M

MLOG

עברית

גלו את העוצמה של Web Workers לשיפור ביצועי יישומי רשת באמצעות עיבוד ברקע. למדו כיצד ליישם ולמטב Web Workers לחוויית משתמש חלקה יותר.

פתיחת ביצועים: צלילת עומק אל Web Workers לעיבוד ברקע

בסביבת הרשת התובענית של ימינו, משתמשים מצפים ליישומים חלקים ורספונסיביים. היבט מרכזי בהשגת זאת הוא מניעת משימות ארוכות מלחסום את התהליכון הראשי (main thread), ובכך להבטיח חוויית משתמש זורמת. Web Workers מספקים מנגנון רב עוצמה להשגת מטרה זו, המאפשר לכם להעביר משימות עתירות חישוב לתהליכוני רקע, ובכך לשחרר את התהליכון הראשי לטפל בעדכוני ממשק משתמש ובאינטראקציות עם המשתמש.

מהם Web Workers?

Web Workers הם סקריפטים של JavaScript הרצים ברקע, באופן עצמאי מהתהליכון הראשי של דפדפן האינטרנט. משמעות הדבר היא שהם יכולים לבצע משימות כגון חישובים מורכבים, עיבוד נתונים או בקשות רשת מבלי להקפיא את ממשק המשתמש. חשבו עליהם כעל עובדים זעירים ומסורים המבצעים משימות בשקידה מאחורי הקלעים.

בניגוד לקוד JavaScript מסורתי, ל-Web Workers אין גישה ישירה ל-DOM (Document Object Model). הם פועלים בהקשר גלובלי נפרד, המקדם בידוד ומונע הפרעות לפעולות של התהליכון הראשי. התקשורת בין התהליכון הראשי ל-Web Worker מתרחשת באמצעות מערכת העברת הודעות.

למה להשתמש ב-Web Workers?

היתרון העיקרי של Web Workers הוא שיפור בביצועים ובתגובתיות. להלן פירוט היתרונות:

מקרי שימוש ל-Web Workers

Web Workers מתאימים למגוון רחב של משימות, כולל:

יישום Web Workers: מדריך מעשי

יישום Web Workers כולל יצירת קובץ JavaScript נפרד עבור קוד ה-worker, יצירת מופע של Web Worker בתהליכון הראשי, ותקשורת בין התהליכון הראשי ל-worker באמצעות הודעות.

שלב 1: יצירת סקריפט ה-Web Worker

צרו קובץ JavaScript חדש (לדוגמה, worker.js) שיכיל את הקוד שיבוצע ברקע. קובץ זה לא צריך להיות תלוי ב-DOM. לדוגמה, בואו ניצור worker פשוט שמחשב את סדרת פיבונאצ'י:

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

self.addEventListener('message', function(event) {
  const number = event.data;
  const result = fibonacci(number);
  self.postMessage(result);
});

הסבר:

שלב 2: יצירת מופע של Web Worker בתהליכון הראשי

בקובץ ה-JavaScript הראשי שלכם, צרו מופע חדש של Web Worker באמצעות הקונסטרוקטור Worker:

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

worker.addEventListener('message', function(event) {
  const result = event.data;
  console.log('Fibonacci result:', result);
});

worker.postMessage(10); // Calculate Fibonacci(10)

הסבר:

שלב 3: שליחה וקבלה של הודעות

התקשורת בין התהליכון הראשי ל-Web Worker מתרחשת באמצעות המתודה postMessage() והמאזין לאירוע message. המתודה postMessage() משמשת לשליחת נתונים ל-worker, והמאזין לאירוע message משמש לקבלת נתונים מה-worker.

נתונים שנשלחים דרך postMessage() מועתקים, לא משותפים. זה מבטיח שהתהליכון הראשי וה-worker פועלים על עותקים עצמאיים של הנתונים, ומונע תנאי מרוץ ובעיות סנכרון אחרות. עבור מבני נתונים מורכבים, שקלו להשתמש בשיבוט מובנה (structured cloning) או באובייקטים ניתנים להעברה (transferable objects) (יוסבר בהמשך).

טכניקות מתקדמות ב-Web Workers

בעוד שהיישום הבסיסי של Web Workers הוא פשוט, ישנן מספר טכניקות מתקדמות שיכולות לשפר עוד יותר את הביצועים והיכולות שלהם.

אובייקטים ניתנים להעברה (Transferable Objects)

אובייקטים ניתנים להעברה מספקים מנגנון להעברת נתונים בין התהליכון הראשי ל-Web Workers מבלי להעתיק את הנתונים. זה יכול לשפר באופן משמעותי את הביצועים בעבודה עם מבני נתונים גדולים, כגון ArrayBuffers, Blobs ו-ImageBitmaps.

כאשר אובייקט ניתן להעברה נשלח באמצעות postMessage(), הבעלות על האובייקט מועברת לנמען. השולח מאבד גישה לאובייקט, והנמען מקבל גישה בלעדית. זה מונע השחתת נתונים ומבטיח שרק תהליכון אחד יכול לשנות את האובייקט בכל פעם.

דוגמה:

// Main thread
const arrayBuffer = new ArrayBuffer(1024 * 1024); // 1MB
worker.postMessage(arrayBuffer, [arrayBuffer]); // Transfer ownership

// Worker
self.addEventListener('message', function(event) {
  const arrayBuffer = event.data;
  // Process the ArrayBuffer
});

בדוגמה זו, ה-arrayBuffer מועבר ל-worker מבלי להיות מועתק. לתהליכון הראשי אין יותר גישה ל-arrayBuffer לאחר שליחתו.

שכפול מובנה (Structured Cloning)

שכפול מובנה הוא מנגנון ליצירת עותקים עמוקים של אובייקטי JavaScript. הוא תומך במגוון רחב של סוגי נתונים, כולל ערכים פרימיטיביים, אובייקטים, מערכים, תאריכים, ביטויים רגולריים, מפות וסטים. עם זאת, הוא אינו תומך בפונקציות או בצמתי DOM.

שכפול מובנה משמש את postMessage() להעתקת נתונים בין התהליכון הראשי ל-Web Workers. למרות שהוא יעיל בדרך כלל, הוא יכול להיות איטי יותר מאשר שימוש באובייקטים ניתנים להעברה עבור מבני נתונים גדולים.

SharedArrayBuffer

SharedArrayBuffer הוא מבנה נתונים המאפשר למספר תהליכונים, כולל התהליכון הראשי ו-Web Workers, לחלוק זיכרון. זה מאפשר שיתוף נתונים ותקשורת יעילים ביותר בין תהליכונים. עם זאת, SharedArrayBuffer דורש סנכרון קפדני למניעת תנאי מרוץ והשחתת נתונים.

שיקולי אבטחה חשובים: שימוש ב-SharedArrayBuffer דורש הגדרת כותרות HTTP ספציפיות (Cross-Origin-Opener-Policy ו-Cross-Origin-Embedder-Policy) כדי למזער סיכוני אבטחה, במיוחד פגיעויות Spectre ו-Meltdown. כותרות אלה מבודדות את המקור שלכם ממקורות אחרים בדפדפן, ומונעות מקוד זדוני לגשת לזיכרון משותף.

דוגמה:

// Main thread
const sharedArrayBuffer = new SharedArrayBuffer(1024);
const uint8Array = new Uint8Array(sharedArrayBuffer);
worker.postMessage(sharedArrayBuffer);

// Worker
self.addEventListener('message', function(event) {
  const sharedArrayBuffer = event.data;
  const uint8Array = new Uint8Array(sharedArrayBuffer);
  // Access and modify the SharedArrayBuffer
});

בדוגמה זו, הן לתהליכון הראשי והן ל-worker יש גישה לאותו sharedArrayBuffer. כל שינוי שנעשה ב-sharedArrayBuffer על ידי תהליכון אחד יהיה גלוי מיד לתהליכון השני.

סנכרון עם Atomics: בעת שימוש ב-SharedArrayBuffer, חיוני להשתמש בפעולות Atomics לסנכרון. Atomics מספקים פעולות קריאה, כתיבה והשוואה-והחלפה אטומיות המבטיחות עקביות נתונים ומונעות תנאי מרוץ. דוגמאות כוללות Atomics.load(), Atomics.store() ו-Atomics.compareExchange().

WebAssembly (WASM) ב-Web Workers

WebAssembly (WASM) הוא פורמט הוראות בינארי ברמה נמוכה שיכול להתבצע על ידי דפדפני אינטרנט במהירות כמעט-טבעית (near-native). הוא משמש לעתים קרובות להרצת קוד עתיר חישוב, כגון מנועי משחק, ספריות עיבוד תמונה וסימולציות מדעיות.

ניתן להשתמש ב-WebAssembly בתוך Web Workers כדי לשפר עוד יותר את הביצועים. על ידי הידור הקוד שלכם ל-WebAssembly והרצתו ב-Web Worker, תוכלו להשיג שיפורי ביצועים משמעותיים בהשוואה להרצת אותו קוד ב-JavaScript.

דוגמה:

  • הידר (Compile) את קוד ה-C, C++ או Rust שלכם ל-WebAssembly באמצעות כלים כמו Emscripten או wasm-pack.
  • טענו את מודול ה-WebAssembly ב-Web Worker שלכם באמצעות fetch או XMLHttpRequest.
  • צרו מופע של מודול ה-WebAssembly וקראו לפונקציות שלו מה-worker.

    • מאגרי Worker-ים (Worker Pools)

    עבור משימות שניתן לחלק ליחידות עבודה קטנות ועצמאיות, ניתן להשתמש במאגר worker-ים. מאגר worker-ים מורכב ממספר מופעים של Web Worker המנוהלים על ידי בקר מרכזי. הבקר מפיץ משימות ל-worker-ים הזמינים ואוסף את התוצאות.

    מאגרי worker-ים יכולים לשפר את הביצועים על ידי ניצול ליבות CPU מרובות במקביל. הם שימושיים במיוחד למשימות כגון עיבוד תמונה, ניתוח נתונים ורינדור.

    דוגמה: דמיינו שאתם בונים יישום שצריך לעבד מספר רב של תמונות. במקום לעבד כל תמונה ברצף ב-worker יחיד, אתם יכולים ליצור מאגר worker-ים עם, נניח, ארבעה worker-ים. כל worker יכול לעבד תת-קבוצה של התמונות, והתוצאות יכולות להיות משולבות על ידי התהליכון הראשי.

    שיטות עבודה מומלצות לשימוש ב-Web Workers

    כדי למקסם את היתרונות של Web Workers, שקלו את שיטות העבודה המומלצות הבאות:

    דוגמאות בדפדפנים ומכשירים שונים

    Web Workers נתמכים באופן נרחב בדפדפנים מודרניים, כולל Chrome, Firefox, Safari ו-Edge, הן במחשבים שולחניים והן במכשירים ניידים. עם זאת, ייתכנו הבדלים עדינים בביצועים ובהתנהגות בין פלטפורמות שונות.

    ניפוי באגים (Debugging) ב-Web Workers

    ניפוי באגים ב-Web Workers יכול להיות מאתגר, מכיוון שהם פועלים בהקשר גלובלי נפרד. עם זאת, רוב הדפדפנים המודרניים מספקים כלי ניפוי באגים שיכולים לעזור לכם לבדוק את מצבם של Web Workers ולזהות בעיות.

    שיקולי אבטחה

    Web Workers מציגים שיקולי אבטחה חדשים שמפתחים צריכים להיות מודעים אליהם:

    חלופות ל-Web Workers

    בעוד ש-Web Workers הם כלי רב עוצמה לעיבוד ברקע, ישנן חלופות אחרות שעשויות להתאים למקרי שימוש מסוימים:

    סיכום

    Web Workers הם כלי רב ערך לשיפור הביצועים והתגובתיות של יישומי רשת. על ידי העברת משימות עתירות חישוב לתהליכוני רקע, אתם יכולים להבטיח חוויית משתמש חלקה יותר ולפתוח את הפוטנציאל המלא של יישומי הרשת שלכם. מעיבוד תמונה ועד ניתוח נתונים והזרמת נתונים בזמן אמת, Web Workers יכולים לטפל במגוון רחב של משימות ביעילות וביעילות. על ידי הבנת העקרונות ושיטות העבודה המומלצות של יישום Web Worker, תוכלו ליצור יישומי רשת בעלי ביצועים גבוהים העונים על דרישות המשתמשים של ימינו.

    זכרו לשקול היטב את ההשלכות האבטחתיות של שימוש ב-Web Workers, במיוחד בעת שימוש ב-SharedArrayBuffer. בצעו תמיד סניטציה לנתוני קלט והטמיעו טיפול שגיאות חזק למניעת פגיעויות.

    ככל שטכנולוגיות הרשת ממשיכות להתפתח, Web Workers יישארו כלי חיוני למפתחי רשת. על ידי שליטה באמנות העיבוד ברקע, תוכלו ליצור יישומי רשת מהירים, רספונסיביים ומרתקים עבור משתמשים ברחבי העולם.