,禁止操作其对象布局(增、删属性,改变属性类型)。

说明:

此处改变属性类型不包括Sendable对象类型的改变,比如从Sendable class A 变为Sendable class B。

NAPI规则(目前只针对Sendable对象)

规则
禁止删除属性,不能使用的接口有:napi_delete_property。
禁止新增属性,不能使用的接口有:napi_set_property、napi_set_named_property、napi_define_properties。
禁止修改属性类型,不能使用的接口有:napi_set_property、napi_set_named_property、napi_define_properties。
不支持Symbol相关接口和类型,不能使用的接口有:napi_create_symbol、napi_is_symbol_object、napi_symbol。

使用场景

Sendable对象可以在不同并发实例间通过引用传递。通过引用传递方式传输对象相比序列化方式更加高效,同时不丢失class上携带的成员方法,因此,Sendable主要可以解决两个场景的问题: 1. 跨并发实例传输大数据(例如可能达到100KB以上) 2. 跨并发实例传递带方法的class实例对象

跨并发实例传输大数据场景开发指导

由于跨并发实例序列化的开销随着数据量线性增长,因此当传输数据量较大时(100KB数据大约1ms传输耗时),跨并发实例的拷贝开销大,影响并行化的性能。引用传递方式传输对象可提升性能。

示例:

// index.ets
import { taskpool } from '@kit.ArkTS';
import { testTypeA, testTypeB, Test } from './sendable'// 在并发函数中模拟数据处理
@Concurrent
async function taskFunc(obj: Test) {console.info("test task res1 is: " + obj.data1.name + " res2 is: " + obj.data2.name);
}async function test() {// 使用taskpool传递数据let a: testTypeA = new testTypeA("testTypeA");let b: testTypeB = new testTypeB("testTypeB");let obj: Test = new Test(a, b);let task: taskpool.Task = new taskpool.Task(taskFunc, obj);await taskpool.execute(task);
}test();
// sendable.ets
// 将数据量较大的数据在Sendable class中组装
@Sendable
export class testTypeA {name: string = "A";constructor(name: string) {this.name = name;}
}@Sendable
export class testTypeB {name: string = "B";constructor(name: string) {this.name = name;}
}@Sendable
export class Test {data1: testTypeA;data2: testTypeB;constructor(arg1: testTypeA, arg2: testTypeB) {this.data1 = arg1;this.data2 = arg2;}
}

跨并发实例传递带方法的class实例对象

由于序列化传输实例对象时会丢失方法,在必须调用实例方法的场景中,需使用引用传递方式进行开发。在数据处理过程中有需要解析的数据,可使用ASON工具进行数据解析。

示例:

// Index.ets
import { taskpool, ArkTSUtils } from '@kit.ArkTS'
import { SendableTestClass, ISendable } from './sendable'// 在并发函数中模拟数据处理
@Concurrent
async function taskFunc(sendableObj: SendableTestClass) {console.info("SendableTestClass: name is: " + sendableObj.printName() + ", age is: " + sendableObj.printAge() + ", sex is: " + sendableObj.printSex());sendableObj.setAge(28);console.info("SendableTestClass: age is: " + sendableObj.printAge());// 解析sendableObj.arr数据生成JSON字符串let str = ArkTSUtils.ASON.stringify(sendableObj.arr);console.info("SendableTestClass: str is: " + str);// 解析该数据并生成ISendable数据let jsonStr = '{"name": "Alexa", "age": 23, "sex": "female"}';let obj = ArkTSUtils.ASON.parse(jsonStr) as ISendable;console.info("SendableTestClass: type is: " + typeof obj);console.info("SendableTestClass: name is: " + (obj as object)?.["name"]); // 输出: 'Alexa'console.info("SendableTestClass: age is: " + (obj as object)?.["age"]); // 输出: 23console.info("SendableTestClass: sex is: " + (obj as object)?.["sex"]); // 输出: 'female'
}
async function test() {// 使用taskpool传递数据let obj: SendableTestClass = new SendableTestClass();let task: taskpool.Task = new taskpool.Task(taskFunc, obj);await taskpool.execute(task);
}test();
// sendable.ets
// 定义模拟类Test,模仿开发过程中需传递带方法的class
import { lang, collections  } from '@kit.ArkTS'export type ISendable = lang.ISendable;@Sendable
export class SendableTestClass {name: string = 'John';age: number = 20;sex: string = "man";arr: collections.Array<number> = new collections.Array<number>(1, 2, 3);constructor() {}setAge(age: number) : void {this.age = age;}printName(): string {return this.name;}printAge(): number {return this.age;}printSex(): string {return this.sex;}
}

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