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Web Worker

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2022-05-23 18:19

Web Worker

https://www.zoo.team/article/web-worker

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前言

众所周知，JavaScript 是单线程的语言。当我们面临需要大量计算的场景时（比如视频解码等），UI 线程就会被阻塞，甚至浏览器直接卡死。现在前端遇到大量计算的场景越来越多，为了有更好的体验，HTML5 中提出了 Web Worker 的概念。Web Worker 可以使脚本运行在新的线程中，它们独立于主线程，可以进行大量的计算活动，而不会影响主线程的 UI 渲染。当计算结束之后，它们可以把结果发送给主线程，从而形成了高效、良好的用户体验。Web Worker 是一个统称，具体可以细分为普通的 Worker、SharedWorker 和 ServiceWorker 等，接下来我们一一介绍其使用方法和适合的场景。

普通 Worker

  1. 创建 Worker 通过 new 的方式来生成一个实例，参数为 url 地址，该地址必须和其创建者是同源的。
const worker = new Worker('./worker.js'); // 参数是 url，这个 url 必须与创建者同源 
  1. Worker 的方法

  • onmessage 主线程中可以在 Worker 上添加 onmessage 方法，用于监听 Worker 的信息。

    示例：

const worker = new Worker('./worker.js');
worker.onmessage = function (messageEvent) {
 console.log(messageEvent)
} 

  • onmessageerror 主线程中可以在 Worker 上添加 onmessageerror 方法，用于监听 Worker 的错误信息。

    示例：

const worker = new Worker('./worker.js');
worker.onmessageerror = function (messageEvent) {
 console.log(messageEvent)
} 

  • postMessage() 主线程通过此方法给 Worker 发送消息，发送参数的格式不限（可以是数组、对象、字符串等），可以根据自己的业务选择。

    示例：

const worker = new Worker('./worker.js');
worker.postMessage({ type: 'start', payload: { count: 666 } }); // 发送信息给worker

  • terminate() 主线程通过此方法终止 Worker 的运行。

    示例：

const worker = new Worker('./worker.js');
worker.terminate();

  1. 通信

    Worker 的作用域跟主线程中的 Window 是相互独立的，并且 Worker 中是获取不到 DOM 元素的。所以在 Worker 中你无法使用 Window 变量。取而代之的是可以用 self 来表示全局对象。self 上有哪些方法和属性，感兴趣的小伙伴可以自行输出查看。比较常用的方法是 onmessage、postMessage，主要用来跟主线程进行通信。

    示例：

// 监听事件，主线程可以通过 postMessage 发送信息过来
self.onmessage = (messageEvent) => {
 const { type, payload } = messageEvent.data;
  switch (type) {
    case 'start':
      // 通过 type 去区分不同的业务逻辑，payload 是传过来的数据
      const result = 0;
      // ....,通过一系列处理之后，把最终的结果发送给主线程
      this.postMessage(result);
      break;
  }
};

这里我们从 messageEvent.data 中获取从主线程传递过来的数据。为了业务的扩展性，这边是以 type 去区分不同的业务，payload 承载数据源，通过处理之后把结果发给主线程。主线程的 onmessage 回调函数中就能收到这个结果了。

  1. Worker 中引用其他脚本的方式

跟常用的 JavaScript 一样，Worker 中也是可以引入其他的模块的。但是方式不太一样，是通过 importScripts 来引入。这边我为了演示，新建了一个 constant.js。在 constant.js 定义了一些变量和函数。

示例：

// Worker.js
importScripts('constant.js');
// 下面就可以获取到 constant.js 中的所有变量了

// constant.js
// 可以在 Worker 中使用
const a = 111;

// 不可以在 Worker 中使用，原因未知
const b = function () {
  console.log('test');
};

// 可以在 Worker 中使用
function c() {
  console.log('test');
}

  1. 调试方法

    写代码难免要进行调试。Worker 的调试在浏览器控制台中有专门展示的地方，见下图。

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  1. 常见使用场景

  • 一般的视频网站 以优酷为例，当我们开始播放优酷视频的时候，就能看到它会调用 Worker，解码的代码应该写在 Worker 里面。

    816e97fabb1a68880d9ddb0512af7e60.webp

  • 需要大量计算的网站 比如 imgcook 这个网站，它能在前端解析 sketch 文件，这部分解析的逻辑就写在 Worker 里。

    e1ca29cd4f0363577c32798a73c91af3.webp

SharedWorker

SharedWorker 是一种特定的 Worker。从它的命名就能知道，它是一种共享数据的 Worker。它可以同时被多个浏览器环境访问。这些浏览器环境可以是多个 window, iframes 或者甚至是多个 Worker，只要这些 Workers 处于同一主域。为跨浏览器 tab 共享数据提供了一种解决方案。

  1. 创建 SharedWorker

    创建的方法跟上面普通 Worker 完全一模一样。

const worker = new SharedWorker("./shareWorker.js"); // 参数是 url，这个 url 必须与创建者同源 

  1. SharedWorker 的方法

    SharedWorker 的方法都在 port 上，这是它与普通 Worker 不同的地方。

  • port.onmessage

    主线程中可以在 worker 上添加 onmessage 方法，用于监听 SharedWorker 的信息

    示例：

const sharedWorker = new SharedWorker('./shareWorker.js');
sharedWorker.port.onmessage = function (messageEvent) {
  console.log(messageEvent)
} 

  • port.postMessage()

    主线程通过此方法给 SharedWorker 发送消息，发送参数的格式不限

    示例：

const sharedWorker = new SharedWorker('./shareWorker.js');
sharedWorker.port.postMessage({ type: 'increase', payload: { count: 666 } });

  • port.start()

    主线程通过此方法开启 SharedWorker 之间的通信

    示例：

const sharedWorker = new SharedWorker('./shareWorker.js');
sharedWorker.port.start()

  • port.close()

    主线程通过此方法关闭 SharedWorker

    示例：

const sharedWorker = new SharedWorker('./shareWorker.js');
sharedWorker.port.close()

  1. 通信

    SharedWorker 跟普通的 Worker 一样，可以用 self 来表示全局对象。不同之处是，它需要等 port 连接成功之后，利用 port 的onmessage、postMessage，来跟主线程进行通信。当你打开多个窗口的时候，SharedWorker 的作用域是公用的，这也是其特点。

    示例：

// index.js
const worker = new SharedWorker('./shareWorker.js');

worker.port.start(); // 开启端口

// 发送信息给 shareWorker
worker.port.postMessage({ type: 'increase', payload: { count: 666 } }); 

// 接受 shareWorker 发过来的数据
worker.port.onmessage = function (val) {
  console.log(val.data)
};

// shareWorker.js
let count = 666;

port.onmessage = (messageEvent) => {
  const { type, payload } = messageEvent.data;

  switch (type) {
    case 'increase':
      port.postMessage(++count);
      break;
    case 'decrease':
      port.postMessage(--count);
      break;
  }
};

  1. Worker 中引用其他脚本

    这个与普通的 Worker 方法一样，使用 importScripts

  2. 调试方法

    在浏览器中查看和调试 SharedWorker 的代码，需要输入 chrome://inspect/

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ServiceWorker

ServiceWorker 一般作为 Web 应用程序、浏览器和网络之间的代理服务。他们旨在创建有效的离线体验，拦截网络请求，以及根据网络是否可用采取合适的行动，更新驻留在服务器上的资源。他们还将允许访问推送通知和后台同步 API。

  1. 创建 ServiceWorker
// index.js
if ('serviceWorker' in navigator) {
  window.addEventListener('load', function () {
    navigator.serviceWorker
      .register('./serviceWorker.js', { scope: '/page/' })
      .then(
      function (registration) {
        console.log('ServiceWorker registration successful with scope: ',
                    registration.scope);
      },
      function (err) {
        console.log('ServiceWorker registration failed: ', err);
      }
    );
  });
}

只要创建了 ServiceWorker，不管这个创建 ServiceWorker 的 html 是否打开，这个 ServiceWorker 是一直存在的。它会代理范围是根据 scope 决定的，如果没有这个参数，则其代理范围是创建目录同级别以及子目录下所有页面的网络请求。代理的范围可以通过 registration.scope 查看。

  1. 安装 ServiceWorker
// serviceWorker.js
const CACHE_NAME = 'cache-v1';
// 需要缓存的文件
const urlsToCache = [
  '/style/main.css',
  '/constant.js',
  '/serviceWorker.html',
  '/page/index.html',
  '/serviceWorker.js',
  '/image/131.png',
];
self.oninstall = (event) => {
  event.waitUntil(
    caches
    .open(CACHE_NAME) // 这返回的是 promise
    .then(function (cache) {
      return cache.addAll(urlsToCache); // 这返回的是 promise
    })
  );
};

在上述代码中，我们可以看到，在 install 事件的回调中，我们打开了名字为 cache-v1 的缓存，它返回的是一个 promise。在打开缓存之后，我们需要把要缓存的文件 add 进去，基本上所有类型的资源都可以进行缓存，例子中缓存了 css、js、html、png。如果所有缓存数据都成功，就表示 ServiceWorker 安装成功；如果控制台提示 Uncaught (in promise) TypeError: Failed to execute 'Cache' on 'addAll': Request failed，则表示安装失败。

  1. 缓存和返回请求
self.onfetch = (event) => {
  event.respondWith(
    caches
    .match(event.request) // 此方法从服务工作线程所创建的任何缓存中查找缓存的结果
    .then(function (response) {
      // response 为匹配到的缓存资源，如果没有匹配到则返回 undefined，需要 fetch 资源
      if (response) {
        return response;
      }
      return fetch(event.request);
    })
  );
};

在 fetch 事件的回调中，我们去匹配 cache 中的资源。如果匹配到，则使用缓存资源；没有匹配到则用 fetch 请求。正因为 ServiceWorker 可以代理网络请求，所以为了安全起见，规范中规定它只能在 https 和 localhost 下才能开启。

  1. 调试方法

    在浏览器中查看和调试 ServiceWorker 的代码，需要输入 chrome://inspect/#service-workers

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  1. 演示效果

上面代码中，我缓存了 131.png。切换到离线模式，131 图片还是能显示，134.png 就获取不到了。

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看到这里，大家可能会有疑惑了。这个图片它存到哪里去了？实际上它会把文件自动存到浏览器的 Cache Storage 中。我们打开浏览器可以看到。

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  1. 常见使用场景

    缓存资源文件，加快渲染速度

    这个我们以语雀为例。我们在打开语雀网站的时候，可以看到它使用 ServiceWorker 缓存了很多 css、js 文件，从而达到优化的效果。

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总结

类型WorkerSharedWorkerServiceWorker
通信方式postMessageport.postMessage单向通信，通过
addEventListener 监听
serviceWorker 的状态
使用场景适合大量计算的场景适合跨 tab、iframes
之间共享数据		缓存资源、网络优化
兼容性>= IE 10
>= Chrome 4		不支持 IE、Safari、Android、iOS
>= Chrome 4		不支持 IE
>= Chrome 40

本文介绍了 3 种 Worker，他们分别适合不同的场景，总结如上面表格。普通的 Worker 可以在需要大量计算的时候使用，创建新的线程可以降低主线程的计算压力，不会导致 UI 卡顿。SharedWorker 主要是为不同的 window、iframes 之间共享数据提供了另外一个解决方案。ServiceWorker 可以缓存资源，提供离线服务或者是网络优化，加快 Web 应用的开启速度，更多是优化体验方面的。

示例代码：https://github.com/Pulset/Web-Worker

参考文献

  • 在网络应用中添加服务工作线程和离线功能(https://developers.google.com/web/fundamentals/codelabs/offline)
  • Service worker overview(https://developer.chrome.com/docs/workbox/service-worker-overview/)
  • Workers(https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/Worker)
  • SharedWorker(https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/SharedWorker)

看完两件事

如果你觉得这篇内容对你挺有启发，我想邀请你帮我两件小事

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政采云前端团队（ZooTeam），一个年轻富有激情和创造力的前端团队，隶属于政采云产品研发部，Base 在风景如画的杭州。团队现有 60 余个前端小伙伴，平均年龄 27 岁，近 3 成是全栈工程师，妥妥的青年风暴团。成员构成既有来自于阿里、网易的“老”兵，也有浙大、中科大、杭电等校的应届新人。团队在日常的业务对接之外，还在物料体系、工程平台、搭建平台、性能体验、云端应用、数据分析及可视化等方向进行技术探索和实战，推动并落地了一系列的内部技术产品，持续探索前端技术体系的新边界。

如果你想改变一直被事折腾，希望开始能折腾事；如果你想改变一直被告诫需要多些想法，却无从破局；如果你想改变你有能力去做成那个结果，却不需要你；如果你想改变你想做成的事需要一个团队去支撑，但没你带人的位置；如果你想改变既定的节奏，将会是“5 年工作时间 3 年工作经验”；如果你想改变本来悟性不错，但总是有那一层窗户纸的模糊… 如果你相信相信的力量，相信平凡人能成就非凡事，相信能遇到更好的自己。如果你希望参与到随着业务腾飞的过程，亲手推动一个有着深入的业务理解、完善的技术体系、技术创造价值、影响力外溢的前端团队的成长历程，我觉得我们该聊聊。任何时间，等着你写点什么，发给 ZooTeam@cai-inc.com


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