JavaScripti moodul-workerid: taustatöötlusvõimsuse vabastamine

Veebiarenduse valdkonnas on reageeriva ja jõudlusega kasutajaliidese säilitamine esmatähtis. JavaScript, kuigi on veebi keel, töötab ühel lõimel, mis võib arvutuslikult intensiivsete ülesannete käsitlemisel põhjustada pudelikaelu. Siin tulevad appi JavaScripti moodul-workerid. Moodul-workerid, mis on ehitatud veebi-workerite alusele, pakuvad võimsat lahendust ülesannete taustale viimiseks, vabastades sellega peamise lõime ja parandades üldist kasutajakogemust.

Mis on JavaScripti moodul-workerid?

JavaScripti moodul-workerid on sisuliselt taustal töötavad skriptid, mis on sõltumatud peamisest brauseri lõimest. Mõelge neile kui eraldiseisvatele tööprotsessidele, mis saavad JavaScripti koodi paralleelselt täita, ilma et UI blokeeriks. Need võimaldavad JavaScriptis tõelist paralleelsust, võimaldades teil täita selliseid ülesandeid nagu andmetöötlus, pildimanipulatsioon või keerukad arvutused, ilma et reageerimisvõime kannataks. Peamine erinevus klassikaliste veebi-workerite ja moodul-workerite vahel seisneb nende moodulisüsteemis: moodul-workerid toetavad otse ES-mooduleid, lihtsustades koodi korraldamist ja sõltuvuste haldamist.

Miks kasutada moodul-workerid?

Moodul-workerite kasutamise eelised on arvukad:

• Parem jõudlus: viige protsessorimahukad ülesanded taustalõimetele, vältides peamise lõime külmumist ja tagades sujuva kasutajakogemuse.
• Täiustatud reageerimisvõime: hoidke UI reageerivana isegi keerukate arvutuste või andmetöötluse ajal.
• Paralleelne töötlus: kasutage mitut südamikku ülesannete paralleelseks täitmiseks, vähendades oluliselt täitmisaega.
• Koodi korraldamine: moodul-workerid toetavad ES-mooduleid, muutes oma koodi struktureerimise ja hooldamise lihtsamaks.
• Lihtsustatud samaaegsus: moodul-workerid pakuvad suhteliselt lihtsat viisi samaaegsuse juurutamiseks JavaScripti rakendustes.

Moodul-workerite põhiline juurutamine

Illustreerime moodul-workerite põhijuurutamist lihtsa näite abil: n-nda Fibonacci numbri arvutamine.

1. Peamine skript (index.html)

See HTML-fail laadib peamise JavaScripti faili (main.js) ja pakub nuppu Fibonacci arvutuse käivitamiseks.

 


 Arvuta Fibonacci
 

 

2. Peamine JavaScripti fail (main.js)

See fail loob uue moodul-worker'i ja saadab sellele sõnumi, mis sisaldab numbrit, mille Fibonacci numbrit arvutada. See kuulab ka worker'i sõnumeid ja kuvab tulemuse.

const calculateButton = document.getElementById('calculateButton');
const resultElement = document.getElementById('result');

calculateButton.addEventListener('click', () => {
 const worker = new Worker('worker.js', { type: 'module' });
 const number = 40; // Näide: arvutage 40. Fibonacci number

 worker.postMessage(number);

 worker.onmessage = (event) => {
 resultElement.textContent = `Fibonacci(${number}) = ${event.data}`;
 };

 worker.onerror = (error) => {
 console.error('Worker error:', error);
 resultElement.textContent = 'Fibonacci arvutamisel tekkis viga.';
 };
});

3. Moodul-workerite fail (worker.js)

See fail sisaldab koodi, mida täidetakse taustal. See kuulab sõnumeid peamisest lõimest, arvutab Fibonacci numbri ja saadab tulemuse tagasi.

// worker.js

function fibonacci(n) {
 if (n <= 1) {
 return n;
 }
 return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2);
}

self.onmessage = (event) => {
 const number = event.data;
 const result = fibonacci(number);
 self.postMessage(result);
};

Selgitus

• Peamine skript loob uue `Worker` instansi, täpsustades worker'i skripti tee (`worker.js`) ja seades `type` valikuks `'module'`, et näidata, et tegemist on moodul-worker'iga.
• Peamine skript saadab seejärel sõnumi worker'ile, kasutades `worker.postMessage()`.
• Worker'i skript kuulab sõnumeid, kasutades `self.onmessage`.
• Sõnumi saamisel arvutab worker Fibonacci numbri ja saadab tulemuse tagasi peamisele skriptile, kasutades `self.postMessage()`.
• Peamine skript kuulab worker'i sõnumeid, kasutades `worker.onmessage` ja kuvab tulemuse `resultElement`-is.

Taustatöötlusmustrid moodul-workeritega

Moodul-workerid võivad kasutada erinevate taustatöötlusmustrite juurutamiseks, millel kõigil on oma eelised ja kasutusjuhtumid.

1. Ülesannete mahalaadimine

See on kõige tavalisem muster. See hõlmab lihtsalt protsessorimahukate ülesannete või blokeerivate operatsioonide teisaldamist peamisest lõimest moodul-workerisse. See tagab, et UI jääb reageerivaks, isegi keerukate operatsioonide täitmisel. Näiteks võib suurte piltide dekodeerimine, tohutu JSON-faili töötlemine või keerukate füüsikate simulatsioonide tegemine worker'ile üle anda.

Näide: pilditöötlus

Kujutage ette veebirakendust, mis võimaldab kasutajatel pilte üles laadida ja filtreid rakendada. Pilditöötlus võib olla arvutuslikult kulukas, põhjustades tõenäoliselt UI külmumist. Pilditöötluse moodul-worker'ile üleandmisega saate UI reageerivana hoida, samal ajal kui pilti töödeldakse taustal.

2. Andmete eelnev laadimine

Andmete eelnev laadimine hõlmab andmete laadimist taustal enne, kui neid tegelikult vaja läheb. See võib oluliselt parandada teie rakenduse tajutavat jõudlust. Moodul-workerid sobivad selle ülesande täitmiseks ideaalselt, kuna nad saavad andmeid serverist või kohalikust salvestusruumist ilma UI blokeerimata hankida.

Näide: E-kaubanduse tootdetailid

E-kaubanduse rakenduses saate moodul-worker'it kasutada järgmiste toodete detailide eelnevaks laadimiseks, mida kasutaja tõenäoliselt järgmisena vaatab, lähtudes tema sirvimisajaloost või soovitustest. See tagab, et tootdetailid on tootmislehele navigeerimisel valmis, mis tagab kiirema ja sujuvama sirvimiskogemuse. Arvestage, et erinevate piirkondade kasutajatel võib olla erinev võrgukiirus. Tokyo kasutajal fiiberoptilise internetiga on väga erinev kogemus kui kellegil maalikus Boliivias mobiilse ühendusega. Eelnev laadimine võib oluliselt parandada kasutajakogemust madala ribalaiusega piirkondades.

3. Perioodilised ülesanded

Moodul-workerid võivad täita perioodilisi ülesandeid taustal, näiteks andmete sünkroonimine serveriga, vahemälu värskendamine või analüütika käivitamine. See võimaldab teil oma rakendust ajakohasena hoida, ilma et see kasutajakogemust mõjutaks. Kuigi `setInterval` on sageli kasutusel, pakub moodul-worker rohkem kontrolli ja hoiab ära potentsiaalse UI blokeerimise.

Näide: Taustandmete sünkroonimine

Mobiilirakendus, mis salvestab andmeid lokaalselt, võib vajada perioodilist sünkroonimist kaugserveriga, et tagada andmete ajakohasus. Moodul-workerit saab kasutada selle sünkroonimise taustal läbiviimiseks, ilma kasutajat segamata. Arvestage globaalse kasutajaskonnaga, kus kasutajad on erinevates ajavööndites. Perioodiline sünkroonimine võib vajada kohandamist, et vältida teatavate piirkondade tippkasutusaegu, et minimeerida ribalaiuse kulusid.

4. Vooprotsessimine

Moodul-workerid sobivad hästi reaalajas andmevoogude töötlemiseks. See võib olla kasulik selliste ülesannete jaoks nagu sensorandmete analüüsimine, reaalajas videovoogude töötlemine või reaalajas vestlussõnumite käsitlemine.

Näide: Reaalajas vestlusrakendus

Reaalajas vestlusrakenduses saab moodul-worker'it kasutada sissetulevate vestlussõnumite töötlemiseks, tundeanalüüsi tegemiseks või sobimatu sisu filtreerimiseks. See tagab, et peamine lõim jääb reageerivaks ja vestluskogemus on sujuv ja ühtne.

5. Asünkroonsed arvutused

Keerukaid asünkroonseid operatsioone hõlmavate ülesannete jaoks, nagu ahelakud API-kutsed või suuremahulised andmetransformatsioonid, võivad moodul-workerid pakkuda spetsiaalset keskkonda nende protsesside haldamiseks ilma peamist lõime blokeerimata. See on eriti kasulik rakenduste jaoks, mis suhtlevad mitme välise teenusega.

Näide: Mitme teenuse andmete kogumine

Rakendus võib vajada andmete kogumist mitmest API-st (nt ilm, uudised, aktsiahinnad), et esitada põhjalik armatuurlaud. Moodul-worker võib hallata nende asünkroonnede päringute keerukust ja andmete koondamist enne selle peamisesse lõimesse kuvamiseks tagasi saatmist.

Moodul-workerite parimad tavad

Moodul-workerite tõhusaks kasutamiseks kaaluge järgmisi parimaid tavasid:

• Hoidke sõnumid väikesed: minimeerige peamise lõime ja worker'i vahel edastatava andmete hulk. Suured sõnumid võivad tühistada worker'i kasutamise jõudluse eelised. Kaaluge struktureeritud kloonimist või ülekantavaid objekte suurte andmeedastuste jaoks.
• Minimeerige suhtlust: peamise lõime ja worker'i vaheline sage suhtlus võib tekitada lisakulusid. Optimeerige oma koodi, et minimeerida vahetatavate sõnumite arvu.
• Käsitsege vigu korralikult: juurutage nii peamises lõimes kui ka worker'is korralik veakäsitlus, et vältida ootamatuid krahhe. Kuulake peamise lõime `onerror` sündmust, et püüda worker'i vigu.
• Kasutage ülekantavaid objekte: suurte andmete ülekandmiseks kasutage ülekantavaid objekte, et vältida andmete kopeerimist. Ülekantavad objektid võimaldavad teil andmeid otse ühelt kontekstilt teisele teisaldada, parandades oluliselt jõudlust. Näited hõlmavad `ArrayBuffer`, `MessagePort` ja `ImageBitmap`.
• Lõpetage workerid, kui neid pole vaja: kui worker'it enam pole vaja, lõpetage see ressursside vabastamiseks. Worker'i lõpetamiseks kasutage meetodit `worker.terminate()`. Selle tegemata jätmine võib põhjustada mälulekkeid.
• Kaaluge koodi jaotamist: Kui teie worker'i skript on suur, kaaluge koodi jaotamist, et laadida ainult vajalikud moodulid, kui worker on algkäivitatud. See võib parandada worker'i käivitusaega.
• Testige põhjalikult: testige oma moodul-worker'i juurutust põhjalikult, et tagada selle korrektne töö ja oodatud jõudluse eelised. Kasutage brauseri arendaja tööriistu, et jälgida oma rakenduse jõudlust ja tuvastada potentsiaalsed pudelikaelad.
• Turvalisuse kaalutlused: moodul-workerid töötavad eraldi globaalses ulatuses, kuid nad saavad siiski juurdepääsu ressurssidele, nagu küpsised ja kohalik salvestusruum. Olge worker'is tundlike andmetega töötades teadlik turvalisuse mõjudest.
• Juurdepääsetavuse kaalutlused: kuigi moodul-workerid parandavad jõudlust, veenduge, et UI jääks puudega kasutajatele juurdepääsetavaks. Ärge tuginege ainult visuaalsetele vihjetele, mida võidakse taustal töödelda. Pakkuge vajadusel alternatiivset teksti ja ARIA atribuute.

Moodul-workerid vs. muud samaaegsuse valikud

Kuigi moodul-workerid on võimas taustatöötluse tööriist, on oluline kaaluda muid samaaegsuse valikuid ja valida see, mis kõige paremini teie vajadustele sobib.

• Veebi-workerid (klassikalised): moodul-workerite eelkäijad. Nad ei toeta otse ES-mooduleid, muutes koodi korraldamise ja sõltuvuste haldamise keerulisemaks. Uute projektide jaoks eelistatakse üldiselt moodul-workerid.
• Teenindus-workerid: peamiselt kasutatakse vahemällu salvestamiseks ja taustsünkroonimiseks, võimaldades offline-võimalusi. Kuigi nad töötavad ka taustal, on nad kavandatud erinevateks kasutusjuhtumiteks kui moodul-workerid. Teenindus-workerid peatavad võrgupäringud ja saavad vastata vahemällu salvestatud andmetega, samas kui moodul-workerid on üldotstarbelisemad taustatöötlustööriistad.
• Jagatud workerid: võimaldavad mitmel erineva päritoluga skriptil juurdepääsu ühele worker'i eksemplarile. See võib olla kasulik ressursside jagamiseks või ülesannete koordineerimiseks veebirakenduse erinevate osade vahel.
• Lõimed (Node.js): Node.js pakub ka `worker_threads` moodulit mitmelõimelisuse jaoks. See on sarnane kontseptsioon, mis võimaldab teil ülesandeid eraldi lõimetele üle anda. Node.js lõimed on üldiselt raskemad kui brauseripõhised veebi-workerid.

Reaalse maailma näited ja juhtumiuuringud

Mitmed ettevõtted ja organisatsioonid on edukalt juurutanud moodul-workerid, et parandada oma veebirakenduste jõudlust ja reageerimisvõimet. Siin on mõned näited:

• Google Maps: kasutab kaardistamise ja andmetöötluse taustal läbiviimiseks veebi-workerid (ja uuemate funktsioonide jaoks potentsiaalselt moodul-workerid), pakkudes sujuvat ja reageerivat kaardistamiskogemust.
• Figma: koostöödisaini tööriist, mis tugineb tugevalt veebi-workeritele keerukate vektorikujunduste renderdamise ja reaalajas koostöö funktsioonide käsitlemiseks. Moodul-workerid mängivad tõenäoliselt nende moodulipõhises arhitektuuris rolli.
• Veebipõhised videotöötlusprogrammid: paljud veebipõhised videotöötlusprogrammid kasutavad videofailide taustal töötlemiseks veebi-workerid, võimaldades kasutajatel jätkata redigeerimist, samal ajal kui video renderdatakse. Video kodeerimine ja dekodeerimine on väga protsessorimahukad ja sobivad ideaalselt worker'ite jaoks.
• Teaduslikud simulatsioonid: teaduslikke simulatsioone, nagu ilmaprognoosimine või molekulaardünaamika, läbiviivad veebirakendused kasutavad sageli veebi-workerid, et üle kanda arvutuslikult mahukad arvutused taustale.

Need näited näitavad moodul-workerite mitmekülgsust ja nende võimet parandada erinevat tüüpi veebirakenduste jõudlust.

Järeldus

JavaScripti moodul-workerid pakuvad võimsat mehhanismi ülesannete taustale viimiseks, parandades rakenduse jõudlust ja reageerimisvõimet. Mõistes erinevaid taustatöötlusmustreid ja järgides parimaid tavasid, saate tõhusalt kasutada moodul-workerid, et luua tõhusamaid ja kasutajasõbralikumaid veebirakendusi. Kuna veebirakendused muutuvad üha keerukamaks, muutub moodul-workerite kasutamine sujuva ja nauditava kasutajakogemuse säilitamiseks veelgi kriitilisemaks, eriti kasutajate jaoks piiratud ribalaiusega või vanemate seadmetega piirkondades.