本文是我翻译《JavaScript Concurrency》书籍的第五章 使用 Web Workers，该书主要以 Promises、Generator、Web workers 等技术来讲解 JavaScript 并发编程方面的实践。
完整书籍翻译地址：https://github.com/yzsunlei/javascript_concurrency_translation。由于能力有限，肯定存在翻译不清楚甚至翻译错误的地方，欢迎朋友们提 issue 指出，感谢。
Web workers 在 Web 浏览器中实现了真正的并发。它们花了很多时间改进，现在已经有了很好的浏览器支持。在 Web workers 之前，我们的 JavaScript 代码局限于 CPU，我们的执行环境在页面首次加载时启动。Web workers 发展起来后 – Web 应用程序越来越强大。他们也开始需要更多的计算能力。与此同时，多核 CPU 现在很常见 – 即使是在一些低端设备上。
在本章中，我们将介绍 Web workers 的思想，以及它们如何与我们努力在应用中实现的并发性原则产生关联。然后，将通过示例学习如何使用 Web worker，以便在本书的后面部分，我们可以开始将并发与我们已经探索过的其他一些想法联系起来，例如 promises 和 generators。
什么是 Web workers？
在深入研究实现示例之前，本节将简要介绍 Web workers 的概念。搞清楚 Web workers 如何与引擎下的其他系统协作的。Web workers 是操作系统线程 – 我们可以调度事件的对象，它们以真正的并发范式来执行我们的 JavaScript 代码。
OS 线程
从本质上讲，Web workers 只不过是操作系统级线程。线程有点像进程，除了它们需要更少的开销，因为它们与创建它们的进程共享内存地址。由于为 Web workers 提供支持的线程处于操作系统级别，因此受系统及其进程调度程序的管理。实际上，这正是我们想要的 – 让内核清楚我们的 JavaScript 代码应该什么时候运行，这样才能充分地利用 CPU。
下面的示图展示了浏览器如何将其 Web workers 映射到 OS 线程，以及这些线程如何映射到 CPU 上：
在日常活动结束时，操作系统最好能放下其他任务来负责它擅长的 – 处理物理硬件上的软件任务调度。在传统的多线程编程环境中，代码更接近操作系统内核。Web workers 不是这种情况。虽然底层机制是一个线程，但是暴露的编程接口看起来更像是你可能在 DOM 中查找的东西。
事件对象
Web workers 实现了熟悉的事件对象接口。这使得 Web workers 的行为类似于我们使用的其他组件，例如 DOM 元素或 XHR 请求。Web workers 触发事件，这就是我们在主线程中从他们那里接收数据的方式。我们也可以向 Web workers 发送数据，这使用一个简单的方法调用。
当我们将数据传递给 Web workers 时，我们实际上会触发另一个事件；只有这时候，它位于 Web workers 的执行上下文中，而不是在主页面的执行上下文。没有更多的事情要处理：数据输入，数据输出。没有互斥结构或任何此类结构。这实际上是一件好事，因为作为平台的 Web 浏览器已经有许多模块。想象一下，如果我们投入很复杂的多线程模型而不是一个简单的基于事件对象的方法。我们每天已经有足够多的 bugs 需要处理。
以下是关于 Web worker 排布的样子，相对于生成这些 Web workers 的主线程：
真正的并发
Web workers 是在我们的架构中实现并发原则的方法。我们知道，Web workers 是操作系统线程，这意味着在它们内部运行的 JavaScript 代码可能在与主线程中的某些 DOM 事件处理程序代码相同的实例上运行。能够做这样的事情已经在很长一段时间成为 JavaScript 程序员的目标了。在 Web workers 之前，真正的并发性是不可能的。我们所做的最好的就是模拟它，给用户一种许多事情同时发生的的假象。
但是，始终在同一 CPU 内核上运行是存在问题的。我们从根本上限制了在给定时间窗口内可以执行多少次计算。当引入真正的并发性时，此限制会被打破，因为可以运行计算的时间窗口会随着添加的 CPU 而增加。
话虽这么说，对于我们的应用程序所做的大多数事情，单线程模型工作的也很好。现在的机器都很强大。我们可以在很短的时间内完成很多工作。当我们临近峰值时会出现问题。这些可能是一些事件中断了我们代码处理进程。我们的应用程序不断被要求做得更多 – 更多功能，更多数据。
Web workers 所关心的就是我们可以更好地利用我们面前的硬件的方法。Web workers，如果使用得当，它不一定是我们在项目中永远不会使用的不可逾越的新东西，因为它的概念超出我们之前的理解。
workers 的种类
在开发并发 JavaScript 应用程序中，我们可能会见到三种类型的 Web workers。在本节中，我们将比较这三种类型，以便可以了解在给定的上下文中哪种类型的 workers 更有用。
专用 workers
专用 workers 可能是最常见的 workers 类型。它们被作为是 Web worker 的默认类型。当我们的页面创建一个新的 Web worker 时，它专门用于页面的执行上下文而不是其他内容。当我们的页面销毁时，页面创建的所有专用 workers 也会销毁。
页面与其创建的任何专用 worker 之间的通信方式非常简单。该页面将消息发送给 workers，workers 又将消息发回页面。这些消息的顺序取决于我们尝试使用 Web worker 解决的问题。我们将在本书中深入研究这些消息传递模式。
术语主线程和页面在本书中是同义词。主线程是典型的执行上下文，我们可以在这里操作页面并监听输入。
Web worker 上下文基本相同，但只能访问较少的 Web 组件。我们将很快讨论这些限制。
以下是页面与专用 workers 通信的描述：
正如我们所看到的那样，专用 workers 是专注的。它们仅用来服务创建它们的页面。他们不直接与其他 Web workers 通信，也无法与任何其他页面进行通信。
子 workers
子 workers 与专用 workers 非常相似。主要区别在于它们是由专门的 Web worker 创建的，而不是由主线程创建的。例如，如果专用 workers 的任务可以从并发执行中受益，则可以生成子 workers 并协调子 workers 之间的任务执行。
除了拥有不同的创建者之外，子 workers 还具有一些与专用 workers 相同的特征。子 workers 不直接与主线程中运行的 JavaScript 通信。由创建它们的 worker 来协调他们的通信。以下有张示图，说明子 workers 如何按照约定来运行的：
共享 workers
第三类 Web worker 被称为一个共享 worker。共享 workers 被如此命名是因为多个页面可以共享这种类型 worker 的同一个实例。在该页面可以访问一个给定的共享 workers 实例由同源策略所限制，这意味着，如果一个页面跟这个 worker 不同域，该 worker 是不被允许与此页面通信的。
共享 workers 解决的问题与专用 workers 解决的问题不同。将专用 workers 视为没有副作用的函数。你将数据传递给它们并获得不同的返回数据。将共享 workers 视为遵循单例模式的应用程序对象。它们是在不同上下文之间共享状态的方法。因此，例如，我们不会仅仅为了处理数字而创建一个共享 worker; 我们可以使用一个专用 worker。
当内存中的应用程序数据来自同一应用程序的其他页面时，我们使用共享 workers 就有意义了。想想用户在新选项卡中打开链接。这将创建一个新的上下文。这也意味着我们的 JavaScript 组件需要经历获取页面所需的所有数据，执行所有初始化步骤等过程。这造成重复和浪费。为什么不通过在不同的浏览上下文之间共享的方式来保存这些资源呢？以下有个示图说明来自同一应用程序的多个页面与共享 workers 实例通信：
实际上还有第四种类型称为服务 workers。这些是共享 worker，其中包含与缓存网络资源和脱机功能相关的其他功能。服务 workers 仍处于规范的早期阶段，但他们看起来很有意义。如果服务 workers 成为可行的 Web 技术，我们今天了解的关于共享 workers 的任何内容都将适用于服务 workers。
这里要考虑的另一个重要因素是服务 workers 的复杂性。主线程和服务 worker 之间的通信机制涉及使用端口。同样，在共享 workers 中运行的代码需要确保它通过正确的端口进行通信。我们将在本章后面更深入地介绍共享 workers 的通信。
Web workers 环境
Web worker 环境与我们的代码通常运行的 JavaScript 环境不同。在本节中，我们将指出主线程的 JavaScript 环境与 Web worker 线程之间的主要区别。
什么是可用的，什么不是？
对 Web workers 的一个常见误解是，它们与默认的 JavaScript 执行上下文完全不同。确实，他们是不同的，但没有那么不同以至于没有可比性。也许，正是由于这个原因，JavaScript 开发人员在可能的时候回避使用 Web worker 是有好处的。
明显的差距是 DOM – 它在 Web worker 执行环境中不存在。它不存在是规范起草者有意识决定的。通过避免 DOM 集成到 worker 线程中，浏览器提供商可以避免许多潜在的特殊情况。我们都非常重视浏览器的稳定性，或者至少我们应该重视。从 Web worker 那里获取 DOM 访问权限真的很方便吗？我们将在本书接下来的几章中看到，workers 擅长许多其他任务，这些任务最终有助于成功实现并发原则。
由于我们的 Web worker 代码没有 DOM 访问权限，因此我们不太可能自找麻烦。它实际上迫使我们去思考为什么我们要使用 Web workers。我们实际上可能退后一步，重新思考我们的方法。除了 DOM 之外，我们日常使用的大部分功能权限都有，这正是我们所期望的。这包括在 Web workers 中使用我们喜欢的类库。
有关 Web worker 执行环境中缺少功能的更详细分类，请参阅此页面
https：//developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/Worker/Functions_and_classes_available_to_workers。
加载脚本
我们绝不会将整个应用程序编写在一个 JavaScript 文件中。相反，我们通过将源代码划分为文件的方式来便于模块化，从逻辑上可以将设计分解为我们想映射的内容。同样，我们可能不希望有由数千行代码组成的 Web workers。幸运的是，Web worker 提供了一种机制，允许我们将代码导入到我们的 Web worker 中。
第一种场景是将我们自己的代码导入到一个 Web worker 上下文。我们很可能有许多低级别的工具方法是专门针对我们的应用程序。有很大可能，我们就需要在两个环境使用这些工具：一个普通的脚本环境和一个 worker 线程。我们想要保持代码的模块化，并希望代码以相同的方式作用于 Web workers 环境，就像它会在任何其他环境下运行。
第二种场景是在 Web workers 中加载第三方库。这与将我们自己的模块加载到 Web workers 中的原理相同 – 我们的代码可以在任何上下文中使用，但有一些例外，例如 DOM 代码。让我们看一个创建 Web worker 并加载 lodash 库的示例。首先，我们将启动 Web worker：
// 加载 Web worker 脚本，// 然后启动 Web worker 线程。var worker = new Worker('worker.js');接下来，我们将使用 loadScripts()函数将 lodash 库导入我们的库：
// 导入 lodash 库，// 让全局“_”变量在 Web worker 上下文中可用。importScripts('lodash.min.js');
// 我们现在可以在 Web worker 中使用库。console.log('in worker', _.at([1, 2, 3], 0, 2));
//→in worker[1,3]在开始使用脚本之前，我们不需要担心等待脚本加载 – importScripts()是一个阻塞的操作。
与 Web workers 通信
前面的示例创建了一个 Web worker，它确实在自己的线程中运行。但是，这对我们没有多大帮助，因为我们需要能够与我们创造的 workers 通信。在本节中，我们将介绍从 Web workers 发送和接收消息所涉及的基本机制，包括如何序列化这些消息。
发布消息
当我们想要将数据传递给 Web worker 时，我们使用 postMessage()方法。顾名思义，此方法将给定的消息发送给 worker。如果在 worker 中设置了任何消息事件处理程序，它们将响应此调用。让我们看一个将字符串发送给 worker 的基本示例：
// 启动 Web worker 线程。var worker = new Worker('worker.js');
// 向 Web worker 发送消息，// 触发“message”事件处理程序。worker.postMessage('hello world');现在让我们看看 worker 通过为消息对象设置事件处理程序来查看此响应消息：
// 为任何“message”设置事件监听器
// 调度给该 worker 的事件。addEventListener('message', (e) => {
// 可以通过事件对象的“data”属性访问发送的数据
console.log(e.type, `"${e.data}"`);
//→message“hello world”});addEventListener()函数是在全局专用 Web workers 环境调用的。
我们可以将其视为 Web workers 的窗口对象。
消息序列化
从主线程传递到 worker 线程的消息数据要经过序列化转换。当此序列化数据到达 worker 线程时，它被反序列化，并且数据可用作 JavaScript 基本类型。当 worker 线程想要将数据发送回主线程时，使用同样的过程。
毋庸置疑，这是一个多余的步骤，给我们可能已经过度工作的应用程序增加了开销。因此，必须考虑在线程之间来回传递数据，因为从 CPU 成本方面来说这不是轻松的操作。在本书的 Web worker 代码示例中，我们将消息序列化视为我们并发决策过程中的关键因素。
所以问题是 – 为什么要这么长？如果我们在 JavaScript 代码中使用的 worker 只是线程，我们应该在技术上能够使用相同的对象，因为这些线程使用相同的内存地址段。当线程共享资源（例如内存中的对象）时，可能会发生具有挑战性的资源抢占情况。例如，如果一个 worker 锁定一个对象而另一个 worker 试图使用它，则这会发生错误。我们必须实现逻辑来优雅地等待对象变得可用，并且我们必须在 worker 中实现逻辑来释放锁定的资源。
简而言之，这是一个容易出错的令人头痛的问题，如果没有这个问题我们会好得多。值得庆幸的是，在仅序列化消息的线程之间没有共享资源。这意味着我们在实际传递给 worker 的东西方面受到限制。经验上是传递可以编码为 JSON 字符串的东西通常是安全的。请记住，worker 必须从此序列化字符串重建对象，因此函数或类实例的字符串表示根本将不起作用。让我们通过一个例子来看看它是如何工作的。首先，看一个简单的 worker 记录它收到的消息：
// 简单输出收到的消息。addEventListener('message', (e) => {console.log('message', e.data);
});现在让我们看看使用 postMessage()可以序列化哪种类型的数据并发送给这个 worker：
// 启动 Web worker
var worker = new Worker('worker.js');
// 发送一个普通对象。worker.postMessage({hello: 'world'});
//→消息{hello："world"}
// 发送一个数组。worker.postMessage([1, 2, 3]);
//→消息[1,2,3]
// 试图发送一个函数，结果抛出错误
worker.postMessage(setTimeout);
//→未捕获的 DataCloneError我们可以看到，当我们尝试将函数传递给 postMessage()时会出现一些问题。这种数据类型一旦到达 worker 线程就无法重建，因此，postMessage()只能抛出异常。这些类型的限制可能看起来过于局限，但它们确实消除了许多可能出现的并发问题。
接收来自 workers 的消息
如果没有将数据传回主线程的能力，workers 对我们来说就没什么用了。在某些时候，workers 执行的任务需要显示在 UI 中。我们可能还记得，worker 实例是事件对象。这意味着我们可以监听消息事件，并在 workers 发回数据时做出相应的响应。可以将此视为向 workers 发送数据的反向。workers 通过向主线程发送消息将主线程视为另一个 workers 线程，而主线程则侦听消息。我们在上一节中探讨的序列化限制在这里也是一样的。
让我们看一下将消息发送回主线程的一些 worker 代码：
// 2 秒后，使用“postMessage()”函数将一些数据发回给主线程。setTimeout(() => {postMessage('hello world');
}, 2000);我们可以看到，这个 worker 启动了，2 秒后，将一个字符串发送回主线程。现在，让我们看看如何在主 JavaScript 环境中处理这些传入的消息：
// 启动一个 worker 线程。var worker = new Worker('worker.js');
// 为“message”对象添加一个事件侦听器，// 注意“data”属性包含实际的消息数据，// 与发送消息给 workers 的方式相同。worker.addEventListener('message', (e) => {console.log('from worker', `"$ {e.data}"`);
});您可能已经注意到我们没有显式终止任何 worker 线程。这没关系。当浏览上下文终止时，所有活动工作
线程都将终止。我们也可以使用 terminate()方法显式的终止 worker，这将显式停止线程而无需等待任何
现有代码执行完成。但是，很少去显式终止 worker。一旦创建，workers 通常在页面整个生命周期内存活。
生成 worker 不是免费的，它会产生开销，所以如果可能的话，我们应该只做一次。
共享应用状态
在本节中，我们将介绍共享 workers。首先，我们将了解多个浏览上下文如何访问内存中的相同数据对象。然后，我们将介绍如何获取远程资源，以及如何通知多个浏览上下文有关新数据的返回。最后，我们将了解如何利用共享 workers 来允许浏览上下文之间的直接消息传递。
考虑下本节用于实验编码的高级特性。浏览器对共享 workers 的支持目前还不是很好（只有 Firefox 和 Chrome）。
Web worker 仍处于 W3C 的候选推荐阶段。一旦他们成为推荐并为共享 workers 提供了更好的浏览器支持，
我们就可以使用它们了。对于额外的意义，当服务 workers 规范成熟，共享 Worker 能力将更加重要。
共享内存
到目前为止我们已经看到了 Web workers 的序列化机制，因为我们不能直接从多个线程引用同一个对象。但是，共享 worker 的内存空间不仅限于一个页面，这意味着我们可以通过各种消息传递方法间接访问内存中的这些对象。实际上，这是一个展示我们如何使用端口传递消息的好机会。让我们来看看吧。
端口的概念对于共享 worker 是很必要的。没有它们，就没有管理机制来控制来自共享 worker 的消息的流入和流出。例如，假设我们有三个页面使用相同的共享 worker，那么我们必须创建三个端口来与该 workers 通信。将端口视为 workers 通往外部世界的入口。这是一个小的间接的过程。
这是一个基本的共享 worker，让我们了解设置这些类型的 workers 所涉及的内容：
// 这是连接到 worker 的页面之间的共享状态数据
var connections = 0;
// 侦听连接到此 worker 的页面，// 我们可以设置消息端口。addEventListener('connect', (e) => {
//“source”属性代表由连接到这个 worker 页面创建的消息端口，// 我们实际上要通过调用“start()”建立连接。e.source.start();});
// 我们将消息发回页面，数据是更新的连接数。e.source.postMessage(++connections);一旦页面与此 worker 连接，就会触发一个 connect 事件。该 connect 事件具有一个 source 属性，这是消息端口。我们必须通过调用 start()来告诉这个 worker 已准备开始与它通信。请注意，我们必须在端口上调用 postMessage()，而不是在全局上下文中调用。worker 怎么知道要将消息发送到哪个页面？该端口充当 worker 和页面之间的代理，如下图所示：
现在让我们看看如何在多个页面中使用这个共享 worker：
// 启动共享 worker。var worker = new SharedWorker('worker.js');
// 设置“message”事件处理程序。// 通过连接共享 worker，我们实际上是在创建一个消息
// 发送到消息传递端口。worker.port.addEventListener('message', (e) => {console.log('connections made', e.data);
});
// 启动消息传递端口，// 表明我们是准备开始发送和接收消息。worker.port.start();这个共享 worker 和专用 worker 之间只有两个主要区别。它们如下：
• 我们有一个 port 对象，我们可以通过发布消息和附加事件监听器来与 worker 通信。
• 我们告诉 worker 我们已准备好通过调用端口上的 start()方法来启动通信，就像 worker 一样。
将这两个 start()调用视为共享 worker 与其客户端之间的握手。
获取资源
前面的示例让我们了解了来自同一应用程序的不同页面如何共享数据，从而无需在加载页面时分配两次完全相同的结构。让我们以这个方法为基础，使用共享 worker 来获取远程资源，以便与任何依赖它的页面共享返回的结果。这是 worker 线程代码：
// 我们保存连接页面的端口，// 以便我们可以广播消息。var ports = [];
// 从 API 获取资源。function fetch() {var request = new XMLHttpRequest();
// 当接口响应时，我们只需解析 JSON 字符串一次，// 然后将它广播到所有端口。request.addEventListener('load', (e) => {var resp = JSON.parse(e.target.responseText);
for (let port of ports) {port.postMessage(resp);
}
});
request.open('get', 'api.json');
request.send();}
// 当一个页面连接到这个 worker 时，// 我们保存到“ports”数组，// 以便 worker 可以持续跟踪它。addEventListener('connect', (e) => {ports.push(e.source);
e.source.start();});
// 现在我们可以“poll”API，并广播结果到所有页面。setInterval(fetch, 1000);我们只是在 ports 数组中存储对它的引用，而不是在页面连接到 worker 时响应端口。这就是我们如何跟踪连接到 worker 页面的方式，这很重要，因为并非所有消息都遵循命令响应模式。在这种情况下，我们希望将更新的 API 资源广播到正在监听它的所有页面。一个常见的情况是在同一个应用程序，如果有许多浏览器选项卡打开查看同一个页面，我们可以使用相同的数据。
例如，如果 API 资源是一个很大的 JSON 数组需要被解析，如果三个不同的浏览器选项卡解析完全相同的数据，则会很浪费资源。另一个好处是我们不会轮询 API 3 次，如果每个页面都运行自己的轮询代码就会是这种情况。当它在共享 worker 上下文中时，它只发生一次，并且数据被分发到连接的页面。这对后端的负担也较少，因为总体而言，发起的请求要少得多。我们现在来看看这个 worker 使用的代码：
// 启动共享 worker
var worker = new SharedWorker('worker.js');
// 监听“message”事件，// 并打印从 worker 发回的任何数据。worker.port.addEventListener('message', (e) => {console.log('from worker', e.data);
});
// 通知共享 worker 我们已经准备好了开始接收消息
worker.port.start();在页面间进行通信
到目前为止，我们已经处理过以共享 worker 中的数据为中心的数据资源。也就是说，它来自于一个集中的地方，比如作为一个 API，随后页面通过连接 worker 来读取数据。我们实际上没有从页面修改任何的数据。例如，我们甚至没有连接到后端，连接共享 worker 的页面也没有产生任何数据。现在其他页面都需要知道这些改变。
但是，让我们说用户切换到其中一个页面并进行一些调整。我们必须支持双向更新。让我们来看看如何使用共享 worker 来实现这些功能：
// 保存所有连接页面的端口。var ports = [];
addEventListener('connect', (e) => {
// 收到的消息数据被分发给任何连接到此 worker 的页面。// 页面代码逻辑决定如何处理数据。e.source.addEventListener('message', (e) => {for (let port of ports) {port.postMessage(e.data);
}
});
});
// 保存连接页面的端口引用，// 使用“start()”方法开始通信。ports.push(e.source);
e.source.start();这个 worker 就像是一颗卫星; 它只是将收到的所有内容传输到已连接的端口。这就是我们所需要的，为什么还需要更多？我们来看看连接到这个 worker 的页面代码：
// 启动共享 worker，// 并保存我们正在使用的 UI 元素的引用。var worker = new SharedWorker('worker.js');
var input = document.querySelector('input');
// 每当输入值改变时，发送输入值数据
// 到 worker 以供其他需要的页面使用。input.addEventListener('input', (e) => {worker.port.postMessage(e.target.value);
});
// 当我们收到输入数据时，更新我们文字输入框的值，// 也就是说，除非值已经更新。worker.port.addEventListener('message', (e) => {if (e.data !== input.value) {input.value = e.data;}
});
// 启动 worker 开始通信。worker.port.start();有趣！现在，如果我们继续打开两个或更多浏览器选项卡，我们对输入值的任何更改都将立即反映在其他页面中。这个设计的优点在于它的表现一致; 无论哪个页面执行更新，任何其他页面都会收到更新的数据。换句话说，这些页面承担着数据生产者和数据消费者的双重角色。
您可能已经注意到，最后一个示例中的 worker 向所有端口发送消息，包括发送消息的端口。我们肯定不想这样做。
为避免向发送方发送消息，我们需要以某种方式排除 for..of 循环中的发送端口。这实际上并不容易，因为消息事件对象没有与一起发送端口的识别信息。我们可以建立端口标识符并使消息包含 ID。
这里需要有很多工作，好处并不是那么好。这里的并发设计 – 只是简单地检查页面代码，该消息实际上与页面相关。
通过子 workers 执行子任务
我们在本章中创建的所有 workers – 专用 workers 和共享 workers – 都是由主线程生成的。在本节中，我们将讨论子 workers。它们与专用 worker 相似，只是创建者不同。例如，子 worker 不能直接与主线程交互，只能通过产生子 workers 的代理进行交互。
我们将看看将较大的任务划分为较小的任务，并且我们还将看看围绕子 worker 的一些挑战性问题。
将工作分为任务
我们的 Web worker 的工作是以这样的方式执行任务，即主线程可以继续服务于一些事情，例如 DOM 事件，而不会中断。对于 Web worker 线程来说，某些任务很简单。它们接受输入，计算结果，并将结果作为输出返回。但是，如果任务很复杂，该怎么办？如果它涉及许多较小的分散步骤，需要我们将较大的任务分解为较小的任务，该怎么办？
像这些任务，通过将它们分解为更小的子任务是有意义的，这样我们就可以进一步利用所有可用的 CPU。然而，将任务分解为较小的任务本身会导致严重的性能损失。如果任务分解放在主线程中，我们的用户体验可能会受到影响。我们在这里使用的一种技术涉及启动一个 Web worker，其工作是将任务分解为更小的步骤，并为每个步骤启动子 worker。
让我们创建一个在数组中搜索指定项的 worker，如果该项存在则返回 true。如果输入数组很大，我们会将它分成几个较小的数组，每个数组都是并行搜索的。这些并行搜索任务将作为子 worker 创建。首先，我们来看看子 worker：
// 侦听传入的消息。addEventListener('message', (e) => {
// 将结果发回给 worker。// 我们在输入数组上调用“indexOf()”，寻找“search”数据。postMessage({result: e.data.array.indexOf(e.data.search) > -1
});
});所以，我们现在有一个子 worker 可以获取一个数组的块并返回一个结果。这很简单。现在，对于棘手的部分，让我们实现将输入数组划分为较小输入的 worker，然后将其输入子 worker。
addEventListener('message', (e) => {
// 我们将要分成 4 个较小块的数组。var array = e.data.array;
// 大致计算数组四分之一的大小，// 这将是我们的块大小。var size = Math.floor(0.25 * array.length);
// 我们正在寻找的搜索数据。var search = e.data.search;
// 用于在下面的“while”循环将数组分成块。var index = 0;
// 一旦被切片，我们的块就会去执行。var chunks = [];
// 我们需要保存对子 worker 的引用，// 这样我们可以终止它们。var workers = [];
// 这用于统计从子 workers 返回的结果数
var results = 0;
// 将数组拆分为按比例大小的块。while (index < array.length) {chunks.push(array.slice(index, index + size));
index += size;
}
// 如果还有剩下的（第 5 块），// 把它放到它之前的块中。if (chunks.length> 4) {chunks[3] = chunks[3].concat(chunks[4]);
chunks = chunks.slice(0, 4);
}
for (let chunk of chunks) {
// 启动我们的子 worker 并在“workers”中保存它的引用。let worker = new Worker('sub-worker.js');
workers.push(worker);
// 当子 worker 有返回结果时。worker.addEventListener('message', (e) => {
results++;
// 结果是“truthy”，我们可以发送一个响应给主线程。// 否则，我们检查是否全部子 workers 都返回了。// 如果是这样，我们可以发送一个 false 返回值。// 然后，终止所有子 workers。if (e.data.result) {
postMessage({
search: search,
result: true
});
workers.forEach(x => x.terminate());
} else if (results === 4) {
postMessage({
search: search,
result: false
});
workers.forEach(x => x.terminate());
}
});
// 为 worker 提供一大块数组进行搜索。worker.postMessage({
array: chunk,
search: search
});
}
});这种方法的优点是，一旦我们得到了正确的结果，我们就可以终止所有现有的子 worker。因此，如果我们执行一个特别大的数据集，就可以避免让一个或多个子 worker 在后台进行不必要的运算。
我们在这里采用的方法是将输入数组切成四个比例（25%）的块。这样，我们将并发级别限制为四级。在下一章中，我们将进一步讨论细分任务和技巧，以确定要使用的并发级别。
现在，让我们通过编写一些代码在页面上使用这个 worker 以完成示例：
// 启动 worker...
var worker = new Worker('worker.js');
// 生成一些输入数据，一个数字 0 - 1041 数组。var input = new Array(1041).fill(true).map((v, i) => i);
// 当 worker 返回时，显示我们搜索的结果。worker.addEventListener('message', (e) => {console.log(`${e.data.search} exists?`, e.data.result);
});
// 搜索一个存在的项。worker.postMessage({
array: input,
search: 449
});
//→449 存在？真
// 搜索一个不存在的项。worker.postMessage({
array: input,
search: 1045
});
//→1045 存在？假我们能够与 worker 通信，传递输入数组和数据进行搜索。结果传递给主线程，它们包含搜索词，因此我们能够通过发送给 worker 线程的原始消息对输出进行协调。然而，这里有一些困难需要克服。虽然这非常有用，能够细分任务以更好地利用多核 CPU，但涉及到很多复杂性。一旦我们得到每个子 worker 的结果，我们就必须进行协调。
如果这个简单的例子可以变得像它一样复杂，那么想象一下大型应用程序的上下文中的类似代码。我们可以从两个角度解决这些并发问题。首先是关于并发的前期设计挑战。这将在下一个章节解决。然后，还有是同步挑战，我们如何避免回调地狱？这个话题比较深，将在“第 7 章，抽取并发逻辑”讨论。
提醒一下
虽然前面的示例是一种强大的并发技术，可以提供很大的性能提升，但还有一些问题需要注意。因此，在深入涉及子 worker 的实现之前，请考虑其中的一些挑战以及必须做出的权衡。
子 workers 没有一个父页面来直接通信。这是一个复杂的设计，因为即使一个来自子 worker 简单响应也需要子 worker 通过代理从而在运行的 JavaScript 主线程进行创建。而这样做得到的是一堆让人困惑的通信过程。换句话说，它很容易导致复杂化的设计，因为要通过比实际上需要的更多组件来完成。所以，在决定使用子 workers 作为设计选项之前，让我们看看是否可以只依赖于专用 worker 来实现。
第二个问题是，由于 Web worker 仍然是候选推荐的 W3C 规范，并非所有浏览器都能一致的实现 Web worker 的所有功能。共享 workers 和子 workers 是我们可能遇到跨浏览器问题的两个部分。另一方面，专用 workers 具有很好的浏览器支持，并且在大部分浏览器中表现一致。再一次说明，从简单的专用 worker 设计开始，如果这不满足需要，再考虑引入共享 workers 和子 workers。
Web workers 中的错误处理
本章中的所有代码都假设我们的 worker 程序中运行的代码不会出错。显然，我们的 workers 会遇到异常被抛出的情况，或者是我们在开发过程中编写有 bug 的代码 – 这是我们作为程序员所必须面临的事实。但是，如果没有适当的错误事件处理程序，Web worker 可能很难调试。我们可以采取的另一种方法是显式发回一条消息，标识自己已经出错。我们将在本节中介绍两个错误处理话题。
错误条件检查
假设我们的主应用程序代码向 worker 线程发送消息，并期望得到一些返回结果。如果出现问题，那么等待数据的代码需要知道该怎么办？一种可能性是仍然发送主线程期望的消息; 只是它有一个字段表示操作错误的状态。下图让我们了解下它是怎么样的：
现在让我们看一下实现这种方法的代码。首先，worker 确定消息返回成功或错误状态：
// 当消息返回时，检查提供的消息数据是否是一个数组。// 如果不是，返回一个设置了“error”属性的数据。// 否则，计算并返回结果。addEventListener('message', (e) => {if(!Array.isArray(e.data)) {
postMessage({error: 'expecting an array'});
} else {
postMessage({error: e.data[0]
});
}
});该 worker 总是会通过发送一个消息进行响应，但它并不总是返回一个计算结果。首先，它会检查，以确保该输入值是可以接受的。如果没有得到期望的数据，它发送一个附加错误状态的消息。否则，它正常的发送返回结果。现在，让我们编写一些代码来使用这个 worker：
// 启动 worker
var worker = new Worker('worker.js');
// 监听来自 worker 的消息。// 如果收到错误，我们会记录错误信息。// 否则，我们记录成功的结果。worker.addEventListener('message', (e) => {if (e.data.error) {console.error(e.data.error);
} else {console.log('result', e.data.result);
}
});
worker.postMessage([3, 2, 1]);
//→result 3
worker.postMessage({});
//→expecting an array异常处理
即使我们在上一个示例中明确检查了 workers 程序中的错误情况，也可能会抛出异常。从我们的主应用程序线程的角度来看，我们需要处理这些未捕获类型的错误。如果没有适当的错误处理机制，我们的 Web workers 将悄然无声地失败。有时候，workers 甚至都不加载 – 遇到这种悄无声息的代码调试。
我们来看一个侦听 Web worker error 事件的示例。这是一个 Web worker 尝试访问不存在的属性：
// 当一个消息数组返回时，// 发送一个包含的“name”属性输入数据作为响应，// 如果数据没有定义怎么办？addEventListener('message', (e) => {postMessage(e.data.name);
});这里没有错误处理代码。我们所做的只是通过读取 name 属性并将其发回来作为响应消息。让我们看一下使用这个 worker 的一些代码，以及它如何响应这个 worker 中引发的异常：
// 启动我们的 worker
var worker = new Worker('worker.js');
// 监听从 worker 发回的消息，// 并打印结果数据。worker.addEventListener('message', (e) => {console.log('result', `"${e.data}"`);
});
// 监听从 worker 发回的错误，// 并打印错误消息。worker.addEventListener('error', (e) => {console.error(e.message);
});
worker.postMessage(null);
//→Uncaught TypeError：Cannot read property "name" of null
worker.postMessage({name: 'JavaScript'});
//→result "JavaScript"在这里，我们可以看到的是第一个发布消息的 worker 导致异常被抛出。然而，此异常被封装在 worker 内部，它不是抛出在我们的主线程。如果我们在主线程监听 error 事件，我们就可以做出相应的响应。在这里，我们只是打印错误消息。然而，在其他情况下，我们可能需要采取更复杂的纠正措施，例如释放资源或发送一个不同的消息给 worker。
小结
在本章中，我们介绍了使用 Web worker 并发执行的概念。在 Web worker 之前，我们的 JavaScript 无法利用当今硬件上的多核 CPU。
我们首先对 Web worker 进行了大致的概述。它们是操作系统级的线程。从 JavaScript 的角度来看，它们是可以发送消息和监听 message 事件的事件对象。Web worker 主要分为三种 – 专用 workers，共享 workers 和子 workers。
然后，学习了如何通过发送消息和监听事件来与 Web worker 进行通信。并且了解到，在消息中传递的内容方面存在限制。这是因为所有消息数据都在目标线程中被序列化和重建。
我们以如何处理 Web worker 中的错误和异常来结束本章。在下一章中，我们将讨论并发的实际应用 – 我们应该使用并行执行的任务类型，以及实现它的最佳方法。