JavaScript Module Workers: Розкриття потужності фонової обробки

У сфері веб-розробки підтримка чуйного та продуктивного інтерфейсу користувача має першорядне значення. JavaScript, будучи мовою вебу, працює в одному потоці, що може призвести до вузьких місць при обробці обчислювально складних завдань. Саме тут на допомогу приходять JavaScript Module Workers. Module Workers, побудовані на основі Web Workers, пропонують потужне рішення для перенесення завдань у фон, тим самим звільняючи основний потік і покращуючи загальний досвід користувача.

Що таке JavaScript Module Workers?

JavaScript Module Workers — це, по суті, скрипти, які працюють у фоновому режимі, незалежно від основного потоку браузера. Уявіть їх як окремі робочі процеси, які можуть виконувати код JavaScript одночасно, не блокуючи інтерфейс користувача. Вони забезпечують справжній паралелізм у JavaScript, дозволяючи виконувати такі завдання, як обробка даних, маніпулювання зображеннями або складні обчислення, не жертвуючи чуйністю. Ключова відмінність між класичними Web Workers і Module Workers полягає в їхній модульній системі: Module Workers безпосередньо підтримують ES-модулі, спрощуючи організацію коду та керування залежностями.

Навіщо використовувати Module Workers?

Переваги використання Module Workers численні:

• Покращена продуктивність: Перенесіть завдання, що інтенсивно використовують процесор, у фонові потоки, запобігаючи зависанню основного потоку та забезпечуючи плавний досвід користувача.
• Підвищена чуйність: Зберігайте чуйність інтерфейсу користувача навіть під час виконання складних обчислень або обробки даних.
• Паралельна обробка: Використовуйте кілька ядер для одночасного виконання завдань, значно скорочуючи час виконання.
• Організація коду: Module Workers підтримують ES-модулі, що полегшує структурування та підтримку коду.
• Спрощена паралельність: Module Workers забезпечують відносно простий спосіб реалізації паралельності в JavaScript-додатках.

Базова реалізація Module Worker

Давайте проілюструємо базову реалізацію Module Worker на простому прикладі: обчислення n-го числа Фібоначчі.

1. Основний скрипт (index.html)

Цей HTML-файл завантажує основний файл JavaScript (main.js) і містить кнопку для запуску обчислення Фібоначчі.

 


 Обчислити Фібоначчі
 

 

2. Основний файл JavaScript (main.js)

Цей файл створює новий Module Worker і надсилає йому повідомлення, що містить число, для якого потрібно обчислити число Фібоначчі. Він також слухає повідомлення від worker і відображає результат.

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

calculateButton.addEventListener('click', () => {
 const worker = new Worker('worker.js', { type: 'module' });
 const number = 40; // Приклад: обчислити 40-е число Фібоначчі

 worker.postMessage(number);

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

 worker.onerror = (error) => {
 console.error('Помилка worker:', error);
 resultElement.textContent = 'Помилка обчислення Фібоначчі.';
 };
});

3. Файл Module Worker (worker.js)

Цей файл містить код, який буде виконуватися у фоновому режимі. Він слухає повідомлення з основного потоку, обчислює число Фібоначчі та надсилає результат назад.

// 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);
};

Пояснення

• Основний скрипт створює новий екземпляр `Worker`, вказуючи шлях до скрипта worker (`worker.js`) і встановлюючи параметр `type` на `'module'`, щоб вказати, що це Module Worker.
• Потім основний скрипт надсилає повідомлення до worker за допомогою `worker.postMessage()`.
• Скрипт worker прослуховує повідомлення за допомогою `self.onmessage`.
• Коли отримано повідомлення, worker обчислює число Фібоначчі та надсилає результат назад до основного скрипту за допомогою `self.postMessage()`.
• Основний скрипт прослуховує повідомлення від worker за допомогою `worker.onmessage` і відображає результат у `resultElement`.

Шаблони фонової обробки з Module Workers

Module Workers можна використовувати для реалізації різних шаблонів фонової обробки, кожен зі своїми перевагами та випадками використання.

1. Розвантаження завдань

Це найпоширеніший шаблон. Він передбачає просто переміщення обчислювально складних завдань або блокуючих операцій з основного потоку до Module Worker. Це гарантує, що інтерфейс користувача залишатиметься чуйним навіть під час виконання складних операцій. Наприклад, декодування великого зображення, обробка величезного файлу JSON або виконання складних фізичних симуляцій можна перенести до worker.

Приклад: Обробка зображень

Уявіть веб-додаток, який дозволяє користувачам завантажувати зображення та застосовувати фільтри. Обробка зображень може бути обчислювально дорогою, потенційно спричиняючи зависання інтерфейсу користувача. Переносячи обробку зображень до Module Worker, ви можете підтримувати чуйність інтерфейсу користувача, поки зображення обробляється у фоновому режимі.

2. Попередня вибірка даних

Попередня вибірка даних передбачає завантаження даних у фоновому режимі, перш ніж вони дійсно знадобляться. Це може значно покращити сприйняту продуктивність вашої програми. Module Workers ідеально підходять для цього завдання, оскільки вони можуть отримувати дані з сервера або локального сховища, не блокуючи інтерфейс користувача.

Приклад: Деталі продуктів електронної комерції

У додатку електронної комерції ви можете використовувати Module Worker для попередньої вибірки деталей продуктів, які користувач, ймовірно, перегляне наступними, на основі історії переглядів або рекомендацій. Це гарантує, що деталі продуктів будуть доступні, коли користувач перейде на сторінку продукту, що призведе до швидшого та плавного перегляду. Врахуйте, що користувачі в різних регіонах можуть мати різну швидкість мережі. Користувач у Токіо з оптоволоконним Інтернетом матиме зовсім інший досвід, ніж хтось у сільській Болівії з мобільним підключенням. Попередня вибірка може значно покращити досвід для користувачів у зонах з низькою пропускною здатністю.

3. Періодичні завдання

Module Workers можна використовувати для виконання періодичних завдань у фоновому режимі, наприклад, синхронізації даних із сервером, оновлення кешу або запуску аналітики. Це дозволяє підтримувати актуальність вашого додатку, не впливаючи на взаємодію з користувачем. Хоча `setInterval` часто використовується, Module Worker пропонує більше контролю та запобігає потенційному блокуванню інтерфейсу користувача.

Приклад: Фонова синхронізація даних

Мобільному додатку, який зберігає дані локально, може знадобитися періодична синхронізація з віддаленим сервером, щоб забезпечити актуальність даних. Module Worker можна використовувати для виконання цієї синхронізації у фоновому режимі, не перериваючи користувача. Розгляньте глобальну базу користувачів із користувачами в різних часових поясах. Періодичну синхронізацію, можливо, потрібно буде адаптувати, щоб уникнути періодів пікового використання в певних регіонах, щоб мінімізувати витрати на пропускну здатність.

4. Обробка потоків

Module Workers добре підходять для обробки потоків даних у режимі реального часу. Це може бути корисним для таких завдань, як аналіз даних датчиків, обробка потоків відео в реальному часі або обробка повідомлень чату в реальному часі.

Приклад: Додаток чату в реальному часі

У додатку чату в реальному часі Module Worker можна використовувати для обробки вхідних повідомлень чату, виконання аналізу настроїв або фільтрації недоречного контенту. Це гарантує, що основний потік залишається чуйним, а взаємодія в чаті буде плавною та безперебійною.

5. Асинхронні обчислення

Для завдань, які передбачають складні асинхронні операції, наприклад, ланцюжки викликів API або великомасштабні перетворення даних, Module Workers можуть забезпечити виділене середовище для керування цими процесами, не блокуючи основний потік. Це особливо корисно для додатків, які взаємодіють з кількома зовнішніми службами.

Приклад: Агрегація даних з кількох сервісів

Додатку може знадобитися зібрати дані з кількох API (наприклад, погода, новини, ціни акцій), щоб представити комплексну інформаційну панель. Module Worker може обробляти складнощі керування цими асинхронними запитами та консолідувати дані, перш ніж відправити їх назад в основний потік для відображення.

Найкращі практики використання Module Workers

Щоб ефективно використовувати Module Workers, врахуйте наступні найкращі практики:

• Зберігайте невеликі повідомлення: Зменште обсяг даних, переданих між основним потоком і worker. Великі повідомлення можуть звести нанівець переваги продуктивності від використання worker. Розгляньте можливість використання структурованого клонування або об'єктів, що переносяться, для передачі великих обсягів даних.
• Мінімізуйте спілкування: Часте спілкування між основним потоком і worker може створити додаткові накладні витрати. Оптимізуйте свій код, щоб мінімізувати кількість обмінюваних повідомлень.
• Належним чином обробляйте помилки: Впроваджуйте належну обробку помилок як в основному потоці, так і в worker, щоб запобігти несподіваним збоям. Прослуховуйте подію `onerror` в основному потоці, щоб перехоплювати помилки від worker.
• Використовуйте об'єкти, що переносяться: Для передачі великих обсягів даних використовуйте об'єкти, що переносяться, щоб уникнути копіювання даних. Об'єкти, що переносяться, дозволяють переміщати дані безпосередньо з одного контексту в інший, значно покращуючи продуктивність. Прикладами є `ArrayBuffer`, `MessagePort` та `ImageBitmap`.
• Завершуйте worker, коли вони не потрібні: Коли worker більше не потрібен, завершіть його, щоб звільнити ресурси. Використовуйте метод `worker.terminate()` для завершення worker. Невиконання цього може призвести до витоків пам'яті.
• Розгляньте поділ коду: Якщо скрипт вашого worker великий, розгляньте поділ коду, щоб завантажувати лише необхідні модулі під час ініціалізації worker. Це може покращити час запуску worker.
• Ретельно тестуйте: Ретельно протестуйте реалізацію Module Worker, щоб переконатися, що вона працює правильно та забезпечує очікувані переваги продуктивності. Використовуйте інструменти розробника браузера, щоб профілювати продуктивність вашого додатку та визначити потенційні вузькі місця.
• Міркування безпеки: Module Workers працюють в окремій глобальній області видимості, але вони все одно можуть отримувати доступ до таких ресурсів, як файли cookie та локальне сховище. Пам’ятайте про наслідки безпеки під час роботи з конфіденційними даними у worker.
• Рекомендації щодо доступності: Незважаючи на те, що Module Workers покращують продуктивність, переконайтеся, що інтерфейс користувача залишається доступним для користувачів з обмеженими можливостями. Не покладайтеся виключно на візуальні підказки, які можуть оброблятися у фоновому режимі. Надайте альтернативний текст і атрибути ARIA, де це необхідно.

Module Workers проти інших варіантів паралельності

Хоча Module Workers є потужним інструментом для фонової обробки, важливо враховувати інші варіанти паралельності та вибирати той, який найкраще відповідає вашим потребам.

• Web Workers (Класичні): Попередник Module Workers. Вони не підтримують ES-модулі безпосередньо, що ускладнює організацію коду та керування залежностями. Module Workers, як правило, надаються перевагу для нових проектів.
• Service Workers: В основному використовуються для кешування та фонової синхронізації, що забезпечує можливості автономної роботи. Незважаючи на те, що вони також працюють у фоновому режимі, вони призначені для інших випадків використання, ніж Module Workers. Service Workers перехоплюють мережеві запити та можуть відповідати кешованими даними, тоді як Module Workers є більш універсальними інструментами фонової обробки.
• Shared Workers: Дозволяють кільком скриптам з різних джерел отримувати доступ до одного екземпляра worker. Це може бути корисним для спільного використання ресурсів або координації завдань між різними частинами веб-додатка.
• Threads (Node.js): Node.js також пропонує модуль `worker_threads` для багатопоточності. Це схожа концепція, яка дозволяє переносити завдання в окремі потоки. Потоки Node.js, як правило, важчі за Web Workers на основі браузера.

Реальні приклади та тематичні дослідження

Кілька компаній і організацій успішно впровадили Module Workers для покращення продуктивності та чуйності своїх веб-додатків. Ось кілька прикладів:

• Google Maps: Використовує Web Workers (і, можливо, Module Workers для новіших функцій) для обробки рендерингу карт і обробки даних у фоновому режимі, забезпечуючи плавне та чуйне переглядання карт.
• Figma: Інструмент для спільної роботи над дизайном, який значною мірою покладається на Web Workers для обробки складного рендерингу векторної графіки та функцій спільної роботи в режимі реального часу. Module Workers, ймовірно, відіграють певну роль у їх архітектурі на основі модулів.
• Онлайн-відеоредактори: Багато онлайн-відеоредакторів використовують Web Workers для обробки відеофайлів у фоновому режимі, дозволяючи користувачам продовжувати редагування під час рендерингу відео. Кодування та декодування відео дуже вимогливі до процесора та ідеально підходять для workers.
• Наукове моделювання: Веб-додатки, які виконують наукове моделювання, наприклад, прогнозування погоди або молекулярна динаміка, часто використовують Web Workers для перенесення обчислювально складних обчислень у фоновий режим.

Ці приклади демонструють універсальність Module Workers і їхню здатність підвищувати продуктивність різних типів веб-додатків.

Висновок

JavaScript Module Workers забезпечують потужний механізм для перенесення завдань у фоновий режим, покращуючи продуктивність і чуйність додатків. Розуміючи різні шаблони фонової обробки та дотримуючись найкращих практик, ви можете ефективно використовувати Module Workers для створення більш ефективних та зручних веб-додатків. Оскільки веб-додатки стають все більш складними, використання Module Workers стане ще більш важливим для підтримки плавного та приємного досвіду користувача, особливо для користувачів у регіонах з обмеженою пропускною здатністю або на старих пристроях.