Day13. 使用 Web Workers API 走出自己的路

2024 iThome 鐵人賽

DAY 13

JavaScript

可愛又迷人的 Web API系列第 13 篇

16th鐵人賽

MUKIwu

2024-09-21 01:27:13

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Web 應用程式能做到很多強大的功能，但也因此讓程式變得愈來愈複雜，靠著瀏覽器幫我們處理大量的資料和複雜的計算。雖然瀏覽器很強大，但當每個分頁的應用程式都很複雜時，就容易產生效能問題，甚至讓瀏覽器或分頁當機。想要解決這類的問題，我們可以使用 Web Workers API 讓應用程式在後台執行緒執行任務，從而保持主線的暢通，走出屬於自己的快速通道 XD。

Web Workers 的類型與使用情境

Web Workers API 可以讓 JavaScript 在獨立的執行緒中工作，而不會影響主執行緒的效能，以提升 Web 應用的回應速度和使用者體驗。

Web Workers 提供了在獨立執行緒中執行 JavaScript 的能力，以避免阻塞主執行緒。Web Workers 分為三種主要類型：Dedicated Workers、Shared Workers 和 Service Workers，每種類型都有特定的用途和特性，未來可以視需求選擇要使用的類型。

Dedicated Workers

Dedicated 的中文是專門、專用的意思，表示他只能給一個主執行緒使用，而他也是最常見的 Web Worker 類型，用於執行計算複雜或需要長時間處理的任務，例如資料處理、圖片處理，或複雜的演算法 ... 等等，所以很適合在單個頁面中使用，進行獨立的後台任務處理。

以下是一個簡單的範例，首先在 main.js 建立一個 Worker 實例，當 worker postMessage 時，可以用 onmessage 監聽接收，有一點 web socket 的感覺。

// main.js
const worker = new Worker('worker.js');
worker.onmessage = function (e) {
  console.log('主執行緒收到結果:', e.data);
};
worker.postMessage(10); // 發送消息到 Worker

接著建立 worker 檔案，透過 postMessage 將結果傳回給主執行緒

// worker.js
self.onmessage = function (e) {
  const result = e.data * 3.1415926; // 假設任務是做一個複雜的計算
  self.postMessage(result);
};

如果要終止 worker 服務，可以使用 terminate 方法：

worker.terminate();

和 web socket 相同，我們也能使用 onerror 取得錯誤處理函式，不管是在 worker 腳本或是主執行緒都能使用：

// main.js
worker.onerror = function (e) {
  console.log('Error in Worker:', e.message);
};


// worker.js
self.onerror = function (e) {
  console.log('Error in Worker:', e.message);
};

Dedicated Workers 的特色是：

簡單好上手，適合處理單一任務
只能被建立他的主執行緒(main.js)使用，不能跨頁面共享任務

透過以上特色不難發現，如果想要跨頁面共享任務，就必須用 Shared Workers。

Shared Workers

Shared Workers 可以讓多個主執行緒 (多個頁面或 iframe) 共享同一個 Worker 實例，可以同時被多個主執行緒存取使用，如果是同個域名下的多頁面或應用，需要共享後台任務處理的話，就非常適合使用 Shared Workers。

在 main.js 連接到 Shared Workers

// main.js
const worker = new SharedWorker('shared-worker.js');

worker.port.onmessage = function (e) {
    console.log('主執行緒收到結果:', e.data);
};

worker.port.start();
worker.port.postMessage({ source: 'main', message: 'Hello MUKI in main.js' });

在 event.js 也連接 Shared Workers

// event.js
const worker = new SharedWorker('shared-worker.js');

worker.port.onmessage = function (e) {
    console.log('主執行緒收到結果:', e.data);
};

worker.port.start();
worker.port.postMessage({ source: 'event', message: 'Hello MUKI in event.js' });

在發送消息時，跟 Dedicated Workers 的差別在於 Shared Workers 會使用 port 來傳遞消息

接著建立 shared-worker.js ，來處理 Shared Workers 邏輯。

// shared-worker.js
let connections = 0;

self.onconnect = function (e) {
  const port = e.ports[0];
  connections++;
  port.postMessage(`Worker 服務已連接，總連接數量：${connections}`);

  port.onmessage = function (event) {
    // 處理從各個連接發送過來的消息
    const message = `來源：${event.data.source}，內容：${event.data.message}`;
    // 將消息發送回所有連接的 port
    self.clients.matchAll().then(clients => {
      clients.forEach(client => {
        client.postMessage(message);
    });
  });
};

  port.onclose = function () {
    connections--;
  };
};

特別注意的是，Shared Worker 必須遵守瀏覽器的同源政策，也就是必須在同一個域名和同一個 port 才能互相連接，共享同一個 Shared Worker 實例。

Service Workers

如果你有印象，會發現我已在 Web Notifications API 搭配 Service Workers 發送通知介紹過 Service Workers 了。Service Workers 的特性就是處理網路的請求和快取資源，他們會在後台獨立運作，不會被頁面的生命週期影響，所以能在不開啟網頁，也就是應用離線的情況下繼續提供服務。

首先一樣要註冊 Service Workers：

// main.js
if ('serviceWorker' in navigator) {
  navigator.serviceWorker.register('/service-worker.js').then(function (registration) {
    console.log('註冊成功', registration);
  }).catch(function (error) {
    console.log('註冊失敗', error);
});
}

在 service-worker.js 中處理各種事件，例如安裝 (install)，啟用 (activate)，以及網路請求 (fetch)：

self.addEventListener('install', function (event) {
  console.log('Service Worker 已安裝');
});

self.addEventListener('activate', function (event) {
  console.log('Service Worker 已啟用');
});

self.addEventListener('fetch', function (event) {
  console.log('Fetching:', event.request.url);
  event.respondWith(fetch(event.request).then(function (response) {
    return response;
  }).catch(function () {
    return new Response('網路請求失敗');
  }));
});

只要瀏覽器在有 install 且有 activate 的 Service Worker 作用域內做了任何的網路請求，fetch 事件就會自動觸發，觸發方式包括但不限於：