[译] 使用 Web Workers 来加速 JavaScript 应用

[译] 使用 Web Workers 来加速 JavaScript 应用

Web Workers 是一种可以调用浏览器在后台执行大量且耗时任务的方法。它拥有开启新线程的能力,从而允许你优先处理某些任务,并可以解决如 JavaScript 这类单线程语言中的阻塞行为。

但是我们真的需要多线程的 JavaScript 吗?为了回答这个问题,让我们先来理解单线程 JavaScript 的局限性在哪。

单线程 JavaScript 的局限性

现代网络应用程序对浏览器提出了更高的要求。其中一些任务是需要长时间运行的,而这可能会导致用户界面冻结几秒钟。不管怎样,这对用户体验都是不好的。

为了让你更好的理解,我创建了一个示例应用程序,在浏览器中模拟它。其中 Start_Animation 按钮功能是将自行车向前移动,Run_Calculation 按钮的启动会消耗大量 CPU 资源来计算程序中的质数序列。

const prime = (num) => {
  for (let i = 0; i <= num; i++) {
    let flag = 0;

    // 从 2 开始循环到用户输入的数字
    for (let j = 2; j < i; j++) {
        if (i % j == 0) {
            flag = 1;
            break;
        }
    }

    // 如果 number 大于 1 且不能被其他数字整除
    if (i > 1 && flag == 0) {
        console.log(i);
    }
  }
};

const Run_Calculation = () => {
  const num = 50000;
  console.log(prime(num));
  return prime(num);
};

const Start_Animation = () => {
  for (let i = 0; i < 3; i++) {
    const shuttleID = `shuttle${i + 1}`;
    let shuttle = document.getElementById(shuttleID);

    let position = 0;
    setInterval(() => {
      if (position > window.innerWidth / 1.2) {
        position = 0;
      } else {
        position++;
        shuttle.style.left = position + "px";
      }
    }, 1);
  }
};

运行上述代码,你将会看到如下的输出。如果仔细观察,你会发现当你调用 Run_Calculation 函数时,动画会冻结几秒钟。

一个没有使用 Web Worker 的应用程序示例

既然你已经察觉到单线程 JavaScript 的局限性,让我们看看如何使用 Web Workers 来处理这个问题。

使用集成 Web Worker 的 JavaScript

让我们看看如何使用 Web Worker 优化上述代码。

第一步 — 分解函数功能

上述例子主要有两个函数:Run_CalculationStart_Animation。因为在同一个线程中运行两个函数会导致其中一个冻结,所以我们需要将这两个函数分离,并在不同线程中运行它们。

因此,我创建来一个名为 worker.js 的新文件,并将质数生成的模块转移到那里。

为 Web Workers 创建一个单独的 Javascript 文件是必要的。因为主线程和 web worker 脚本必须完全独立,才能在不同的线程上操作。

如果不这样做,你将无法保证执行上下文的线程完全安全,并且它们可能在并行执行过程中导致意外的错误。

通常情况下,web worker 是在主线程中创建的。因此,你需要调用 Worker() 构造函数,来指定脚本在 worker 线程中的执行位置。

let worker = new Worker("./worker.js");

const Run_Calculation = () => {
  const num = 50000;
  worker.postMessage(num);
};

worker.onmessage = event => {
  const num = event.data;
  console.log(num);
};

const Start_Animation = () => {
  for (let i = 0; i < 3; i++) {
    const bikeID = `bike${i + 1}`;
    let bike = document.getElementById(bikeID);

    let position = 0;
    setInterval(() => {
      if (position > window.innerWidth / 1.2) {
        position = 0;
      } else {
        position++;
        bike.style.left = position + "px";
      }
    }, 5);
  }
};

我相信你一定注意到,除了之前我们讨论的函数修改外,还有其他的一些修改。不用担心,我们将在接下来的步骤中解释它们。

第二步 — 实现两个文件之间通信

现在,我们有两个单独的脚本,我们需要实现一种在这两个脚本之间通信的方法。为此,你需要了解如何在主线程和 web worker 线程之间进行数据传递。

Web Worker API 有一个 postMessage() 方法用来发送消息,还有一个 onmessage事件用来接收消息。

如果我们考虑这样一种场景。我们需要从 web worker 线程传递消息到主线程,我们可以在 worker 文件中使用 postMessage() 函数,并且使用 worker.onmessage 在主线程中监听来自 worker 的消息。

同理,这些相同的函数也可以用于将数据从主线程传递到 web worker 线程中。我们需要做的唯一区分是在主线程中调用 worker.postMessage() 方法,在 worker 线程中调用 onmessage 监听事件。

提示: 重要的是要记住 onmessagepostMessage() 在主线程中使用而非 worker 线程时,需要挂在 worker 对象上,但如果不在 worker 线程中,这将会提高 worker 的效率,同时确保安全的跨域通信

如你所见,我使用 onmessage 事件和 postMessage() 函数修改了两个文件,从而建立起主线程和 web worker 线程之间的通信。

//worker.js 文件
self.onmessage = event => { 
  const num = event.data; 
  const result = prime(num); 
  self.postMessage(result); 
  self.close();
};

//main_scrpit.js
let worker = new Worker(“./worker.js”); 

const Run_Calculation = () => { 
  const num = 50000; 
  worker.postMessage(num);
}; 

worker.onmessage = event => { 
  const num = event.data;
};

备注: 当消息在主线程和 worker 之间传递时,它将完全被移除而非共享。

现在,一切都设置好了,你可以在浏览器中重新加载程序,启动动画,并点击 Run_Calculation 按钮开始计算。你会看到质数计算结果仍然出现在浏览器控制台中,但这对图像的移动没有影响。因此,可以看到我们的应用程序表现有了很大幅度的提高

一个使用 Web Worker 应用程序示例

第三步 — 终止 web worker

作为实践,最好是在 worker 完成其功能后终止它,因为这会为其他应用程序释放资源。你可以使用 terminate() 函数或者 close() 函数来实现终止。

然而,必须知道何时在 terminate () 和 close() 方法之间进行选择,因为它们有不同的用处。

close() 函数只在 worker 文件中可见。因此,它只能在 worker 文件中终止 worker。另一方面,terminate() 方法是 worker 对象接口的一部分,你可以从主 JavaScript 文件中调用它。

// 立即终止主 JS 文件
worker.terminate();

// 使用 worker 中代码停止 worker。
self.close();

你可以在我的 GitHub 账号中找到完整示例。

最后的思考

Web Workers 是一种通过启动新线程来加速应用程序的简单方法。在我给的示例中,使用了一个计算量很大任务来展示使用 Web Workers 的和不使用它之间的差异点。

除此之外,还有很多 Web Workers 用例,比如缓存数据和网页、后台 I/O 操作、分析视频或者音频数据、执行周期任务等。

更重要的是,你也不用把自己局限于使用单个的 web worker。你可以启动更多的线程,并在其中并行运行任务。但是我一直建议,你不应该在没有任何需要的情况下创建 Web Workers ,这会产生额外的线程。

在这篇文章中,我谈到来我自己认为你需要了解的关于 Web Workers 多线程的最重要的几点。

一旦你理解了 Web Workers 的工作原理,就很容易确定是否在你的项目中使用它。因此,我邀请你体验一下 Web Workers 的实际用法,并在评论区分享你的想法。

感谢阅读!!!


原文地址:Using Web Workers to Speed-Up JavaScript Applications
原文作者:Bhagya
译文出自:掘金翻译计划
本文永久链接:https://github.com/xitu/gold-miner/blob/master/article/2021/using-web-workers-to-speed-up-javascript-applications.md
译者:Usualminds
校对者:Kim YangKimhooo

3 thoughts on “[译] 使用 Web Workers 来加速 JavaScript 应用

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