JavaScript多线程-Web Worker

JS组成

ECMAScript

ECMAScript规定了JavaScript脚本的核心语法，如 数据类型、关键字、保留字、运算符、对象和语句等，它不属于任何浏览器。

Document Object Model

文档对象模型(DOM)将web页面与到脚本或编程语言连接起来。通常是指 JavaScript，但将HTML、SVG或XML文档建模为对象并不是JavaScript语言的一部分。DOM模型用一个逻辑树来表示一个文档，树的每个分支的终点都是一个节点(node)，每个节点都包含着对象(objects)。DOM的方法(methods)让你可以用特定方式操作这个树，用这些方法你可以改变文档的结构、样式或者内容。节点可以关联上事件处理器，一旦某一事件被触发了，那些事件处理器就会被执行。

Browser Object Model

浏览器对象模型(BOM)，是用于描述这种对象与对象之间层次关系的模型，浏览器对象模型提供了独立于内容的、可以与浏览器窗口进行互动的对象结构。BOM由多个对象组成，其中代表浏览器窗口的Window对象是BOM的顶层对象，其他对象都是该对象的子对象.

线程与进程

进程(Process)是系统资源分配和调度的单元。一个运行着的程序就对应了一个进程。一个进程包括了运行中的程序和程序所使用到的内存和系统资源。如果是单核CPU的话，在同一时间内，有且只有一个进程在运行。但是，单核CPU也能实现多任务同时运行，比如你边听网易云音乐的每日推荐歌曲，边在网易有道云笔记上写博文。这算开了两个进程（多进程），那运行的机制就是一会儿播放一下歌，一会儿响应一下你的打字，但由于CPU切换的速度很快，你根本感觉不到，以至于你认为这两个进程是在同时运行的。进程之间是资源隔离的。

那线程(Thread)是什么？线程是进程下的执行者，一个进程至少会开启一个线程（主线程），也可以开启多个线程。比如网易云音乐一边播放音频，一边显示歌词。多进程的运行其实也就是通过进程中的线程来执行的。一个进程下的线程是可以共享资源的，所以在多线程的情况下，需要特别注意对临界资源的访问控制.

浏览器

目前最为流行的浏览器为：｀Chrome，IE，Safari，FireFox，Opera.
一个浏览器通常由以下几个常驻的线程:

• 渲染引擎线程：负责页面的渲染
• JS引擎线程：负责JS的解析和执行
• 定时触发器线程：处理定时事件，比如setTimeout, setInterval
• 事件触发线程：处理DOM事件
• 异步http请求线程：处理http请求

需要注意的是,渲染线程和JS引擎线程是不能同时进行的。渲染线程在执行任务的时候，JS引擎线程会被挂起。因为JS可以操作DOM，若在渲染中JS处理了DOM，浏览器可能就懵逼了。

Web Worker

简介

Web Worker (工作线程) 是 HTML5 中提出的概念,Web Workers 使得一个Web应用程序可以在与主执行线程分离的后台线程中运行一个脚本操作。这样做的好处是可以在一个单独的线程中执行费时的处理任务，从而允许主（通常是UI）线程运行而不被阻塞/放慢.

Web Worker可以分为一下几类:

• 专用线程(Dedicated Worker)

专用线程仅能被创建它的脚本所使用(一个专用线程对应一个主线程)

• 共享线程(Shared Worker)

共享线程能够在不同的脚本中使用(一个共享线程对应多个主线程)

• 服务工作线程(Service Workers)

注册在指定源和路径下的事件驱动worker, 可以控制关联的页面或者网站，拦截并修改访问和资源请求，细粒度地缓存资源.

• Chrome Workers

一种仅适用于firefox的worker.

• Aduio Workers

可以在网络worker上下文中直接完成脚本化音频处理

浏览器兼容性

可以通过caniuse 查看兼容性

• Dedicated Worker 兼容性

• Shared Worker 兼容性

使用场景

• 懒加载
• 文本分析
• 流媒体数据处理
• canvas图形绘制
• 图像处理
• ...

限制

• 同源限制
• 无法访问DOM
• 有自己的上下文，无法使用Window对象

workerType	上下文
Dedicated Worker	DedicatedWorkerGlobalScope
Shared Worker	SharedWorkerGlobalScope

创建线程

• 检查浏览器是否支持

if (window.Worker) {
    // some code
}

• 专用线程

@params {String} url 表示worker将执行的脚本的URL,必须遵守同源策略
@params {Object} [options] 创建对象实例时设置的选项属性的对象
@params {Object} [options.type]
@params {Object} [options.name]
@params {Object} [options.credentials]
@returns 创建的worker
const myWorker = new Worker(url[, options]);

• 示例

// main.js
const myDedicatedWorker = new Worker('./dedicated_worker/worker.js', { name: 'dedicatedWorker' });

// worker.js
console.log('success');

• 共享线程

@params {String} url 表示worker将执行的脚本的URL,必须遵守同源策略
@params {Object} [options] 创建对象实例时设置的选项属性的对象
@params {Object} [options.type]
@params {Object} [options.name]
@params {Object} [options.credentials]
@returns 创建的worker
const myWorker = new SharedWorker(url[, options]);

• 示例

// main.js
const mySharedWorker = new SharedWorker('./shared_worker/worker.js', { name: 'sharedWorker' });

// worker.js
console.log('success');

线程通信

• 发送信息

@params {Object} message 传递的数据对象
@params {Object} [options] 一个可选的Transferable对象的数组，用于传递所有权.如果一个对象的所有权被转移，在发送它的上下文中将变为不可用（中止），并且只有在它被发送到的worker中可用。
myWorker.postMessage(message, transferList);

• 接收信息

myWorker.onmessage = function(event) {
    const data = event.data; // 接收到的消息数据
}

• 专用线程示例

// main.js
const myWorker = new Worker('worker.js');
myWorker.postMessage([10, 20]);
myWorker.onmessage = function (event) {
    console.log(event.data);
}

// worker.js
onmessage(event) {
    console.log(event.data);
    postMessage(event.data[1] - event.data[0]);
}

• 共享线程示例

// main.js
const myWorker = new SharedWorker('worker.js');
myWorker.port.start();
myWorker.port.postMessage([10, 20]);
myWorker.port.onmessage = function (event) {
    console.log(event.data);
}

// worker.js
connect(event) {
    const port = event.port[0];

    port.onmessage(event) {
        port.postMessage(event.data[1] - event.data[0]);
    }
}

在SharedWorker的使用中，我们发现对于SharedWorker实例对象，我们需要通过port属性来访问到主要方法；同时在Worker脚本中，多了个全局的 connect()函数，同时在函数中也需要去获取一个port对象来进行启动以及操作；这是因为，多页页面共享一个SharedWorker线程时，在线程中需要去判断和区,分来自不同页面的信息，这是最主要的区别和原因。

在Worker线程中，self和this都代表子线程的全局对象。对于监听 message事件，以下的四种写法是等同的。

// 写法 1
self.addEventListener('message', function (e) {
    // ...
})

// 写法 2
this.addEventListener('message', function (e) {
    // ...
})

// 写法 3
addEventListener('message', function (e) {
    // ...
})

// 写法 4
onmessage = function (e) {
    // ...
}

• 示例

关闭线程

myWorker.terminate(); // 主线程中使用

close(); worker线程中使用（推荐）

错误处理

// 主线程
myWorker.onerror = function(event) {
    const lineno = event.lineno;      // 出错的脚本名称
    const filename = event.filename;  // 发生错误的行号
    const message = event.message;    // 对错误的描述
} 

// 不能进行反序列化时触发
myWorker.onmessageerror = function() { ... }  // 专用线程
myWorker.port.onmessageerror function() {...} // 共享线程

外部加载脚本

提供importScript()方法,导入一条或者以上脚本到当前worker的作用域里.
每个脚本中的全局对象都能够被 worker 使用.

importScript('first.js', 'second.js');

子进程

Worker可以生成子进程

• 存在同源限制
• 子Worker中的URL相对于父级Woker所在位置进行解析

嵌入Worker

<script type="text/js-worker">
    onmessage = (event) => {
        postMessage(event.data + 1);
    }
</script>
<script>
    const workerScript = document.querySelector('script[type="text/js-worker"]');
    const blob = new Bolb(workerScript, { type: 'text/javascript' });
    const myWorker = new Worker(window.URL.createObjectURL(blob));
    myWorker.postMessage(1);
    myWorker.onmessage = (event) => {
        console.log('来自子线程消息:', event.data);
    }
</script>

结构化克隆算法

结构化克隆算法是由HTML5规范定义的用于复制复杂JavaScript对象的算法。通过来自Workers的postMessage()或使用IndexedDB存储对象时在内部使用。它通过递归输入对象来构建克隆，同时保持先前访问过的引用的映射，以避免无限遍历循环。这一过程可以理解为，在发送方使用类似JSON.stringfy()的方法将参数序列化，在接收方采用类JSON.parse()的方法反序列化。

• Error以及Function对象是不能被结构化克隆算法复制的；如果你尝试这样子去做，这会导致抛出DATA_CLONE_ERR的异常
• 无法克隆DOM

• 对象的某些特定参数也不会被保留

  • RegExp对象的lastIndex字段不会被保留
  • 属性描述符，setters 以及 getters（以及其他类似元数据的功能）同样不会被复制。例如，如果一个对象用属性描述符标记为 read-only，它将会被复制为 read-write，因为这是默认的情况下
  • 原形链上的属性也不会被追踪以及复制

Web Worker中可以使用的函数和类

• 时间相关

clearInterval()
clearTimeout()
setInterval()
setTimeout

• Worker 相关

importScripts()
close()
postMessage()

• 存储相关

Cache
IndexedDB

• 网络相关

Fetch
WebSocket
XMLHttpRequest

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