Web Worker

    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。

    （1）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。

    （2）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、window、parent这些对象。但是，Worker 线程可以使用navigator对象和location对象。

    （3）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。

    （4）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。

    （5）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。

    （6）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

    主线程采用new命令，调用Worker()构造函数，新建一个 Worker 线程。

    然后，主线程调用worker.postMessage()方法，向 Worker 发消息。

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

    worker.postMessage()方法的参数，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。

    1. worker.onmessage = function (event) {
    2.   doSomething(event.data);
    3. }
    5. function doSomething() {
    6.   // 执行任务
    7.   worker.postMessage('Work done!');
    8. }

    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。

    1. worker.terminate();

    Worker 线程

    Worker 线程内部需要有一个监听函数，监听message事件。

    1. self.addEventListener('message', function (e) {
    2.   self.postMessage('You said: ' + e.data);
    3. }, 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。

    1. // 写法一
    2. this.addEventListener('message', function (e) {
    3.   this.postMessage('You said: ' + e.data);
    4. }, false);
    6. // 写法二
    7. addEventListener('message', function (e) {
    8.   postMessage('You said: ' + e.data);
    9. }, 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，下面是一个例子。

    1. self.addEventListener('message', function (e) {
    2.   var data = e.data;
    3.   switch (data.cmd) {
    4.     case 'start':
    5.       self.postMessage('WORKER STARTED: ' + data.msg);
    6.       break;
    7.     case 'stop':
    8.       self.postMessage('WORKER STOPPED: ' + data.msg);
    9.       self.close(); // Terminates the worker.
    10.       break;
    11.     default:
    12.       self.postMessage('Unknown command: ' + data.msg);
    13.   };
    14. }, false);

    上面代码中，self.close()用于在 Worker 内部关闭自身。

    Worker 内部如果要加载其他脚本，有一个专门的方法importScripts()。

    该方法可以同时加载多个脚本。

    1. 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。

    2.   console.log([
    3.     'ERROR: Line ', event.lineno, ' in ', event.filename, ': ', event.message
    4.   ].join(''));
    5. });
    7. // 或者
    8. worker.addEventListener('error', function (event) {
    9.   // ...
    10. });

    Worker 内部也可以监听error事件。

    使用完毕，为了节省系统资源，必须关闭 Worker。

    1. // 主线程
    3. // Worker 线程
    4. self.close();

    前面说过，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，这种通信是拷贝关系，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。

    1. // 主线程
    2. var uInt8Array = new Uint8Array(new ArrayBuffer(10));
    3. for (var i = 0; i < uInt8Array.length; ++i) {
    4.   uInt8Array[i] = i * 2; // [0, 2, 4, 6, 8,...]
    5. }
    6. worker.postMessage(uInt8Array);
    8. // Worker 线程
    9. self.onmessage = function (e) {
    10.   var uInt8Array = e.data;
    11.   postMessage('Inside worker.js: uInt8Array.toString() = ' + uInt8Array.toString());
    12.   postMessage('Inside worker.js: uInt8Array.byteLength = ' + uInt8Array.byteLength);
    13. };

    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。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。

    1. // Transferable Objects 格式
    2. worker.postMessage(arrayBuffer, [arrayBuffer]);
    4. // 例子
    5. var ab = new ArrayBuffer(1);
    6. 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码。

    1. <!DOCTYPE html>
    2.   <body>
    3.     <script id="worker" type="app/worker">
    4.       addEventListener('message', function () {
    5.         postMessage('some message');
    6.       }, false);
    7.     </script>
    8.   </body>
    9. </html>

    上面是一段嵌入网页的脚本，注意必须指定<script>标签的type属性是一个浏览器不认识的值，上例是app/worker。

    然后，读取这一段嵌入页面的脚本，用 Worker 来处理。

    上面代码中，先将嵌入网页的脚本代码，转成一个二进制对象，然后为这个二进制对象生成 URL，再让 Worker 加载这个 URL。这样就做到了，主线程和 Worker 的代码都在同一个网页上面。

    有时，浏览器需要轮询服务器状态，以便第一时间得知状态改变。这个工作可以放在 Worker 里面。

    1. function createWorker(f) {
    2.   var blob = new Blob(['(' + f.toString() + ')()']);
    3.   var url = window.URL.createObjectURL(blob);
    4.   var worker = new Worker(url);
    5.   return worker;
    6. }
    8. var pollingWorker = createWorker(function (e) {
    9.   var cache;
    11.   function compare(new, old) { ... };
    13.   setInterval(function () {
    14.     fetch('/my-api-endpoint').then(function (res) {
    15.       var data = res.json();
    17.       if (!compare(data, cache)) {
    18.         cache = data;
    19.         self.postMessage(data);
    20.       }
    21.     })
    22.   }, 1000)
    25. pollingWorker.onmessage = function () {
    26.   // render data
    27. }
    29. pollingWorker.postMessage('init');

    上面代码中，Worker 每秒钟轮询一次数据，然后跟缓存做比较。如果不一致，就说明服务端有了新的变化，因此就要通知主线程。

    实例： Worker 新建 Worker

    Worker 线程内部还能再新建 Worker 线程（目前只有 Firefox 浏览器支持）。下面的例子是将一个计算密集的任务，分配到10个 Worker。

    主线程代码如下。

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

    Worker 线程代码如下。

    1. // worker.js
    3. // settings
    4. var num_workers = 10;
    5. var items_per_worker = 1000000;
    7. // start the workers
    8. var result = 0;
    9. var pending_workers = num_workers;
    10. for (var i = 0; i < num_workers; i += 1) {
    11.   var worker = new Worker('core.js');
    12.   worker.postMessage(i * items_per_worker);
    13.   worker.postMessage((i + 1) * items_per_worker);
    14.   worker.onmessage = storeResult;
    15. }
    17. // handle the results
    18. function storeResult(event) {
    19.   result += event.data;
    20.   pending_workers -= 1;
    21.   if (pending_workers <= 0)
    22.     postMessage(result); // finished!
    23. }

    上面代码中，Worker 线程内部新建了10个 Worker 线程，并且依次向这10个 Worker 发送消息，告知了计算的起点和终点。计算任务脚本的代码如下。

    1. // core.js
    2. var start;
    3. onmessage = getStart;
    4. function getStart(event) {
    5.   start = event.data;
    6.   onmessage = getEnd;
    7. }
    9. var end;
    10. function getEnd(event) {
    11.   end = event.data;
    12.   onmessage = null;
    13.   work();
    14. }
    16. function work() {
    17.   var result = 0;
    18.   for (var i = start; i < end; i += 1) {
    19.     // perform some complex calculation here
    20.     result += 1;
    21.   }
    22.   postMessage(result);
    23.   close();
    24. }

    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。

    1. 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。

    1. // 主线程
    2. var myWorker = new Worker('worker.js', { name : 'myWorker' });
    4. // Worker 线程
    5. 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。

    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。因此定义在上面的对象和方法不是全部都可以使用。

    • 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。

    （完）