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多线程任务开发范例-Worker

2024-11-30 10:48

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概念介绍

在和应用界面进行交互操作时,如按钮点击、屏幕滑动,想同时执行一些耗时的操作,如网络请求、数据下载。在应用开发中,通常使用UI线程和后台线程来分别处理这些操作,UI线程主要负责处理UI事件和用户交互操作,后台线程负责耗时操作。通过创建后台线程可以避免UI线程被阻塞,提高应用程序的响应速度和用户体验。

OpenHarmony的ArkUI应用开发框架提供了Worker和Taskpool等支持后台多线程任务的方式,本文会通过开发范例介绍Worker的使用。在ArkUI应用开发中,有2类线程:宿主线程和Worker线程。创建Worker的线程被称为宿主线程,Worker脚本程序工作的线程被称为Worker线程。Worker线程是与主线程并行的独立线程,通常在Worker线程中处理耗时的操作。需要注意的是,在Worker后台线程中执行的代码不能直接修改UI元素,UI元素的更新必须发生在UI线程中。

API接口

ArkUI的Worker线程模块提供了构造函数接口用于创建Worker线程,并为UI线程和Worker线程提供了线程间通讯接口。关于Worker API能力详细信息,请参考@ohos.worker。本节只进行关键接口解读。

宿主线程中的构造函数

使用Worker的接口方法前,需要先构造ThreadWorker实例,ThreadWorker类继承WorkerEventTarget。

注意:Worker还提供构造函数worker.Worker(scriptURL: string, options?: WorkerOptions),由于已经标记废弃,请避免使用该废弃的接口。

ThreadWorker构造函数如下:

constructor(scriptURL: string, options?: WorkerOptions)

其中,参数解释:

参数名

类型

必填

说明

scriptURL

string

Worker执行脚本的路径

options

WorkerOptions

Worker构造的选项。

我们来看一个构造的示例。不用担心其中的脚步文件如何编写,使用DevEco Studio创建Worker文件的时候,会生成模板。

import worker from '@ohos.worker';
// worker线程创建

// Stage模型-目录同级(entry模块下,workers目录与pages目录同级)
const workerStageModel01 = new worker.ThreadWorker('entry/ets/workers/worker.ts', {name:"first worker in Stage model"});
// Stage模型-目录不同级(entry模块下,workers目录是pages目录的子目录)
const workerStageModel02 = new worker.ThreadWorker('entry/ets/pages/workers/worker.ts');

宿主线程中发送消息

宿主线程通过转移对象所有权或者拷贝数据的方式向Worker线程发送消息,提供了两个postMessage9+接口,其中一个如下所示:

postMessage(message: Object, options?: PostMessageOptions): void

其中,参数如下:

参数名

类型

必填

说明

message

Object

发送至Worker的数据,该数据对象必须是可序列化。

options

PostMessageOptions

当填入该参数时,与传入ArrayBuffer[]的作用一致,该数组中对象的所有权会被转移到Worker线程,

在宿主线程中将会变为不可用,仅在Worker线程中可用。

若不填入该参数,默认设置为 undefined,通过拷贝数据的方式传输信息到Worker线程。

示例代码如下:

const workerInstance = new worker.ThreadWorker("entry/ets/workers/worker.ts");

workerInstance.postMessage("hello world");

var buffer = new ArrayBuffer(8);
workerInstance.postMessage(buffer, [buffer]);

宿主线程中监听消息

在宿主线程中,通过监听事件来处理接收到的Worker线程中的消息。worker模块提供了若干监听接口,我们以onmessage为例进行讲解,其他监听方式类似,可以参考API参考文档,不再赘述。
Worker对象的onmessage属性表示宿主线程接收到来自其创建的Worker通过parentPort.postMessage接口发送的消息时被调用的事件处理程序,处理程序在宿主线程中执行。

onmessage?: (event: MessageEvents) => void

其中,参数如下:

参数名

类型

必填

说明

event

MessageEvents

收到的Worker消息数据。

示例代码如下:

const workerInstance = new worker.ThreadWorker("entry/ets/workers/worker.ts");
workerInstance.onmessage = function(e) {
    // e : MessageEvents, 用法如下:
    // let data = e.data;
    console.log("onmessage");
}

Worker线程中构造实例

ThreadWorkerGlobalScope是Worker线程用于与宿主线程通信的类,通过postMessage接口发送消息给宿主线程、通过close接口销毁Worker线程。ThreadWorkerGlobalScope类继承GlobalScope9+。

注意:Worker还提供worker.parentPort接口,该接口属于废弃接口,应避免使用。

在Worker脚本文件中,如entry\src\main\ets\workers\Worker.ts,构建实例如下:

import worker, { ThreadWorkerGlobalScope, MessageEvents, ErrorEvent } from '@ohos.worker';

var workerPort: ThreadWorkerGlobalScope = worker.workerPort;

Worker线程中监听消息

ThreadWorkerGlobalScope的onmessage属性表示Worker线程收到来自其宿主线程通过postMessage接口发送的消息时被调用的事件处理程序,处理程序在Worker线程中执行。

onmessage?: (this: ThreadWorkerGlobalScope, ev: MessageEvents) => void

其中,参数如下所示:

参数名

类型

必填

说明

this

ThreadWorkerGlobalScope

指向调用者对象。

ev

MessageEvents

收到宿主线程发送的数据。

示例代码如下:

// main thread
import worker from '@ohos.worker';
const workerInstance = new worker.ThreadWorker("entry/ets/workers/worker.ts");
workerInstance.postMessage("hello world");
// worker.ts
import worker from '@ohos.worker';
const workerPort = worker.workerPort;
workerPort.onmessage = function(e) {
    console.log("receive main thread message");
}

Worker线程中发送消息

Worker线程通过转移对象所有权或者拷贝数据的方式向宿主线程发送消息。提供了两个postMessage9+接口,其中一个如下所示:

postMessage(messageObject: Object, options?: PostMessageOptions): void

其中,参数如下所示:

参数名

类型

必填

说明

message

Object

发送至宿主线程的数据,该数据对象必须是可序列化,序列化支持类型见其他说明

options

PostMessageOptions

当填入该参数时,与传入ArrayBuffer[]的作用一致,该数组中对象的所有权会被转移到宿主线程,在Worker线程中将会变为不可用,仅在宿主线程中可用。
若不填入该参数,默认设置为 undefined,通过拷贝数据的方式传输信息到宿主线程。

线程的关闭和销毁

销毁worker的方式有两种;

worker线程的生命周期跟随应用。若应用退出则释放worker资源。worker线程在执行过程中出现异常终止掉worker。

主动销毁worker的方式有两种,第一种在宿主线程调用worker.terminate();第二种在worker线程调用workerPort.close()。 worker销毁前会触发onexit回调,注意,onexit回调只会在宿主线程中执行。

宿主线程中销毁worker线程的示例代码:

const worker = new worker.ThreadWorker("entry/ets/workers/worker.ts");
worker.terminate();

Worker线程中销毁worker线程的示例代码:

// worker.ts
import worker from '@ohos.worker';
const workerPort = worker.workerPort;
workerPort.onmessage = function(e) {
    workerPort.close()
}

实现场景

我们模拟一个简单的UI线程和Worker线程交互的场景。UI线程发送一个简单的消息给Worker线程,触发Worker线程中的一个耗时模拟操作,然后把结果返回UI线程进行界面展示。有点像,一个人站在山谷前,大喊一声,过一段时间会从山谷中返回声音。这个人就是UI线程,返回回音的山谷就是后台线程。

设计思路

对于UI线程,只需要简单地包含一个text和一个button。text用于展示后台线程返回的信息,button按钮被点击后向后台线程发送消息。UI线程还需要处理后台返回的消息。

对于后台线程,需要处理接收到UI消息,模拟一个耗时操作,然后返回。实现效果如下:

发送消息前

等待返回

消息返回

多线程任务开发范例-Worker-开源基础软件社区

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开发步骤

创建Worker

DevEco Studio提供了非常方便的创建Worker的方法。

在DevEco Studio工程中,选择entry,右键菜单选择New-Worker,输入Worker名称即可,比如就使用默认的Worker。

Studio会自动为生成文件entry\src\main\ets\workers\Worker.ts,并在模块级配置文件entry\build-profile.json5中添加workers配置,如图所示,可以看出使用的相对路径:‘./src/main/ets/workers/Worker.ts’。

文件entry\build-profile.json5片段:

"buildOption": {
    "sourceOption": {
      "workers": [
        './src/main/ets/workers/Worker.ts',
      ]
    }
  },

宿主进程代码实现

我们先看下宿主进程中,代码如何实现。

我们知道,Worker线程不可以直接操作UI。在宿主线程中,监听到的worker线程返回消息无法直接赋值给@State变量进行UI界面渲染的。需要通过其他方式进行传值,本示例中我们使用AppStorage和@Watch装饰器。

如代码所示,创建一个workerResult变量,当该变量发生变化后,会通过执行监听函数workerResultChanged(),把存储的值赋值给@State变量。

在宿主线程中创建的worker实例为threadWorker,它负责通过脚本文件创建worker线程,并负责执行和worker线程的通讯交互。

在宿主线程中,界面中包含一个文本,展示文字,如果从worker进程中接收到的消息等,还有一个按钮,点击时会触发发worker线程发送消息。

在Button的onClick()函数中,主要实现了2个功能,一个是定义宿主线程接收到worker消息的回调函数。从代码中可以看出,当接收到消息后,会保存到AppStorage里。

另外一个功能点是,通过调用postMessage接口,向worker线程发送消息。

在宿主线程中,还支持很多监听函数,限于篇幅,不再展示,可以参考API自行实现。

import worker from '@ohos.worker';
let workerResult = AppStorage.Link('workerResult')

@Entry
@Component
struct Index {
  @State message: string = 'Hello World'
  @StorageLink('workerResult') @Watch('workerResultChanged') workerResult: String = ''
  threadWorker: worker.ThreadWorker = new worker.ThreadWorker("entry/ets/workers/Worker.ts")

  workerResultChanged() {
    this.message = AppStorage.Get('workerResult')
  }

  build() {
    Row() {
      Column() {
        Text(this.message)
          .fontSize(20)
          .fontWeight(FontWeight.Bold)
        Button('Click').onClick(
          () => {
            this.threadWorker.onmessage = function (message) {
              AppStorage.Set('workerResult', message.data)
            }
            this.threadWorker.postMessage("message from main thread.")
          }
        )
      }
      .width('100%')
    }
    .height('100%')
  }
}

Worker进程代码实现

我们再看下Worker进程中,代码如何实现。Work线程脚本文件entry\src\main\ets\workers\Worker.ts。

语句var workerPort: ThreadWorkerGlobalScope = worker.workerPort;用于构建Worker线程中的实例对象,该实例可以与宿主线程进行消息交互。

在workerPort.onmessage监听函数中,控制台打印输出从宿主线程中接收到的消息,然后通过workerPort.postMessage接口向宿主线程第一次发送消息,告诉宿主线程
请等待worker线程的操作。

然后,使用setTimeout函数模拟一个耗时操作,5000ms后再次向宿主线程发送消息,携带一个随机数字,用于区分多次返回消息的差异。

在worker线程中的其他监听函数,如workerPort.onmessageerror、workerPort.onerror,或者销毁worker线程的操作可以参考API自行实现。

文件entry\src\main\ets\workers\Worker.ts片段:

import worker from '@ohos.worker';
import { ThreadWorkerGlobalScope, MessageEvents, ErrorEvent } from '@ohos.worker';

var workerPort: ThreadWorkerGlobalScope = worker.workerPort;

workerPort.onmessage = function (e: MessageEvents) {
  console.info("onmessage: " + e.data)
  workerPort.postMessage("Waiting for the worker ...")
  setTimeout(() => {
    console.info('send to main thread')
    workerPort.postMessage("Echo from worker Random: " 
    + Math.round(100 * Math.random()))
  },
    5000)
}

运行测试效果

代码编写完毕,可以测试运行查看效果。推荐在模块级配置文件entry\build-profile.json5中,修改运行时为"HarmonyOS",这样就可以在DevEco Studio中使用Simulator模拟器进行运行测试,手头没有设备也可以轻松体验OpenHarmony应用开发。

注意事项

Worker线程不可以直接操作UI,@State等变量无法直接进行赋值渲染,需要通过其他方式进行传值。在本开发范例中, 就借助了AppStorage。

Worker线程不使用时,请及时销毁,避免耗用资源。Worker有资源限制,如果创建数量太多,可以报如下错误:

Error message: Worker initialization failure, the number of workers exceeds the maximum.
SourceCode:
this.threadWorker = new worker.ThreadWorker("entry/ets/workers/Worker.ts");

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