在一个复杂的 Vue 应用中，如何处理多线程计算（`Web Workers`），避免主线程卡顿？ - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

各位观众，大家好！我是今天的主讲人，老码。今天咱们来聊聊 Vue 应用里如何耍“多核”，让你的应用跑得飞快，告别卡顿的烦恼。说的就是 Web Workers 这玩意儿。

第一节：啥是 Web Workers？别跟我说你查了百科

首先，咱们得搞清楚什么是 Web Workers。别跟我说你百度了，然后给我背一堆术语。简单点说，Web Workers 就像你雇了几个临时工，专门帮你干一些耗时的活儿，而你（主线程）可以继续处理其他事情，互不耽误。

想象一下，你是个餐厅老板（主线程），负责招呼客人、点菜、收钱。如果让你既要干这些，还要切菜、洗碗、做饭，那肯定忙不过来，客人得饿死。这时候，你就需要雇几个厨师和服务员（Web Workers），他们专心切菜、洗碗、做饭，你只管招呼客人。

Web Workers 的核心就是：并行计算，不阻塞主线程。这对于 Vue 应用来说，意味着你可以把一些复杂的计算、数据处理、图像处理等任务交给 Web Workers 去做，让你的 UI 始终保持流畅。

第二节：为啥 Vue 需要 Web Workers？主线程是娇生惯养的

Vue 应用的性能瓶颈通常在于主线程。 JavaScript 是单线程的，所有的 UI 渲染、事件处理、脚本执行都在主线程上进行。如果主线程被一个耗时的任务阻塞了，比如一个复杂的计算或者大量的数据处理，就会导致页面卡顿，用户体验极差。

举个例子：

数据过滤与排序： 假设你有一个包含几千条数据的列表，需要根据用户的输入实时过滤和排序。如果直接在主线程上进行这些操作，每次输入都会导致页面卡顿。
图像处理： 比如上传图片后，需要进行缩放、裁剪、滤镜等处理。这些操作会消耗大量的 CPU 资源。
复杂计算： 比如金融计算、科学计算等，这些计算可能需要花费几秒甚至几分钟。

这些场景下，Web Workers 就能派上大用场了。我们可以把这些耗时的任务放到 Web Workers 中执行，让主线程专注于 UI 渲染和用户交互。

第三节：如何在 Vue 中使用 Web Workers？代码是最好的老师

接下来，咱们来看看如何在 Vue 中使用 Web Workers。

1. 创建 Worker 文件：

首先，我们需要创建一个独立的 JavaScript 文件，作为 Web Worker 的入口。这个文件不能访问 DOM，也不能直接修改 Vue 组件的状态。它只能通过消息传递与主线程通信。

例如，创建一个 worker.js 文件：

// worker.js
self.addEventListener('message', (event) => {
  const data = event.data;
  console.log('Worker received:', data);

  // 模拟耗时计算
  let result = 0;
  for (let i = 0; i < data.count; i++) {
    result += i;
  }

  // 将结果发送回主线程
  self.postMessage({ result: result, id: data.id });
});

这个 Worker 监听来自主线程的消息，接收一个包含 count 和 id 属性的对象，进行一个简单的循环计算，然后将结果和 id 发送回主线程。 id 属性是为了标识不同的任务，后面会用到。

2. 在 Vue 组件中使用：

接下来，在 Vue 组件中创建 Web Worker 实例，并与它进行通信。

<template>
  <div>
    <input type="number" v-model.number="count">
    <button @click="calculate">Calculate</button>
    <p>Result: {{ result }}</p>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      count: 10000000,
      result: null,
      worker: null,
      taskIdCounter: 0,
      pendingTasks: {} // 用于保存任务的 Promise
    };
  },
  mounted() {
    // 创建 Web Worker 实例
    this.worker = new Worker(new URL('./worker.js', import.meta.url));

    // 监听 Worker 发送的消息
    this.worker.addEventListener('message', (event) => {
      const data = event.data;
      console.log('Main thread received:', data);

      // 从 pendingTasks 中取出对应的 Promise 的 resolve
      if (this.pendingTasks[data.id]) {
        this.pendingTasks[data.id].resolve(data.result);
        delete this.pendingTasks[data.id]; // 清理已完成的任务
      }

    });
  },
  beforeUnmount() {
    // 组件卸载时，终止 Web Worker
    this.worker.terminate();
  },
  methods: {
    calculate() {
      // 创建一个 Promise，用于处理异步结果
      const taskId = ++this.taskIdCounter;
      const taskPromise = new Promise((resolve, reject) => {
        this.pendingTasks[taskId] = { resolve, reject };
      });

      // 向 Worker 发送消息
      this.worker.postMessage({ count: this.count, id: taskId });

      // 处理 Promise 的结果
      taskPromise.then(result => {
        this.result = result;
      }).catch(error => {
        console.error("Task failed:", error);
      });
    }
  }
};
</script>

代码解释：

mounted 钩子： 在组件挂载后，创建一个 Web Worker 实例。 new URL('./worker.js', import.meta.url) 确保正确加载 Worker 文件。
worker.addEventListener('message', ...)： 监听 Web Worker 发送的消息，当收到消息时，更新 result 数据。
beforeUnmount 钩子： 在组件卸载前，调用 worker.terminate() 终止 Web Worker，释放资源。否则可能会导致内存泄漏。
calculate 方法：
- 生成一个唯一的 taskId 用于标识每个任务。
- 创建一个 Promise 对象，用于处理异步结果。
- 将 Promise 的 resolve 和 reject 方法保存在 pendingTasks 对象中，以 taskId 为键。
- 使用 worker.postMessage() 向 Web Worker 发送消息，包含 count 和 id。
- 使用 taskPromise.then() 处理 Promise 的 resolve 结果，更新 result 数据。
- 使用 taskPromise.catch() 处理 Promise 的 reject 结果，打印错误信息。
pendingTasks 对象： 用于保存未完成的任务的 Promise 的 resolve 和 reject 方法。当 Web Worker 完成任务并发送消息时，我们可以根据 taskId 从 pendingTasks 中取出对应的 resolve 方法，并执行它，从而完成 Promise。

3. 消息传递：

主线程和 Web Worker 之间通过消息传递进行通信。使用 worker.postMessage() 发送消息，使用 worker.addEventListener('message', ...) 监听消息。

注意事项：

Web Workers 只能通过消息传递与主线程通信，不能直接访问 DOM。
Web Workers 中的代码运行在独立的上下文中，不能访问主线程的变量和函数。
Web Workers 的创建和销毁会消耗一定的资源，需要合理使用。
错误处理： Web Worker 中发生的错误不会直接抛到主线程，需要在 Web Worker 中捕获错误，并通过消息传递将错误信息发送回主线程。可以使用 worker.addEventListener('error', ...) 监听错误。

第四节：高级技巧：共享数据，性能优化

光会用还不够，咱们还得玩点高级的。

1. 共享数据：SharedArrayBuffer

有时候，主线程和 Web Worker 需要共享一些数据。传统的做法是通过消息传递复制数据，但这会带来额外的开销。 SharedArrayBuffer 允许主线程和 Web Worker 直接访问同一块内存区域，避免了数据复制。

警告： 使用 SharedArrayBuffer 需要开启跨域隔离，否则浏览器会禁用它。需要设置 Cross-Origin-Embedder-Policy 和 Cross-Origin-Opener-Policy 响应头。

2. 任务分解：

如果一个任务非常复杂，可以将其分解成多个子任务，分配给多个 Web Workers 并行执行。这可以进一步提高性能。

例如，你需要处理一个大型图像，可以将其分割成多个小块，每个小块交给一个 Web Worker 处理，最后将结果合并。

3. 对象传递：

postMessage 可以传递复杂对象，但需要注意对象会被序列化和反序列化，这会带来一定的开销。如果对象非常大，可以考虑使用 Transferable Objects。 Transferable Objects 可以直接将内存的所有权从主线程转移到 Web Worker，避免了数据复制。常用的 transferable object 包括 ArrayBuffer，MessagePort 和 ImageBitmap。

4. 避免频繁创建和销毁：

Web Workers 的创建和销毁会消耗一定的资源。尽量避免频繁创建和销毁 Web Workers，可以采用 Worker Pool 的方式，预先创建一批 Web Workers，需要时从 Worker Pool 中获取，使用完毕后放回 Worker Pool。

第五节：常见问题与解决方案

在使用 Web Workers 的过程中，可能会遇到一些问题。咱们来总结一下。

问题	解决方案
`Web Worker` 无法访问 DOM	只能通过消息传递与主线程通信，不能直接访问 DOM。
`Web Worker` 中发生错误，主线程无法捕获	在 `Web Worker` 中捕获错误，并通过消息传递将错误信息发送回主线程。
跨域问题	确保 `Web Worker` 文件与主线程的域名相同，或者使用 CORS 允许跨域访问。
`SharedArrayBuffer` 无法使用	需要开启跨域隔离，设置 `Cross-Origin-Embedder-Policy` 和 `Cross-Origin-Opener-Policy` 响应头。
性能问题	分析性能瓶颈，合理使用 `SharedArrayBuffer`、`Transferable Objects`、任务分解等技术。避免频繁创建和销毁 `Web Workers`，可以采用 `Worker Pool` 的方式。
如何调试web worker	浏览器开发者工具提供了对 Web Workers 的调试支持。可以在开发者工具的 "Sources" 面板中找到 Web Worker 的代码，并设置断点进行调试。也可以使用 `console.log` 在 Web Worker 中输出调试信息。

第六节：Web Workers 的适用场景与局限性

虽然 Web Workers 很强大，但并不是所有场景都适用。

适用场景：

复杂的计算
大量的数据处理
图像处理
音视频处理
后台任务
实时数据分析

局限性：

不能访问 DOM
不能直接修改 Vue 组件的状态
需要通过消息传递与主线程通信
Web Workers 的创建和销毁会消耗一定的资源
需要处理跨域问题
需要考虑兼容性问题（虽然现代浏览器都支持 Web Workers，但一些老旧浏览器可能不支持）

总结：

Web Workers 是 Vue 应用中解决性能瓶颈的利器。掌握 Web Workers 的使用方法，可以让你轻松应对各种复杂的计算和数据处理任务，让你的应用跑得飞快。

但是，Web Workers 也不是万能的。需要根据实际情况选择合适的解决方案。只有合理使用 Web Workers，才能真正提高应用的性能和用户体验。

好了，今天的讲座就到这里。感谢大家的观看！希望大家以后都能熟练使用 Web Workers，写出高性能的 Vue 应用。散会！

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