JS `OffscreenCanvas` 渲染上下文管理与状态同步

各位听众，早上好（或者下午好，取决于你那边的时间）。今天咱们聊点儿“远房亲戚”的技术——OffscreenCanvas。别看它名字里带个 Canvas，就以为是那个你在网页上画圈圈、画方块的家伙。 OffscreenCanvas 可不一样，它是个在幕后默默耕耘的“老黄牛”，专门负责处理那些不想阻塞主线程的渲染任务。

第一部分：OffscreenCanvas 是个啥？

简单来说，OffscreenCanvas 就像一个没有实际显示在页面上的 <canvas> 元素。它存在于内存中，你可以像操作普通 <canvas> 一样操作它，但它的渲染过程不会影响到你的主线程，从而避免页面卡顿。

为什么需要 OffscreenCanvas？

想象一下，你正在做一个复杂的动画，或者一个需要大量计算的图表。如果这些计算和渲染都在主线程上进行，那你的页面肯定会卡成 PPT。 OffscreenCanvas 的出现就是为了解决这个问题。它可以让你把这些耗时的任务放到 Web Worker 中去做，渲染结果再同步回主线程，从而保证页面的流畅性。

创建 OffscreenCanvas 的几种方式

直接创建：
```
const offscreenCanvas = new OffscreenCanvas(width, height);
```
这种方式最直接，你可以直接指定 OffscreenCanvas 的宽高。
从已有的 <canvas> 元素转移：
```
<canvas id="myCanvas" width="500" height="300"></canvas>
<script>
  const canvas = document.getElementById('myCanvas');
  const offscreenCanvas = canvas.transferControlToOffscreen();
</script>
```
这种方式很有意思，它把已有的 <canvas> 元素的控制权“转移”给了 OffscreenCanvas。注意，转移之后，原来的 <canvas> 元素就不能再用了，你会得到一个 null。

第二部分：渲染上下文管理

有了 OffscreenCanvas，接下来就是获取它的渲染上下文，然后开始画画了。渲染上下文就像一个“画笔”，你可以用它来绘制各种图形、文字等等。

获取渲染上下文

和普通的 <canvas> 元素一样，OffscreenCanvas 也支持 2D 和 WebGL 两种渲染上下文。

2D 上下文：
```
const ctx = offscreenCanvas.getContext('2d');
```
这个 ctx 就是你的 2D 画笔，你可以用它来绘制各种 2D 图形。
WebGL 上下文：
```
const gl = offscreenCanvas.getContext('webgl'); // 或者 'webgl2'
```
这个 gl 就是你的 WebGL 画笔，你可以用它来进行 3D 渲染。

渲染上下文的配置

在获取渲染上下文的时候，你还可以传入一个配置对象，来定制渲染行为。比如，你可以设置 alpha 属性来控制透明度。

const ctx = offscreenCanvas.getContext('2d', { alpha: false }); // 关闭透明度

渲染上下文的生命周期

渲染上下文的生命周期和 OffscreenCanvas 的生命周期是绑定的。当 OffscreenCanvas 被销毁时，它的渲染上下文也会被销毁。

第三部分：状态同步

重点来了！ OffscreenCanvas 的价值在于它可以在 Web Worker 中使用。那么，如何在主线程和 Web Worker 之间同步渲染结果呢？这就需要用到消息传递机制。

消息传递机制

Web Worker 和主线程之间通过 postMessage 方法来传递消息。我们可以把 OffscreenCanvas 作为消息的一部分传递给 Web Worker，然后在 Web Worker 中进行渲染，最后再把渲染结果传递回主线程。

代码示例

主线程代码：

<canvas id="mainCanvas" width="500" height="300"></canvas>
<script>
  const mainCanvas = document.getElementById('mainCanvas');
  const offscreenCanvas = mainCanvas.transferControlToOffscreen();

  const worker = new Worker('worker.js');

  // 将 OffscreenCanvas 传递给 Web Worker
  worker.postMessage({ canvas: offscreenCanvas }, [offscreenCanvas]);

  // 接收 Web Worker 传回的渲染结果
  worker.onmessage = (event) => {
    const bitmap = event.data;
    mainCanvas.getContext('2d').drawImage(bitmap, 0, 0);
  };
</script>

Web Worker 代码 (worker.js)：

self.onmessage = (event) => {
  const offscreenCanvas = event.data.canvas;
  const ctx = offscreenCanvas.getContext('2d');

  // 在 OffscreenCanvas 上进行渲染
  ctx.fillStyle = 'red';
  ctx.fillRect(0, 0, 200, 100);

  // 将渲染结果传递回主线程
  const bitmap = offscreenCanvas.transferToImageBitmap(); // 将 OffscreenCanvas 转换为 ImageBitmap
  self.postMessage(bitmap, [bitmap]);
};

代码解释

在主线程中，我们首先将 <canvas> 元素的控制权转移到 OffscreenCanvas，然后将 OffscreenCanvas 传递给 Web Worker。
在 Web Worker 中，我们获取 OffscreenCanvas 的渲染上下文，进行渲染，然后将渲染结果转换为 ImageBitmap。
ImageBitmap 是一种可以高效传递图像数据的对象。我们将 ImageBitmap 传递回主线程，然后在主线程中将 ImageBitmap 绘制到主 <canvas> 元素上。

注意事项

transferControlToOffscreen() 方法只能调用一次。
传递 OffscreenCanvas 或 ImageBitmap 时，需要使用 postMessage 的第二个参数，指定需要转移所有权的 Transferable 对象。
在 Web Worker 中，self 指的是 Web Worker 自身。

第四部分：状态管理的最佳实践

在复杂的应用中，状态管理是一个非常重要的问题。在使用 OffscreenCanvas 时，我们需要考虑如何在主线程和 Web Worker 之间同步状态。

常见问题

频繁的消息传递： 如果每次渲染都需要传递大量的数据，会导致性能问题。
状态不一致： 如果主线程和 Web Worker 之间状态不一致，会导致渲染错误。

最佳实践

减少消息传递的频率： 尽量将需要传递的数据量降到最低。可以考虑只传递需要更新的部分数据。
使用不可变数据： 使用不可变数据可以避免状态被意外修改。
使用状态管理库： 可以使用一些状态管理库，如 Redux 或 Vuex，来简化状态管理。
双缓冲技术：使用双缓冲技术，即一个 OffscreenCanvas 用于渲染，另一个 OffscreenCanvas 用于显示，可以避免渲染过程中的闪烁。

状态管理表格示例

状态类型	描述	同步方式	优点	缺点
全局配置	画布尺寸、背景颜色等	初始化时传递，后续通过消息传递更新	易于管理，配置统一	频繁更新可能导致性能问题
渲染数据	需要绘制的图形数据、纹理数据等	按需传递，只传递变化的部分	减少消息传递的数据量，提高性能	需要更精细的状态管理
渲染状态	当前的渲染模式、变换矩阵等	每次渲染前传递，或使用共享内存	保证渲染状态一致性，避免渲染错误	增加了消息传递的开销，或引入了共享内存的复杂性
用户交互状态	鼠标位置、键盘输入等	主线程处理，并通过消息传递通知Worker	保证用户交互的响应速度	需要同步用户交互状态

第五部分：高级技巧

使用 SharedArrayBuffer： SharedArrayBuffer 是一种可以在主线程和 Web Worker 之间共享内存的机制。使用 SharedArrayBuffer 可以避免消息传递的开销，从而提高性能。但是，使用 SharedArrayBuffer 需要小心，因为它可能会导致数据竞争的问题。
使用 Atomics： Atomics 提供了一组原子操作，可以用于在 SharedArrayBuffer 上进行线程安全的读写操作。
使用 Comlink： Comlink 是一个库，可以简化 Web Worker 的使用。它可以让你像调用普通函数一样调用 Web Worker 中的函数。

第六部分：总结

OffscreenCanvas 是一个强大的工具，可以让你在 Web Worker 中进行渲染，从而避免页面卡顿。但是，使用 OffscreenCanvas 需要注意状态管理和性能优化。希望今天的讲座能帮助你更好地理解和使用 OffscreenCanvas。

好了，今天的分享就到这里。大家有什么问题可以提出来，我们一起讨论。谢谢！

发表回复 取消回复

发表回复取消回复