單線程也能開發(fā)異步任務(wù)？ACE JS框架到底是如何做到的
HarmonyOS 2提供了兩種應(yīng)用開發(fā)語言：Java和JS。Java線程特性能夠讓多任務(wù)并行，充分利用硬件資源開發(fā)出高性能的應(yīng)用。而JS卻是一個單線程語言，無法像Java一樣創(chuàng)建新的Thread，用JS語言開發(fā)是否會導(dǎo)致硬件資源無法充分利用的情況呢？
本文給大家介紹“ACE JS的單線程異步機(jī)制”就是解決這個問題的。然而，說到“單線程”與“異步”，大家可能會比較疑惑，因?yàn)閱尉€程和異步在概念上是沖突的，單線程無法做到多任務(wù)并發(fā)，也就不會存在異步這種通信機(jī)制。
確實(shí)，JS語言本身是無法實(shí)現(xiàn)異步的，但是ACE JS框架卻提供了多線程的宿主環(huán)境，通過消息通信機(jī)制讓JS語言有了異步的屬性，下面我們來詳細(xì)描述其原理。
ACE開發(fā)框架
使用JS開發(fā)HarmonyOS應(yīng)用，使用的開發(fā)框架名為ACE（Ability Cross-Platform Environment），該框架適用于手機(jī)、平板、智慧屏、智慧表、車機(jī)等設(shè)備，具備“一次開發(fā)，多端部署”的能力。
ACE框架包括應(yīng)用層（Application）、前端框架層（Framework）、引擎層（Engine）和平臺適配層（Porting Layer），如下圖所示：
● Application
應(yīng)用層表示開發(fā)者使用JS UI框架開發(fā)的FA應(yīng)用，這里的FA應(yīng)用特指JS FA應(yīng)用。
● Framework
前端框架層主要完成前端頁面解析，以及提供MVVM（Model-View-ViewModel）開發(fā)模式、頁面路由機(jī)制和自定義組件等能力。
● Engine
引擎層主要提供動畫解析、DOM（Document Object Model）樹構(gòu)建、布局計算、渲染命令構(gòu)建與繪制、事件管理等能力。
● Porting Layer
適配層主要完成對平臺層進(jìn)行抽象，提供抽象接口，可以對接到系統(tǒng)平臺。比如：事件對接、渲染管線對接和系統(tǒng)生命周期對接等。
ACE開發(fā)框架的線程模型
每個HarmonyOS JS應(yīng)用，都是通過上圖所示的ACE開發(fā)框架進(jìn)行加載渲染的。ACE開發(fā)框架包含了JS線程、UI線程、GPU線程、IO線程，并且在ACE框架外還會存在一類后臺任務(wù)線程。
其中GPU線程與IO線程主要是ACE框架初始化與頁面加載渲染的過程需要的，為ACE框架內(nèi)部的專有線程，不會被應(yīng)用直接操作到，應(yīng)用不需要特別關(guān)注；UI線程、JS線程和后臺任務(wù)線程會與應(yīng)用開發(fā)代碼相關(guān)，后面著重分析這三個線程的作用和關(guān)系。
● UI線程：負(fù)責(zé)應(yīng)用界面的繪制刷新，與應(yīng)用的進(jìn)程號相同，又叫主線程。如果開發(fā)JS+JAVA的混合編程，JAVA PA（Particle Ability）的onStart/onConnect等Ability生命周期回調(diào)便是運(yùn)行在主線程，若在這些生命周期回調(diào)上執(zhí)行耗時操作則會導(dǎo)致JS UI的繪制刷新卡住。
● JS線程：應(yīng)用的JS代碼會被JS引擎解析執(zhí)行，并運(yùn)行在JS線程上，而JS又是單線程語言，所以目前我們工程中看到的所有的JS代碼都會執(zhí)行在這個進(jìn)程下唯一的JS線程上。
● 后臺任務(wù)線程：這里是對ACE框架外部的后臺線程的一個統(tǒng)稱，并不單指一個線程，也并不唯一。后臺任務(wù)線程包含了Java PA線程、文件操作API、網(wǎng)絡(luò)訪問API內(nèi)部實(shí)現(xiàn)等相關(guān)線程。
下面我們結(jié)合測試代碼來看一下這3個線程之間的關(guān)系。
JS線程與UI線程的關(guān)系
為了驗(yàn)證JS線程與UI線程的關(guān)系，我們準(zhǔn)備了一個實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的Demo，主要代碼以及運(yùn)行過程的Log如下：
首先我們在IDE建立一個Empty Ablity（JS）模板的HelloWorld工程，在生命周期、按鈕響應(yīng)回調(diào)方法里增加Log以觀察線程情況。剛創(chuàng)建的app.js中Application生命周期默認(rèn)已經(jīng)有Log，無需額外添加。
我們只需要在主界面index.js文件中onInit增加日志：
console.info('page.default onInit');
然后在index.hml中增加一個button以及會一直進(jìn)行動畫的progress組件：
<button id='button1' onclick="onButtonClick">I'm a button</button>
<progress type="circular"/>
最后在index.js中增加按鈕點(diǎn)擊響應(yīng)事件以及Log，并且嘗試sleep阻塞js線程：
function sleep(delay) {
for (var t = Date.now(); Date.now() - t <= delay; );
}
onButtonClick() {
console.info('onButtonClick begin');
sleep(1000);
console.info('onButtonClick end');
}
將應(yīng)用運(yùn)行起來，點(diǎn)擊兩次按鈕，得到如下Log：
從輸出的Log中，我們可以看到這個JS FA進(jìn)程號為22592，也就是說UI線程是22592；生命周期回調(diào)以及按鈕響應(yīng)均在24077線程，這個就是JS線程，所以JS線程與UI線程不是同一個線程。
并且我們嘗試通過sleep方法阻塞JS線程，想觀察JS線程阻塞是否會影響到UI線程的刷新。最終得出的結(jié)論是無論JS線程sleep多長時間，UI界面上的progress組件動畫一直會不斷刷新，按鈕也會有按壓效果變化，所以我們可以推測JS線程與UI線程的相互調(diào)用應(yīng)該是通過某種消息機(jī)制完成的，而不是阻塞式的調(diào)用。
JS線程與后臺任務(wù)線程的關(guān)系
ACE JS框架提供了JS FA（Feature Ability）調(diào)用Java PA（Particle Ability）的機(jī)制，該機(jī)制提供了一種通道來傳遞方法調(diào)用、處理數(shù)據(jù)返回以及訂閱事件上報。我們同樣制作一個Demo來驗(yàn)證JS線程與Java PA線程的關(guān)系：
在JS中，我們通過FeatureAbility.callAbility拉起并調(diào)用了名為一個類名為ServiceAbility的Java PA，并拿到返回結(jié)果：
var action = {};
action.bundleName = 'com.blancwu.test';
action.abilityName = 'com.blancwu.test.ServiceAbility';
action.messageCode = 1001;
action.abilityType = 0;
action.syncOption = 0;
console.info('FeatureAbility.callAbility begin' + JSON.stringify(action));FeatureAbility.callAbility(action).then(function (value) {
console.info('FeatureAbility.callAbility async result ' + JSON.stringify(value));
})
console.info('FeatureAbility.callAbility end' + JSON.stringify(action));
在ServiceAbility的onRemoteRequest中增加Log輸出，并sleep 1秒鐘，以便觀察線程情況與之間關(guān)系：
@Override
public boolean onRemoteRequest(int code, MessageParcel data, MessageParcel reply, MessageOption option) throws RemoteException {
HiLog.info(LABEL_LOG, "onRemoteRequest begin " + code);
if (code == 1001) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
Map
result.put("result", 1);
reply.writeString(ZSONObject.toZSONString(result));
}
HiLog.info(LABEL_LOG, "onRemoteRequest end " + code);
return super.onRemoteRequest(code, data, reply, option);
}
以上代碼完成后，我們進(jìn)行執(zhí)行，得到的Log如下：
我們觀察到本次運(yùn)行主進(jìn)程（UI線程）號為4133，JS代碼執(zhí)行在JS線程5887，Java PA響應(yīng)onRemoteRequest執(zhí)行在另一個后臺任務(wù)線程5837。通過Log我們看到onRemoteRequst即使阻塞了后臺任務(wù)線程1s也不會影響JS線程的并行執(zhí)行以及主線程（UI線程）上動畫的刷新，做到了JS線程與后臺任務(wù)線程異步地執(zhí)行事務(wù)。
JS線程的異步機(jī)制
上面從代碼實(shí)驗(yàn)角度觀察到了JS線程與其他線程的異步關(guān)系，那么JS線程是怎么處理來自其他多個線程的調(diào)用的呢？我們先來看一下傳統(tǒng)的瀏覽器環(huán)境下的機(jī)制：
上圖中，JS線程中的函數(shù)調(diào)用會存在于棧（stack）中，棧中的函數(shù)可以調(diào)用瀏覽器環(huán)境提供的WebAPIs，包含了DOM、ajax、timeout等API，這些API會在瀏覽器環(huán)境提供的另外一個外部線程執(zhí)行，執(zhí)行完成后會在任務(wù)隊列（callback queue）中加入對應(yīng)的回調(diào)事件（如onClick、onLoad、onDone）。當(dāng)棧中的代碼執(zhí)行完畢，即棧清空后，JS線程又會通過event loop取出任務(wù)隊列中的下一個任務(wù)進(jìn)行執(zhí)行，以此類推完成整個的程序執(zhí)行。更具體的機(jī)制可以去看阮一峰老師介紹JS EventLoop的文章：
● JS EventLoop介紹
http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/10/event-loop.html
HarmonyOS ACE開發(fā)框架同樣遵循上述最基本的EventLoop調(diào)度機(jī)制，并且提供了更多的機(jī)制和API，讓業(yè)務(wù)邏輯可以在外部線程執(zhí)行，包含了上面提到的Java PA以及異步回調(diào)的系統(tǒng)能力API。其中，異步回調(diào)的系統(tǒng)能力API包含如文件系統(tǒng)操作和網(wǎng)絡(luò)操作等，具體大家可以按照我們實(shí)驗(yàn)Demo的方法去嘗試一下。
● 參考
https://developer.harmonyos.com/cn/docs/documentation/doc-references/js-apis-file-storage-0000000000629445
未來發(fā)展的展望
目前ACE JS應(yīng)用內(nèi)實(shí)現(xiàn)多線程的最佳方式是通過混合編程調(diào)用Java PA方式，但未來純JS應(yīng)用一定會越來越多，那么，只支持單線程的JS ACE框架的異步API能解決各種復(fù)雜場景的問題嗎？
單線程的JS加上異步API能夠很好解決單個I/O阻塞的問題，但是如果遇到大量的I/O事件，比如批刪除大量文件，通過for循環(huán)發(fā)起了大量異步任務(wù)，也會降低執(zhí)行效率，甚至阻塞其他異步任務(wù)的執(zhí)行。并且如果要使用JS語言開發(fā)計算密集型的任務(wù)，也無法在唯一的JS線程上進(jìn)行。
這時就需要一個真正的JS多線程處理機(jī)制了，雖然目前HarmonyOS 2還未支持，但未來HarmonyOS會考慮規(guī)劃出與HTML5類似提供支持WebWorker機(jī)制，支持開發(fā)出多線程的JS代碼，提供給應(yīng)用開發(fā)者更多的發(fā)揮空間。
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