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使用 Web Workers 提高 web 应用程序可用性

Wei (Marshall) Shi, 软件开发人员, IBM

Wei Shi (Marshall) 是 IBM 中国实验室 IBM Lotus Mashups UI 开发团队的软件工程师。他主要研究 Web 2.0 技术，并且具有超过两年的相关项目经验。

Bo Wang, 软件工程师, IBM

Bo Wang 是 IBM China Development Lab 的一名软件工程师。他致力于 IBM Lotus 开发。 Bo 对 Ajax 和 Web 2.0 应用程序开发比较感兴趣。

简介： Web Workers，一个新的 JavaScript 编程模型，可以提高您 web 应用程序的交互性。有了它您就可以以一种多线程方法运行 JavaScript，而且可以在后台运行脚本而不依赖任何用户界面脚本。本文介绍了 Web Workers，并引导您了解一个实践示例，向您展示如何将 Web Workers 运用到您的 web 应用程序中。

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发布日期： 2011 年 11 月 02 日
级别： 中级
原创语言： 英文
访问情况： 6283 次浏览
评论：

简介

随着 Ajax 和 Web 2.0 应用程序的出现，终端用户被快速响应的 web 应用程序宠坏了。要让 web 应用程序响应得更快，瓶颈一定要解决。瓶颈包括 JavaScript 和后台 I/O 庞大的计算量，这需要从主 UI 显示流程中移除，交给 Web Workers 处理。

Web Workers 规范提供不依赖任何用户界面脚本在后台运行脚本的能力。长期运行脚本不会被响应单击或其他用户交互的脚本中断。Web Workers 允许执行长期任务，同时也不影响页面响应。

Web Workers 出现之前，JavaScript 是现代 web 应用程序的核心。JavaScript 和 DOM 本质上都是单线程的：在任何时间都只能执行一个 JavaScript 方法。即使您的计算机有 4 个内核，在进行长期计算时，也只有一个内核比较繁忙。例如，您在计算到达月球的最佳轨道时，您的浏览器不能渲染一个显示轨迹的动画，以及 — 同时 — 对用户事件作出响应（比如鼠标单击或键盘输入）。

Web Workers 打破了传统 JavaScript 的单线程模式，引入了多线程编程模式。一个 worker 是一个独立的线程。有多个任务需要处理的 web 应用程序不再需要逐个处理任务。反之，应用程序可以将任务分配给不同的 workers。

在本文中，您将学习 Web Workers API。一个实例引导您逐步使用 Web Workers 来构建一个 web 页面。

从下面的下载表格下载本文示例的源代码。

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基本概念

Web Workers 的基本组成：

Worker: 一个新线程，在后台运行，不会阻塞任何主用户界面脚本（作为后台脚本被调用）。Workers 是相对重量级的，不要大规模使用。
一个 worker 可以执行不少任务，包括并行计算、后台 I/O、以及客户端数据库操作。worker 不应该中断主 UI 或直接操作 DOM；它应该向主线程返回一个消息，并让主线程更新主 UI。
Subworker: 在一个 worker 中创建的 worker。Subworkers 必须与父页面同根同源。subworkers 的 URI 是根据父 worker 的地址而不是自己页面地址确定的。
Shared worker: 一个可以被多个页面通过多个连接所使用的 worker，共享 worker 和普通 worker 的工作方式略有不同，只有一小部分浏览器支持这一特性。

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Web Workers API

本小节介绍 Web Workers API 的基本概念.

创建一个 worker

要创建一个新 worker，您只需要调用 worker 构造函数，worker 脚本 URL 是惟一参数。worker 创建完成的同时启动一个新线程（或者可能是一个新进程，根据您浏览的实现而定）。

worker 完成工作或者遇到一个错误时，您可以使用作业实例的 onmessage 和 onerror 属性从 worker 获取通知。清单 1 是一个样例 worker。

清单 1. 样例 worker myWorker.js

				
 // receive a message from the main JavaScript thread
onmessage = function(event) {
// do something in this worker
var info = event.data;
postMessage(info + “ from worker!”);
};

如果您运行清单 2 中的 JavaScript 代码，您将得到 “Hello World from worker” 。

清单 2. 主 JavaScript 线程中的 Worker

				
// create a new worker
var myWorker = new Worker("myWorker.js");
// send a message to start the worker
var info = “Hello World”;
myWorker.postMessage(info);
// receive a message from the worker
myWorker.onmessage = function (event) {
// do something when receiving a message from worker
alert(event.data);
};

终止 worker

一个 worker 是一个线程，是一个高资源消耗的 OS 级对象。当分配给 worker 的任务完成后，或者想要终止时，调用 worker 的 terminate 方法来终止正在运行的 worker。worker 线程或进程即可终止，没有机会完成它的操作以及自身清理。清单 3 是一个示例。

清单 3. 终止 myWorker

				
myWorker.terminate();

错误处理

和普通 JavaScript 代码类似，运行时错误也可出现在运行的 worker 中。要处理这些错误，您需要为 worker 建立 onerror 处理程序，如果在脚本运行期间出现错误，将会调用该处理程序。要防止发生默认活动，worker 可以调用 worker 错误事件的 preventDefault() 方法。

清单 4. 为 myWorker 添加错误句柄

				
myWorker.onerror = function(event){
console.log(event.message);
console.log(event.filename);
console.log(event.lineno);
}

错误事件有以下 3 个字段，可能对调试有帮助：

message：一个人们可读的错误消息
filename：出现错误消息的脚本文件的名称
lineno：出现错误消息的脚本文件的行数

导入脚本和库

Worker 线程可以访问一个全局函数，importScripts()，该函数支持将脚本和数据库导入它们的作用域。它可以不接收参数，也可以接收多个要导入的资源的 URL 作为参数。

清单 5. 导入脚本

				
//import nothing
importScripts();
//import just graph.js
importScripts('graph.js');
//import two scripts
importScripts('graph.js', 'controller.js');

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使用 Web Workers

本小节简要介绍 Web Workers 的一个实际用例。该示例包括显示一个含有多个基于 Dojo 的 Website Displayer 小部件的页面。这些小部件过去通常使用 iFrame 来显示一个网站。没有 Web Workers 时，您必须通过 Ajax 请求来获取小部件定义，然后在一个独立的 JavaScript 线程中显示它们。如果小部件定义含有大量数据，这个过程是非常慢的。

该示例创建一些 workers 来获取小部件定义。每个 worker 的任务是获取一个小部件定义，而且负责通知主 UI JavaScript 线程来显示它，这是一个较快的解决方案。

该示例用的是 Dojo 1.4。如果您想在您的浏览器中运行该示例，下载本文所使用的 Dojo 库（见参考资料）和源代码（见下载）。图 1 展示了示例应用程序的结构。

图 1. Web Workers 应用程序
'Web Workers' 目录下目录结构的屏幕截图

在图 1 中：

lib 是一个 dojo 库。
/widgets/WebsiteDisplayer.js 是一个基于 dojo 的 Website Displayer 小部件实现。
/loadwidget/widgets/widgetDefinition[0....3] 是每个 Website Displayer 小部件的定义。
/loadwidget/Workers.js 是 worker 实现。
/loadwidget/XMLHttpRequest.js 是一个 js 库，含有一个创建 XMLHttpRequst 的方法。
/loadwidget/LoadWidget.html 是带有激活的 Web Workers 的演示的主页面，它将会是主 JavaScript 线程。
/loadwidget/LoadWidget-none-web-workers.html 是在没有 Web Workers 的情况下实现的主页面。

创建一个 Website Displayer 小部件

Website Displayer 小部件是一个非常简单的基于 Dojo-TitlePane-dijit 的小部件。它将显示一个规范化标题栏的 UI，如图 2 所示。

图 2. Website Displayer 小部件
Website Displayer 小部件的屏幕截图，标题栏为 ‘Load Widget Use Web Workers’

清单 6 是 WebsiteDisplayer.js 的代码。

清单 6. WebsiteDisplayer.js 的内容

				
dojo.require("dijit._Widget");
dojo.require("dijit._Templated");
dojo.require("dijit.TitlePane");

dojo.declare("loadWidget.WebsiteDisplayer", [dijit.TitlePane], {
    title: "",
    url: "",
    postCreate: function() {
	var ifrm = dojo.create("iframe", {
           src: this.url,
	    style: "width:100%;height:20%;"
	});
	dojo.place(ifrm, this.domNode.children[1], "first");
	this.inherited(arguments);
	var contentFrame = this.domNode.children[1].children[0];
	if (contentFrame.attachEvent) {
	    contentFrame.attachEvent("onload",
		function() {
		    dojo.publish("frameEvent/loaded");
		}
	    );
	} else {
	    contentFrame.onload = function() {
		dojo.publish("frameEvent/loaded");
	    };
	}
    }
});

创建一个 worker

要实现 worker.js，导入一个全局 JavaScript 文件 XMLHttpRequest.js，其中含有全局方法 creatXMLHTTPRequest。该方法将返回一个 XMLHttpRequest 对象。

worker 主要将 XMLHttpRequest 发送到服务器端，然后检索小部件定义返回给主线程。清单 7 和清单 8 展示了一个示例。

清单 7. Worker.js 的内容

				
importScripts("XMLHttpRequest.js");

onmessage = function(event) {
  var xhr = creatXMLHTTPRequest();
  xhr.open('GET', 'widgets/widgetDefinition' + event.data + '.xml', true);
  xhr.send(null);
  xhr.onreadystatechange = function() {
    if (xhr.readyState == 4) {
      if (xhr.status == 200 || xhr.status ==0) {
	 postMessage(xhr.responseText);
      } else {
	 throw xhr.status + xhr.responseText;
      }
    } 
  }
}

清单 8. widgetDefinition0.xml

				
<div dojoType="loadWidget.WebsiteDisplayer" title="This is Test Widget 0"
   url="http://www.yahoo.com" ></div>

创建主 web 页

主 web 页就是您进行这些操作的地方：创建几个 workers；发送消息到 workers 并启动 workers；从 workers 中检索消息；使用检索的消息操作主 UI。

清单 9. 主 web 页

				
<html>
    <head>
        <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8">
        <title>
            Load widgets with Web Workers
        </title>
        <style type="text/css">
            @import "../lib/dijit/themes/soria/soria.css";
	    @import "../lib/dojo/resources/dojo.css";
	    @import "../lib/dojox/layout/resources/GridContainer.css";
            @import "../lib/dojox/layout/resources/DndGridContainer.css"
        </style>
        <script type="text/javascript" src="../lib/dojo/dojo.js" 
           djConfig="parseOnLoad: true,isDebug:true">
        </script>
        <script>
            dojo.require("dojo.parser");
            dojo.require("dojo.io.script");
	     dojo.require("dojox.layout.GridContainer");
            dojo.require("dijit.layout.LayoutContainer");
            dojo.require("dijit.TitlePane");
            dojo.require("dojox.layout.DragPane");
            dojo.registerModulePath("loadWidget", "../../loadWidget");
            dojo.require("loadWidget.WebsiteDisplayer");
	</script>
	<script type="text/javascript" language="javascript">
            var workersCount = 4;
            var haveLoadedCount = 0;
            var widgetCount = 4;
            var startTime = new Date().getTime();
            var endTime = null;
            var executeTime = 0;
            try {
                for (var i = 0; i < workersCount; i++) {
                    var loadWorker = new Worker("Worker.js");
                    loadWorker.postMessage(i);
                    loadWorker.onmessage = processReturnWidgetDefinition;
					loadWorker.onerror = handleWorkerError;
                }
            } catch(ex) {
                console.log(ex);
            }
			
            function processReturnWidgetDefinition(event) {
                var txt = document.createElement("p");
                txt.innerHTML = event.data;
                var div = document.getElementById("loadingDiv");
                div.appendChild(txt);
                haveLoadedCount++;
                if (haveLoadedCount == widgetCount) {
                    dojo.parser.parse();
                }
            }
			
	     function handleWorkerError(event){
		  console.log(event.message);
	     }
			
            dojo.subscribe("frameEvent/loaded", dojo.hitch(null, handelFrameLoaded));

            function handelFrameLoaded() {
                if (haveLoadedCount == widgetCount) {
                    endTime = new Date().getTime();
                    executeTime = endTime - startTime;
                    dojo.byId("loading").innerHTML = "Loading cost time:" + executeTime;
                }
            }
        </script>
    </head>
	
    <body class="soria">
       <div dojoType="dijit.TitlePane" title="Load widgets with Web Workers" 
          style="border: 2px solid black; padding: 10px;"
        id="main">
            <div id="loadingDiv">
                <div id="loading">
                    Widgets are loading......
                </div>
            </div>
        </div>
    </body>
	
</html>

将这个主页面嵌入到一个 web 应用程序中，然后运行它。结果如图 3 所示。

图 3. 使用 Web Workers 加载小部件
3 个小部件的屏幕截图，展示 3 个不同网站

想要查看使用 Web Workers 和不使用 Web Workers 的区别，分别运行 LoadWidget.html 和 LoadWidget-none-web-workers.html，然后查看结果。注意，在这里没有运行 Web Workers 的页面比运行 Web Workers 的页面完成得要快，这是因为代码样例处理的数据太少。实际上，节省的时间平衡了启动 worker 的成本。

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使用 Web Workers 技巧

上面的示例只涉及 XMLHttpRequest 和计算；不是很大也不复杂。如果您让 worker 处理更复杂的任务，比如处理大量计算，它将会是一个功能强大的特性。在将这个很酷的技术运用到您的项目之前，了解一些使用技巧。

在 workers 中不能访问 DOM

为了安全，workers 不能直接对 HTML 进行操作。同一 DOM 上的多线程操作可能会引发线程安全问题。优势是您不再担忧 worker 实现中的多线程安全问题。

这在开发 worker 时有一些局限性，您不能在 worker 中调用 alert()，这是一个非常流行的调试 JavaScript 代码的方法。您也不能调用 document.getElementById()，因为它只能检索和返回变量（可能是字符串、数组、JSON 对象，等等）。

worker 中可用的对象

尽管 worker 不能访问 window 对象，但可以直接访问 navigator。您也可以在 navigator 对象中访问 appName、appVersion、platform 和 userAgent。

location 对象可以以只读方式访问。您可以在 location 对象中获取 hostname 和 port。

在 worker 中也支持 XMLHttpRequest，如本文示例所示。有了这一特性，您就可以将大量感兴趣的扩展添加到 worker 中。

此外还有：

importScripts() 方法（在同一个域上访问脚本文件）
JavaScript 对象，比如 Object、Array、Date、Math 和 String
setTimeout() 和 setInterval() 方法

postMessage 中携带的数据类型

postMessage 的使用十分频繁，因为它是主 JavaScript 线程的主要方法，用于和 workers 交互。然而，现在 postMessage 中携带的数据类型仅限于本地 JavaScript 类型，比如，Array、Date、Math、String、JSON 等等。结构复杂的自定义 JavaScript 对象不能被很好地支持。

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下载

描述	名字	大小	下载方法
本文样例代码	source.zip	4KB	HTTP

关于下载方法的信息

参考资料

学习

阅读 Web Workers 规范，了解如何定义一个允许您在您的主页上生产并行运行脚本的后台 workers 的 API。
探究 Dijit Reference Guide。 Dijit 是 Dojo 的 UI Library，作为一个独立的名称空间 dijit 存在。Dijit 需要 Dojo Core. 。
“使用 HTML 5 创建移动 Web 应用程序，第 4 部分：使用 Web Workers 来加速您的移动 Web 应用程序”（developerWorks，2010 年 6 月）了解如何使用 Web Workers 并发现哪些任务最适合它们。
原来的 HTML 5 中，Web Workers API 被分离出去成为独立W3C Web Workers 规范。
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