Web Workeri: Paralēlās apstrādes atraisīšana JavaScript

Mūsdienu tīmekļa izstrādes vidē ir svarīgi radīt atsaucīgas un efektīvas tīmekļa lietojumprogrammas. Lietotāji sagaida vienmērīgas mijiedarbības un ātru ielādes laiku. Tomēr JavaScript, būdams vienpavedienu, dažkārt var saskarties ar sarežģītiem uzdevumiem, neiesaldējot lietotāja saskarni. Šeit talkā nāk Web Workeri, kas piedāvā veidu, kā izpildīt skriptus fona pavedienos, efektīvi nodrošinot paralēlo apstrādi JavaScript.

Kas ir Web Workeri?

Web Workeri ir vienkāršs līdzeklis tīmekļa saturam, lai izpildītu skriptus fona pavedienos. Tie ļauj veikt uzdevumus paralēli tīmekļa lietojumprogrammas galvenajam izpildes pavedienam, nebloķējot lietotāja saskarni. Tas ir īpaši noderīgi uzdevumiem, kas ir aprēķināšanas ziņā intensīvi, piemēram, attēlu apstrāde, datu analīze vai sarežģīti aprēķini.

Padomājiet par to šādi: jums ir galvenais pavārs (galvenais pavediens), kas gatavo ēdienu (tīmekļa lietojumprogrammu). Ja pavāram viss jādara pašam, tas var aizņemt ilgu laiku, un klienti (lietotāji) var kļūt nepacietīgi. Web Workeri ir kā palīgi, kuri var neatkarīgi veikt noteiktus uzdevumus (fona apstrāde), ļaujot galvenajam pavāram koncentrēties uz vissvarīgākajiem ēdiena gatavošanas aspektiem (lietotāja saskarnes renderēšana un lietotāja mijiedarbība).

Kāpēc izmantot Web Workerus?

Galvenā Web Workeru izmantošanas priekšrocība ir uzlabota tīmekļa lietojumprogrammu veiktspēja un atsaucība. Nododot aprēķināšanas ziņā intensīvus uzdevumus fona pavedieniem, varat novērst galvenā pavediena bloķēšanu, nodrošinot, ka lietotāja saskarne paliek plūstoša un atsaucīga uz lietotāja mijiedarbībām. Šeit ir dažas galvenās priekšrocības:

• Uzlabota atsaucība: Novērš lietotāja saskarnes iesaldēšanu un uztur vienmērīgu lietotāja pieredzi.
• Paralēlā apstrāde: Nodrošina uzdevumu vienlaicīgu izpildi, paātrinot kopējo apstrādes laiku.
• Uzlabota veiktspēja: Optimizē resursu izmantošanu un samazina galvenā pavediena slodzi.
• Vienkāršāks kods: Ļauj sadalīt sarežģītus uzdevumus mazākās, vieglāk pārvaldāmās vienībās.

Web Workeru lietošanas gadījumi

Web Workeri ir piemēroti plašam uzdevumu klāstam, kas var gūt labumu no paralēlās apstrādes. Šeit ir daži izplatīti lietošanas gadījumi:

• Attēlu un video apstrāde: Filtru lietošana, attēlu izmēru maiņa vai video failu kodēšana/dekodēšana. Piemēram, fotoattēlu rediģēšanas vietne varētu izmantot Web Workerus, lai lietotu sarežģītus filtrus attēliem, nepalēninot lietotāja saskarni.
• Datu analīze un aprēķini: Sarežģītu aprēķinu, datu manipulācijas vai statistiskās analīzes veikšana. Apsveriet finanšu analīzes rīku, kas izmanto Web Workerus, lai veiktu reāllaika aprēķinus par akciju tirgus datiem.
• Fona sinhronizācija: Datu sinhronizācijas apstrāde ar serveri fonā. Iedomājieties kopīgu dokumentu redaktoru, kas izmanto Web Workerus, lai automātiski saglabātu izmaiņas serverī, netraucējot lietotāja darba plūsmu.
• Spēļu izstrāde: Spēļu loģikas, fizikas simulāciju vai AI aprēķinu apstrāde. Web Workeri var uzlabot sarežģītu pārlūkprogrammā balstītu spēļu veiktspēju, apstrādājot šos uzdevumus fonā.
• Koda sintakses izcelšana: Koda izcelšana koda redaktorā var būt CPU intensīvs uzdevums. Izmantojot web workerus, galvenais pavediens paliek atsaucīgs un lietotāja pieredze ir ievērojami uzlabota.
• Ray tracing un 3D renderēšana: Šie procesi ir ļoti aprēķināšanas ziņā intensīvi un ir ideāli piemēroti kandidāti, lai tos darbinātu ar workeru.

Kā darbojas Web Workeri

Web Workeri darbojas atsevišķā globālā tvērumā no galvenā pavediena, kas nozīmē, ka tiem nav tiešas piekļuves DOM vai citiem ne-vītņu drošiem resursiem. Saziņa starp galveno pavedienu un Web Workeriem tiek panākta, izmantojot ziņojumu pārsūtīšanu.

Web Workera izveide

Lai izveidotu Web Workeri, vienkārši izveidojiet jaunu Worker objektu, norādot darbinieka skripta ceļu kā argumentu:

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

              
                Copy
              
            
          

worker.js ir atsevišķs JavaScript fails, kas satur kodu, kas jāizpilda fona pavedienā.

Saziņa ar Web Workeru

Saziņa starp galveno pavedienu un Web Workeru notiek, izmantojot postMessage() metodi un onmessage notikumu apstrādātāju.

Ziņojuma nosūtīšana Web Workeram:

            worker.postMessage({ task: 'calculateSum', numbers: [1, 2, 3, 4, 5] });
            

              
                Copy
              
            
          

Ziņojuma saņemšana Web Workerā:

            self.onmessage = function(event) {
  const data = event.data;
  if (data.task === 'calculateSum') {
    const sum = data.numbers.reduce((a, b) => a + b, 0);
    self.postMessage({ result: sum });
  }
};

            

              
                Copy
              
            
          

Ziņojuma saņemšana galvenajā pavedienā:

            worker.onmessage = function(event) {
  const data = event.data;
  console.log('Result from worker:', data.result);
};

            

              
                Copy
              
            
          

Web Workera pārtraukšana

Kad esat pabeiguši ar Web Workeru, ir svarīgi to pārtraukt, lai atbrīvotu resursus. To var izdarīt, izmantojot terminate() metodi:

            worker.terminate();
            

              
                Copy
              
            
          

Web Workeru veidi

Ir dažādi Web Workeru veidi, katram ar savu specifisko lietošanas gadījumu:

• Veltītie darbinieki (Dedicated Workers): Saistīti ar vienu skriptu un pieejami tikai tam skriptam. Tie ir visizplatītākais Web Workeru tips.
• Kopīgie darbinieki (Shared Workers): Pieejami vairākiem skriptiem no dažādiem avotiem. Tie prasa sarežģītāku iestatīšanu un ir piemēroti scenārijiem, kur vairākiem skriptiem ir jākoplieto viens darbinieks.
• Pakalpojumu darbinieki (Service Workers): Darbojas kā starpniekserveri starp tīmekļa lietojumprogrammām, pārlūkprogrammu un tīklu. Tos parasti izmanto kešošanai un bezsaistes atbalstam. Pakalpojumu darbinieki ir īpašs Web Workeru tips ar uzlabotām iespējām.

Piemērs: Attēlu apstrāde ar Web Workeriem

Parādīsim, kā Web Workerus var izmantot attēlu apstrādes veikšanai fonā. Pieņemsim, ka jums ir tīmekļa lietojumprogramma, kas ļauj lietotājiem augšupielādēt attēlus un lietot filtrus. Sarežģīta filtra lietošana galvenajā pavedienā var iesaldēt lietotāja saskarni, kā rezultātā lietotāja pieredze ir slikta. Web Workeri var palīdzēt atrisināt šo problēmu.

HTML (index.html):

            <input type="file" id="imageInput">
<canvas id="imageCanvas"></canvas>
            

              
                Copy
              
            
          

JavaScript (script.js):

            const imageInput = document.getElementById('imageInput');
const imageCanvas = document.getElementById('imageCanvas');
const ctx = imageCanvas.getContext('2d');

const worker = new Worker('imageWorker.js');

imageInput.addEventListener('change', function(e) {
  const file = e.target.files[0];
  const reader = new FileReader();

  reader.onload = function(event) {
    const img = new Image();
    img.onload = function() {
      imageCanvas.width = img.width;
      imageCanvas.height = img.height;
      ctx.drawImage(img, 0, 0);
      const imageData = ctx.getImageData(0, 0, img.width, img.height);

      worker.postMessage({ imageData: imageData, width: img.width, height: img.height });
    };
    img.src = event.target.result;
  };
  reader.readAsDataURL(file);
});

worker.onmessage = function(event) {
  const processedImageData = event.data.imageData;
  ctx.putImageData(processedImageData, 0, 0);
};

            

              
                Copy
              
            
          

JavaScript (imageWorker.js):

            self.onmessage = function(event) {
  const imageData = event.data.imageData;
  const width = event.data.width;
  const height = event.data.height;

  // Apply a grayscale filter
  for (let i = 0; i < imageData.data.length; i += 4) {
    const avg = (imageData.data[i] + imageData.data[i + 1] + imageData.data[i + 2]) / 3;
    imageData.data[i] = avg; // Red
    imageData.data[i + 1] = avg; // Green
    imageData.data[i + 2] = avg; // Blue
  }

  self.postMessage({ imageData: imageData });
};

            

              
                Copy
              
            
          

Šajā piemērā, kad lietotājs augšupielādē attēlu, galvenais pavediens nosūta attēla datus Web Workeram. Web Workers lieto pelēko toņu filtru attēla datiem un nosūta apstrādātos datus atpakaļ uz galveno pavedienu, kas pēc tam atjaunina audeklu. Tas uztur lietotāja saskarni atsaucīgu pat lielākiem attēliem un sarežģītākiem filtriem.

Labākā prakse Web Workeru izmantošanai

Lai efektīvi izmantotu Web Workerus, apsveriet šādas labākās prakses:

• Saglabājiet Worker skriptus vieglus: Izvairieties iekļaut nevajadzīgas bibliotēkas vai kodu savos darbinieku skriptos, lai samazinātu darbinieku izveides un inicializācijas izmaksas.
• Optimizējiet saziņu: Samaziniet datu apjomu, kas tiek pārsūtīts starp galveno pavedienu un darbiniekiem. Izmantojiet pārsūtāmos objektus, kad vien iespējams, lai izvairītos no datu kopēšanas.
• Apstrādājiet kļūdas gracefully: Ieviesiet kļūdu apstrādi savos darbinieku skriptos, lai novērstu negaidītus sabrukumus. Izmantojiet onerror notikumu apstrādātāju, lai uztvertu kļūdas un atbilstoši tās reģistrētu.
• Pārtrauciet darbiniekus, kad tie vairs nav nepieciešami: Pārtrauciet darbiniekus, kad tie vairs nav nepieciešami, lai atbrīvotu resursus.
• Apsveriet pavedienu kopu: Ļoti CPU intensīviem uzdevumiem apsveriet pavedienu kopas ieviešanu. Pavedienu kopa atkārtoti izmantos esošās darbinieku instances, lai izvairītos no atkārtotas darbinieku objektu izveidošanas un iznīcināšanas izmaksām.

Web Workeru ierobežojumi

Lai gan Web Workeri piedāvā ievērojamas priekšrocības, tiem ir arī daži ierobežojumi:

• Ierobežota DOM piekļuve: Web Workeri nevar tieši piekļūt DOM. Tie var sazināties ar galveno pavedienu tikai, izmantojot ziņojumu pārsūtīšanu.
• Nav piekļuves loga objektam: Web Workeriem nav piekļuves window objektam vai citiem globālajiem objektiem, kas pieejami galvenajā pavedienā.
• Failu piekļuves ierobežojumi: Web Workeriem ir ierobežota piekļuve failu sistēmai.
• Debugošanas problēmas: Web Workeru debugošana var būt sarežģītāka nekā koda debugošana galvenajā pavedienā. Tomēr mūsdienu pārlūkprogrammu izstrādātāju rīki nodrošina atbalstu Web Workeru debugošanai.

Alternatīvas Web Workeriem

Lai gan Web Workeri ir spēcīgs rīks paralēlai apstrādei JavaScript, ir alternatīvas pieejas, kuras varētu apsvērt atkarībā no jūsu specifiskajām vajadzībām:

• requestAnimationFrame: Izmanto animāciju un citu vizuālo atjauninājumu plānošanai. Lai gan tas nenodrošina patiesu paralēlo apstrādi, tas var palīdzēt uzlabot uztverto veiktspēju, sadalot uzdevumus mazākos gabalos, ko var izpildīt pārlūkprogrammas pārkrāsošanas ciklā.
• setTimeout un setInterval: Izmanto uzdevumu plānošanai, kas jāizpilda pēc noteikta laika vai regulāri. Šīs metodes var izmantot, lai atbrīvotu uzdevumus no galvenā pavediena, taču tās nenodrošina patiesu paralēlo apstrādi.
• Asinhronās funkcijas (async/await): Izmanto asinhronā koda rakstīšanai, kas ir vieglāk lasāms un kopjams. Asinhronās funkcijas nenodrošina patiesu paralēlo apstrādi, taču tās var palīdzēt uzlabot atsaucību, ļaujot galvenajam pavedienam turpināt izpildi, kamēr tiek gaidītas asinhronās darbības.
• OffscreenCanvas: Šis API nodrošina audeklu, ko var renderēt atsevišķā pavedienā, ļaujot nodrošināt vienmērīgākas animācijas un grafiski intensīvas darbības.

Nobeigums

Web Workeri ir vērtīgs rīks tīmekļa lietojumprogrammu veiktspējas un atsaucības uzlabošanai, nodrošinot paralēlo apstrādi JavaScript. Nododot aprēķināšanas ziņā intensīvus uzdevumus fona pavedieniem, jūs varat novērst galvenā pavediena bloķēšanu, nodrošinot vienmērīgu un atsaucīgu lietotāja pieredzi. Lai gan tiem ir daži ierobežojumi, Web Workeri ir spēcīga tehnika tīmekļa lietojumprogrammu veiktspējas optimizēšanai un saistošākas lietotāja pieredzes radīšanai.

Tā kā tīmekļa lietojumprogrammas kļūst arvien sarežģītākas, paralēlās apstrādes nepieciešamība tikai turpinās pieaugt. Izprotot un izmantojot Web Workerus, izstrādātāji var radīt efektīvākas un atsaucīgākas lietojumprogrammas, kas atbilst mūsdienu lietotāju prasībām.

Tālākā mācīšanās

• <a href="https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/Web_Workers_API">MDN Web Workers API</a>
• <a href="https://www.html5rocks.com/en/tutorials/workers/basics/">HTML5 Rocks: Vienkāršs Worker piemērs</a>
• <a href="https://javascript.info/web-workers">JavaScript.info: Web Workeri</a>