JavaScript内核与高级编程之:`JavaScript`的`MessageChannel`:其在 `Web Worker` 之间点对点通信的原理。

各位靓仔靓女,晚上好!我是今晚的讲师,接下来咱们聊聊JavaScript里一个有点意思,但平时不怎么被“宠幸”的家伙——MessageChannel

这玩意儿,就好比你和隔壁老王(假设你们住在不同的Web Worker里)之间架设了一条专用“秘密通道”,你们可以直接点对点地“窃窃私语”,而不用通过中间人(例如主线程)来传话。

一、MessageChannel 是个啥?

简单来说,MessageChannel 是一个接口,它允许创建两个端口 (MessagePort 对象),这两个端口可以互相发送消息。你可以把一个端口给一个 Web Worker,把另一个端口留在主线程里,或者干脆都扔给不同的 Worker,让它们直接沟通。

想象一下,你和老王都有一部对讲机,你们可以直接用对讲机交流,而不用每次都跑到楼下喊话,省时省力,还避免了被楼里其他人偷听(理论上)。

二、MessageChannel 的基本用法

  1. 创建 MessageChannel 对象:

    const channel = new MessageChannel();

    这就像你买了一对对讲机。

  2. 获取两个端口:

    const port1 = channel.port1;
    const port2 = channel.port2;

    这就是两部对讲机,你可以把一部给老王,自己留一部。

  3. 监听端口上的消息:

    port1.onmessage = (event) => {
        console.log("Port 1 收到消息:", event.data);
    };
    
    port2.onmessage = (event) => {
        console.log("Port 2 收到消息:", event.data);
    };

    这相当于你打开了对讲机的监听功能,准备接收老王的消息。

  4. 发送消息:

    port1.postMessage("你好,老王!我是小明。");
    port2.postMessage("小明你好!我是老王。");

    这就是你拿起对讲机,对着麦克风说话。

  5. 启动端口(重要!):

    port1.start();
    port2.start();

    这相当于你打开对讲机的电源,让它开始工作。 如果不 start(),消息是不会被传递的。

三、Web Worker 之间点对点通信的原理

现在,我们来把 MessageChannel 应用到 Web Worker 上。假设我们有两个 Worker:worker1.jsworker2.js

  1. 主线程代码:

    const worker1 = new Worker("worker1.js");
    const worker2 = new Worker("worker2.js");
    
    const channel = new MessageChannel();
    const port1 = channel.port1;
    const port2 = channel.port2;
    
    // 将 port1 发送给 worker1
    worker1.postMessage({ port: port1 }, [port1]); // 注意:需要传递 port1 的所有权
    
    // 将 port2 发送给 worker2
    worker2.postMessage({ port: port2 }, [port2]); // 注意:需要传递 port2 的所有权
    
    // 监听 worker1 发来的消息 (可选,如果主线程也需要参与通信)
    port1.onmessage = (event) => {
        console.log("主线程收到来自 worker1 的消息:", event.data);
    };
    
    // 监听 worker2 发来的消息 (可选,如果主线程也需要参与通信)
    port2.onmessage = (event) => {
        console.log("主线程收到来自 worker2 的消息:", event.data);
    };
    
    port1.start();
    port2.start();

    这里,主线程创建了两个 Worker 和一个 MessageChannel。关键在于,我们使用 postMessageport1port2 分别发送给了 worker1worker2。注意 postMessage 的第二个参数 [port1][port2],这表示我们将 port1port2所有权转移给了 Worker。 如果不传递所有权,Worker 将无法使用这些端口。

  2. worker1.js 代码:

    let port;
    
    self.onmessage = (event) => {
        if (event.data.port) {
            port = event.data.port;
    
            port.onmessage = (event) => {
                console.log("Worker 1 收到来自 Worker 2 的消息:", event.data);
            };
    
            port.start();
    
            // 向 Worker 2 发送消息
            port.postMessage("你好,Worker 2!我是 Worker 1。");
        }
    };

    Worker 1 接收到主线程发来的消息,从中提取出 port 对象,并设置消息监听器。然后,它向 Worker 2 发送了一条消息。

  3. worker2.js 代码:

    let port;
    
    self.onmessage = (event) => {
        if (event.data.port) {
            port = event.data.port;
    
            port.onmessage = (event) => {
                console.log("Worker 2 收到来自 Worker 1 的消息:", event.data);
            };
    
            port.start();
    
            // 向 Worker 1 发送消息
            port.postMessage("你好,Worker 1!我是 Worker 2。");
        }
    };

    Worker 2 的代码与 Worker 1 类似,接收 port 对象,设置消息监听器,然后向 Worker 1 发送一条消息。

核心原理:

  • 所有权转移: postMessage 的第二个参数 [port1][port2] 至关重要。它将 port 对象的所有权从主线程转移到了 Worker。如果没有这个步骤,Worker 将无法直接使用 port 对象发送消息。你可以把这个想象成,你把对讲机送给了老王,他才能用对讲机跟你说话。
  • 点对点通信: 一旦 Worker 获得了 port 对象的所有权,它们就可以直接通过这个 port 对象进行通信,而不需要经过主线程的“中转”。
  • start() 方法: 必须调用 port.start() 方法才能启动端口,否则消息不会被传递。

四、MessageChannel 的应用场景

  1. Web Worker 之间的通信: 这是 MessageChannel 最常见的用途。例如,你可以让一个 Worker 负责处理图像,另一个 Worker 负责处理音频,然后用 MessageChannel 让它们协同工作。

  2. 主线程与 Web Worker 之间的复杂通信: 虽然主线程也可以直接与 Worker 通信,但如果通信逻辑比较复杂,使用 MessageChannel 可以简化代码,提高可维护性。

  3. 模拟事件循环: 有些库会使用 MessageChannel 来模拟事件循环,实现更高级的并发控制。

  4. 组件间的通信: 在某些复杂的应用中,不同的组件可能运行在不同的上下文中。MessageChannel 可以用于这些组件之间的通信。

五、MessageChannel 的优缺点

优点:

  • 高效: Worker 之间可以直接通信,避免了主线程的中转,提高了性能。
  • 解耦: Worker 之间的通信逻辑与主线程解耦,使代码更清晰、更易于维护。
  • 灵活性: 可以灵活地控制 Worker 之间的通信方式,实现各种复杂的协作模式。

缺点:

  • 复杂性: 相对于简单的 postMessage,使用 MessageChannel 需要更多的代码和更深入的理解。
  • 调试难度: Worker 之间的通信可能会增加调试的难度。

六、一个更复杂的例子:图像处理

假设我们有一个 Web 应用,需要对图像进行处理。我们可以将图像处理的任务交给一个 Web Worker,然后使用 MessageChannel 将处理结果返回给主线程。

  1. 主线程代码:

    const worker = new Worker("image-processor.js");
    
    const imageInput = document.getElementById("image-input");
    const processedImage = document.getElementById("processed-image");
    
    imageInput.addEventListener("change", (event) => {
        const file = event.target.files[0];
        const reader = new FileReader();
    
        reader.onload = (e) => {
            const imageData = e.target.result;
    
            const channel = new MessageChannel();
            const port1 = channel.port1;
            const port2 = channel.port2;
    
            worker.postMessage({
                image: imageData,
                port: port2
            }, [port2]);
    
            port1.onmessage = (event) => {
                processedImage.src = event.data.processedImage;
            };
    
            port1.start();
        };
    
        reader.readAsDataURL(file);
    });

    主线程监听文件上传事件,读取图像数据,创建 MessageChannel,将图像数据和 port2 发送给 Worker。然后,监听 port1 上的消息,接收处理后的图像数据,并将其显示在页面上。

  2. image-processor.js 代码:

    self.onmessage = (event) => {
        const imageData = event.data.image;
        const port = event.data.port;
    
        // 模拟图像处理
        setTimeout(() => {
            const processedImage = processImage(imageData);
    
            port.postMessage({ processedImage });
    
            port.close(); // 处理完成后关闭端口
        }, 1000);
    };
    
    function processImage(imageData) {
        // 这里可以编写实际的图像处理代码
        // 例如,使用 Canvas API 对图像进行滤镜、裁剪、缩放等操作
        // 这里为了演示,简单地将图像数据返回
        return imageData;
    }

    Worker 接收到图像数据和 port 对象,然后模拟图像处理,并将处理后的图像数据通过 port 发送给主线程。 处理完成后,调用 port.close() 关闭端口,释放资源。

七、MessageChannelBroadcastChannel 的区别

MessageChannelBroadcastChannel 都是用于通信的 API,但它们的应用场景不同。

特性 MessageChannel BroadcastChannel
通信方式 点对点 一对多(广播)
端口数量 两个(port1port2 一个
应用场景 需要两个特定实体之间进行私密通信的场景 需要向多个监听者广播消息的场景
目标 特定目标 所有监听者
是否需要启动 需要调用 start() 启动端口 不需要

你可以把 MessageChannel 想象成两部对讲机,只能两个人通话;而 BroadcastChannel 就像一个广播电台,所有收音机都能收到它的信号。

八、注意事项

  • 所有权转移: 在使用 postMessage 传递 MessagePort 对象时,一定要注意传递所有权,否则接收方无法使用该端口。
  • start() 方法: 必须调用 port.start() 方法才能启动端口,否则消息不会被传递。
  • close() 方法: 处理完成后,应该调用 port.close() 方法关闭端口,释放资源。
  • 序列化: 传递的消息必须是可序列化的,例如字符串、数字、对象等。不能传递函数或 DOM 节点。
  • 安全: 注意防范跨站脚本攻击(XSS),不要信任来自不可信来源的消息。

九、总结

MessageChannel 是一个强大的 API,可以实现 Web Worker 之间的高效、解耦的通信。虽然它的使用稍微复杂一些,但掌握它可以让你在 Web 开发中更加游刃有余。

希望今天的讲解对大家有所帮助! 如果你们以后遇到隔壁老王需要秘密交流的场景,记得想起 MessageChannel 这个好伙伴!

大家晚安!

发表回复

您的邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注