【JavaScript 教程】浏览器模型

作者 | 阮一峰

1、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。

（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document、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。

2、基本用法

2.1、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()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。

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();

2.2、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，下面是一个例子。

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);

上面代码中，self.close()用于在 Worker 内部关闭自身。

2.3、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');

2.4、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。

2.5、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();

3、数据通信

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。

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。下面是一个例子。

// 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]);

4、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。

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

上面是一段嵌入网页的脚本，注意必须指定

【JavaScript 教程】浏览器模型—Web Worker