JavaScript Web Workers: руководство для начинающих
В 2019 году веб-экосистема эволюционировала до такой степени, что браузер стал средой исполнения для приложений, построенных на JavaScript. Это отражается в скорости, с которой отрасль год за годом предлагает новые фреймворки, парадигмы, загрузчики и сборщики модулей, менеджеры зависимостей, инструменты сборки и менеджеры пакетов.
Когда JavaScript был задуман в первые дни Интернета, направление развития Интернета было неясно. Из-за постоянных, быстрых изменений в отрасли и экосистеме, необходимости обратной совместимости браузеров и веб-стандартов развитие JavaScript стало постоянным потоком исправлений, взломов и последствий.
Современные мобильные устройства обычно поставляются с 8+ ядрами ЦП или 12+ ядрами GPU. Настольные и серверные процессоры имеют до 16 ядер, 32 потока или более.
В этой среде узкое место имеет наличие доминирующей однопоточной среды программирования или сценариев.
JavaScript является однопоточным
Это означает, что по замыслу движки JavaScript — изначально браузеры — имеют один основной поток выполнения, и, проще говоря, процесс или функция B() не могут быть выполнены до тех пор, пока процесс или функция A() не будут завершены. Пользовательский интерфейс веб-страницы не реагирует на любую другую обработку JavaScript, в то время как он занят выполнением чего-либо — это называется блокировкой DOM.
Это ужасно неэффективно, особенно по сравнению с другими языками.
Если мы перейдем к JS Bin и запустим этот код в консоли JavaScript браузера:
//noprotect
i = 0;
while (i < 60000) {
console.log("The number is " + i);
i++;
}
… сайт jsbin.com перестанет отвечать на запросы до тех пор, пока браузер не посчитает и не отобразит до 60 000 строк.
Мы не сможем взаимодействовать с чем-либо на странице, потому что браузер будет занят в этот момент.
И это был пример относительно нетребовательного вычислительного процесса, в то время как современные веб-приложения часто включают в себя гораздо более сложные задачи.
Нам нужно уметь вычислять вещи в фоновом режиме, пока пользователь без проблем взаимодействует со страницей.
Web Workers
W3C опубликовал первый проект стандарта web worker в 2009 году. С полной спецификацией можно ознакомиться на веб-сайте Рабочей группы по технологиям веб-гипертекстовых приложений (Web Hypertext Application Technology Working Group website)- или WHATWG — альтернативной W3C организации по веб-стандартам.
Web worker — это асинхронная система или протокол, позволяющий веб-страницам выполнять задачи в фоновом режиме независимо от основного потока и пользовательского интерфейса веб-сайта. Это изолированная среда, которая изолирована от объекта window, объекта document, прямого доступа в Интернет и лучше всего подходит для длительных или сложных вычислительных задач.
Помимо web worker — системы, предназначенной для многопоточности, — существуют и другие способы выполнения асинхронной обработки в JavaScript, такие как асинхронные вызовы Ajax и цикл обработки событий (event loop).
Чтобы продемонстрировать работу web worker, вернемся к JS Bin и попробуем этот фрагмент кода:
console.log("A");
setTimeout(function(){console.log("B");},2000);
console.log("C");
setTimeout(function(){console.log("D");},0);
console.log("E");
setTimeout(function(){console.log("F");},1000);
Когда мы запустим этот пример, последовательность вывода будет — A, C, E, D, F, B. Браузер сначала выполнит операции без тайм-аута по мере их поступления, а затем выполнит функции setTimeout() в порядке указанной задержки. Однако эта асинхронность не должна автоматически сопоставляться с многопоточностью. В зависимости от хост-машины это часто может быть просто однопотоковый стек вызовов в порядке, который мы объяснили.
Web Workers и многопоточность
Как объясняется на справочном веб-сайте JavaScript в Mozilla, web worker являются «средством для веб-контента запускать сценарии в фоновых потоках».
Мы используем их следующим образом: мы проверяем наличие конструктора Worker() в браузере, и, если он доступен, мы создаем экземпляр рабочего объекта с URL-адресом сценария в качестве аргумента. Этот скрипт будет выполняться в отдельном потоке.
Сценарий должен обслуживаться с того же хоста или домена из соображений безопасности, и это также будет причиной того, что web worker не будут работать, если мы откроем файл локально с помощью схемы file://.
if (typeof(Worker) !== "undefined") {
worker = new Worker("worker.js");
}
Теперь мы напишем этот код в файле worker.js:
i = 0;
while (i < 200000) {
postMessage("Web Worker Counter: " + i);
i++;
}
Если вы хотите писать высококачественный код JavaScript с web worker, ознакомьтесь с нашей книгой «JavaScript: Best Practice».
Разделение потоков
Здесь важно отметить разделение область видимости window и document в потоке основного окна браузера и worker.
Чтобы использовать поток worker, эти две области должны иметь возможность обмениваться данными. Для этого мы используем функцию postMessage() в файле worker.js — для отправки сообщений в основной поток браузера — и listener (слушиватель) worker.onmessage в главном потоке для получения сообщений от worker.
Мы также можем отправлять сообщения из основного потока браузера в поток worker. Единственное отличие состоит в том, что мы вызываем worker.postMessage() в главном потоке, а onmessage в потоке worker.
Мы можем использовать метод terminate(), чтобы завершить выполнение worker.
Имея все это в виду, мы подходим к этому примеру:
index.html
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width">
<title>Web Workers Example</title>
<style type="text/css">
body {padding-top:28px;}
.output-cont {margin-left:12%; margin-top:28px;}
.output-cont h3 {width:200px; height:100%;}
.output-cont button {padding:4px 8px; font-size:1.1rem; font-family:sans-serif; }
</style>
</head>
<body>
<div class="output-cont"><button onclick="testWorker()">start worker</button><h3 id="workerOutput"></h3><button onclick="terminateWorker()">terminate worker</button></div>
<br/>
<div class="output-cont"><button onclick="testMainThread()">start blocking thread</button><h3 id="mainThreadOutput"></h3></div>
<br/>
<div class="output-cont"><button onclick="alert('browser responsive!')">test browser responsiveness</button></div>
<script>
var worker;
function testWorker() {
if (typeof(Worker) !== "undefined") {
if (typeof(worker) == "undefined") {
worker = new Worker("worker.js");
}
worker.onmessage = function(event) {
document.getElementById("workerOutput").innerHTML = event.data;
};
} else {
document.getElementById("workerOutput").innerHTML = "Web Workers are not supported in your browser";
}
}
function terminateWorker() {
worker.terminate();
worker = undefined;
}
function testMainThread() {
for (var i = 0; i < 200000; i++) {
document.getElementById("mainThreadOutput").innerHTML = "Main Thread Counter: " + i;
}
}
</script>
</body>
</html>
и worker.js:
i = 0;
while (i < 200000) {
postMessage("Web Worker Counter: " + i);
i++;
}
Этот пример дает нам возможность проверить влияние выполнения основного потока на поведение и производительность страницы по сравнению с эффектами web worker.
В этом уроке мы использовали http-server для локального обслуживания файлов.
Теперь мы можем видеть, что рабочий поток не блокирует интерактивность основного процесса браузера, а циклический вывод 200 000 номеров не влияет на основной поток. Числа в элементе #workerOutput обновляются на каждой итерации.
Блокирующий поток, или основной поток, когда задействован в цикле, блокирует всю интерактивность (здесь мы установили число итераций 200 000, но это будет еще более очевидно, если мы увеличим его до 2 000 000).
Еще одна вещь, которая указывает нам на заблокированный основной поток, заключается в том, что рабочий процесс обновляет страницу на каждой итерации, а цикл в главном потоке (определенный в index.html) обновляет только элемент #mainThreadOutput на последней итерации.
Это связано с тем, что браузер слишком занят подсчетом (цикл for), чтобы иметь возможность перерисовывать DOM, поэтому он делает это только после того, как его работа с циклом for полностью завершена (в конце цикла).
Заключение
В этой статье мы представили web workers, технологию, которая помогает веб-индустрии идти в ногу со все более и более требовательными веб-приложениями. Это достигается путем предоставления веб-приложениям возможности использовать многопроцессорные и многопоточные устройства, добавляя некоторые многопоточные суперспособности в JavaScript.
Есть ли у вас какие-либо советы, касающиеся web worker и Интернета как платформы для программирования? Дайте нам знать об этом в комментариях! (в блоге автора статьи)
Оригинал: JavaScript Web Workers: A Beginner’s Guide