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[導(dǎo)讀]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。對此,本文詳細(xì)描述了其原理。

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:

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

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

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

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:

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

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 = new HashMap();

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:

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

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:

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

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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