ECMAScript 2017 中引入的 Atomics 对象:永久解决 Web Workers 中的内存协调问题

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随着现代 Web 应用的复杂度不断提升,Web 开发者们特别是前端开发者们越来越需要面对处理大规模数据和并发任务的问题。Web Workers 是一种重要的解决方案,它允许 JavaScript 程序在后台开启新的线程执行任务,从而能够避免 UI 界面卡顿和阻塞。然而,Web Workers 和主线程之间的通信和内存协调并不容易,这给开发者们带来了很大的麻烦。而在 ECMAScript 2017 中引入的 Atomics 对象,则提供了一种全新的解决方案,让 Web Workers 中的内存协调问题可以得到彻底的解决。

Atomics 对象的作用和意义

Atomics 对象是 ECMAScript 2017 中新加入的一个全局对象,提供了一系列原子操作函数,用于在多个线程之间操作共享内存。这些原子操作函数可以保证多个线程在执行同一段共享内存的代码时,不会抢夺或破坏对方的数据,避免了经典的同步问题,同时也提升了线程安全性和性能。因此,Atomics 对象在 Web Workers 引入同步共享内存的情况下成为了很有价值的一个 API。

为了更好地理解 Atomics 对象的作用和意义,可以看以下的示例代码:

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在以上的代码中,创建了一个 SharedArrayBuffer 对象来存储一个 32 位整数数组。通过 Atomics.add() 函数对数组的第 0 个元素做了一个原子加 1 的操作,然后将整个数组作为请求体发送到 /compute 接口中,目的是让另一个线程去完成计算任务。在另一个线程中,可以使用类似以下的代码来获取 buffer 对象:

body[0] 表示引用共享内存中的第 0 个元素,若在读取 body[0] 的时候,另一个线程正在执行原子操作,那么 Atomics.add() 函数就会先完成,但是第二个线程执行 body[0] 的操作是在 Atomics.add() 函数之后,所以还是能保证数据准确性。

从上面的示例代码可以看出,使用 Atomics 对象来进行多线程的内存协调,能够更好地保证数据的安全性和正确性,减少了多线程的竞争和冲突。因此,Atomics 对象对于 Web Workers 来说,是一个非常有价值的补充。

Atomics 对象中的原子函数

Atomics 对象中提供了多种原子操作函数,主要包括:

  • add() / sub():原子加 / 减操作,支持 32 位和 64 位整数类型的操作;
  • and() / or() / xor():按位与 / 或 / 异或原子操作;
  • load():原子读取共享内存中的值;
  • compareExchange():原子比较和交换操作;
  • exchange():替换共享内存中的值;
  • wait() / wake():原子等待和唤醒操作。

这些原子函数的具体用法和使用方法都非常丰富和灵活,需要根据具体的实际情况来进行判断和使用。

Atomics 对象和 Web Workers 的示例

下面以一个实际的示例来介绍 Atomics 对象在 Web Workers 中的使用方法和技巧。

假设现在有这样一个计算任务:通过 Web Workers 计算一个 10000 位的斐波那契数列,在计算过程中,每一步需要将当前位置的值与前一个位置的值相加,然后将相加后的结果写入到当前位置,直到得到第 10000 位的数值。这个计算任务的算法比较简单,但是实现起来需要用到 Web Workers 来分离计算任务和 UI 操作。

以下是实现计算任务的示例代码:

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在主线程中,首先创建了一个 SharedArrayBuffer 对象来存储斐波那契数列的每一个数值;然后创建了一个 Worker 对象,将 buffer 发送给 Worker 作为计算任务的初始值。在 Worker 中,通过 onmessage 事件接收主线程发送的共享内存,然后通过 Atomics.add() 函数对数组中的每一个位置做原子加操作,最后将计算后的值作为共享内存再次发送回主线程。

以上的代码仅仅是一个粗略的示例,实际应用中还需要做更多的处理和优化工作,例如加入计算中断和错误处理、启用多个 Web Workers 并行计算等等。

总结

Atomics 对象作为 ECMAScript 2017 中的全新标准 API,为 Web Workers 中的内存协调问题提供了全新的解决方案。通过 Atomics 对象提供的原子函数,开发者们可以更好地保证多个线程之间的数据安全性和正确性,避免了线程竞争和冲突的问题,同时提升了多线程计算的性能和效率。

对于前端开发者而言,学习如何在 Web Workers 中使用 Atomics 对象,对于理解多线程编程思想、提升并发能力、优化 Web 应用性能等方面都有很大的指导意义,值得深入学习和应用。

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