掌握 JavaScript 中的 Web Worker：完整指南

在當今複雜、功能豐富的 Web 應用程式世界中，效能是重中之重。 JavaScript 雖然功能強大，但它是單線程的，這意味著它一次只能執行一項任務。這種限制可能會導致效能瓶頸，尤其是在執行影像處理或大型運算等密集任務時。

輸入Web Workers – 一項允許 JavaScript 開發人員在後台執行緒中執行腳本的功能。 Web Workers 提供了一種從主執行緒卸載繁重運算的機制，確保您的應用程式保持回應。

在本文中，我們將深入探討 Web Workers、它們的好處、實際用例和實作策略。最後，您將了解如何在 Web 開發專案中充分發揮 Web Workers 的潛力。

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什麼是網路工作者？

Web Workers 是現代 Web 瀏覽器的功能，可讓您在背景執行 JavaScript 程式碼，與主執行緒分開。這意味著您可以在不阻塞使用者介面 (UI) 的情況下執行繁重的任務，從而使應用程式更流暢、更快。

Web Workers 是 HTML5 Web API 的一部分，並在大多數現代瀏覽器中廣泛支援。

Web Worker 的主要特點：

1. 多執行緒：在並行執行緒中執行任務。
2. 非阻塞 UI：執行繁重計算時保持 UI 回應。
3. 上下文隔離：工作執行緒在自己的全域上下文中運行，與主執行緒分開。
4. 基於訊息傳遞的通訊：使用訊息傳遞系統在主執行緒和工作執行緒之間進行通訊。

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網路工作者的類型

Web Workers 分為三種主要類型：

1. 專用工人：專門為一個腳本提供服務的單一工人。
2. 共用 Workers：可以在多個腳本之間共用的 Worker。
3. Service Workers：一種特殊類型的工作人員，主要用於攔截網路請求和啟用離線功能（例如漸進式 Web 應用程式）。

在本指南中，我們將重點放在Dedicated Workers，因為它們是最常用的。

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如何使用網路工作者

1. 建立一個基本的 Web Worker

要建立 Web Worker，請依照下列步驟操作：

第 1 步：建立 Worker 腳本

為您的工作人員建立一個單獨的 JavaScript 檔案。例如，worker.js：

// worker.js
self.onmessage = function (event) {
  console.log('Message received from main thread:', event.data);

  // Perform heavy computation
  const result = event.data * 2;

  // Send result back to main thread
  self.postMessage(result);
};

這裡，onmessage 事件處理程序偵聽來自主執行緒的訊息，處理它們，並使用 postMessage 發送回應。

第 2 步：在主腳本中使用 Worker

在主 JavaScript 檔案中：

// main.js
if (window.Worker) {
  // Create a new Web Worker
  const myWorker = new Worker('worker.js');

  // Send data to the worker
  myWorker.postMessage(10);
  console.log('Message sent to worker');

  // Receive data from the worker
  myWorker.onmessage = function (event) {
    console.log('Message received from worker:', event.data);
  };

  // Handle worker errors
  myWorker.onerror = function (error) {
    console.error('Error from worker:', error.message);
  };
} else {
  console.log('Web Workers are not supported in this browser.');
}

結果：

• 主腳本將數字10傳送給worker。
• 工人將數字加倍並發回 20。
• 結果顯示在控制台中。

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2. 終止Web Worker

當worker的工作完成後，你應該終止它以釋放資源。

myWorker.terminate();
console.log('Worker terminated');

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3. 處理工人的錯誤

可以使用 onerror 事件擷取 Web Worker 中的錯誤：

myWorker.onerror = function (error) {
  console.error('Error from worker:', error.message);
};

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Web Worker 的實際用例

1. 大量計算

Web Workers 非常適合執行 CPU 密集運算，例如處理大型資料集、數學計算或科學模擬。

範例：斐波那契數列計算

工作腳本（worker.js）：

self.onmessage = function (event) {
  const num = event.data;
  const fib = (n) => (n <= 1 ? n : fib(n - 1) + fib(n - 2));
  const result = fib(num);
  self.postMessage(result);
};

主腳本（main.js）：

const worker = new Worker('worker.js');
worker.postMessage(40); // Calculate the 40th Fibonacci number

worker.onmessage = function (event) {
  console.log('Result:', event.data);
  worker.terminate(); // Terminate the worker after use
};

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2. 影像處理

Web Workers 可以處理影像壓縮或操作等任務，而無需凍結主執行緒。

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3. 即時數據處理

Web Workers 非常適合即時數據分析，例如 IoT 應用程式中的 WebSocket 資料流或感測器讀取。

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Web Worker 的局限性

雖然 Web Workers 很強大，但它們也有一些限制：

• 有限上下文:
  Workers 無權存取 DOM、視窗物件或文件等父物件。

• 大量資源使用：
  每個工作線程都會產生一個新線程，該線程會消耗記憶體。

• 非同步通訊:
  主執行緒和工作執行緒之間的通訊可能會引入延遲。

• 瀏覽器支援：
  雖然現代瀏覽器支援 Web Worker，但它們可能無法在舊版瀏覽器中運作。

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偵錯 Web Worker

要偵錯 Web Worker，請使用瀏覽器的開發人員工具。 Web Workers 有自己專用的偵錯選項卡，您可以在其中檢查其執行情況。

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使用 Web Worker 的最佳實踐

1. 保持工作腳本輕量級

   • 避免臃腫的腳本以減少資源使用。

2. 不需要時解僱工人

   • 總是在工人完成任務後解僱他們。

3. 最小化通訊開銷

   • 限制執行緒之間交換訊息的大小和頻率。

4. 使用轉譯器來實現相容性

   • 如果使用現代 JavaScript 功能，請透過轉譯程式碼來確保相容性。

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結論

Web Workers 是現代 Web 開發的強大工具，使開發人員能夠減輕繁重的任務並保持應用程式的回應能力。無論您是處理大型資料集、處理即時資料流還是執行影像操作，Web Workers 都可以顯著提高應用程式的效能和使用者體驗。

透過了解它們的局限性並採用最佳實踐，您可以在專案中充分利用 Web Workers。從今天開始嘗試，您的應用程式將比以往表現得更好！

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進一步閱讀

• MDN Web 文件：Web Workers

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