解密 Angular WebWorker Renderer (一)

先来做个对比

开发框架版本：Angular 4.x

项目地址：Charway/angular-webworker-renderer-demo

运行结果：传统的UI线程渲染效果（上图），使用WebWorker线程渲染（下图）

从动图中很明显可以看出，使用了WebWorker Renderer渲染的页面运行流畅，没有卡顿。

简单介绍下Web WokerWeb Workers是一种机制，通过它可以使一个脚本操作在与Web应用程序的主执行线程分离的后台线程中运行。这样做的优点是可以在单独的线程中执行繁琐的处理，让主（通常是UI）线程运行而不被阻塞/减慢。 —— Web Workers API from MDN

简单来说，在出现WebWoker之前，Web开发人员无法手动在浏览器中创建线程，而出现WebWoker之后，Web开发人员可以进入多线程开发Web项目了。

Web Worker的优势

下面根据AngularConf的YouTube视频（见参考）中的内容总结了下使用WebWorker的优势：

• 运行过程中不会阻碍主线程（UI渲染线程）的运行，特别适合执行计算密集型的程序
• WebWorker线程可跨窗口或frames（使用SharedWorker）
• 使用WebWorker后能更优雅地执行测试过程（一些脱离可DOM操作的测试）
• 兼容性（IE 10+）
• 更高效地利用电量

对于最后一点的解释，应该先转化为另外一个问题，一些计算密集型的程序为什么不在服务端执行完毕后返回给前端？这在视频中也给出了解释，作者总结了一句话：It costs more to transmit a byte than to compute it，意思是传输一个byte比计算出一个byte的消耗更大。为什么呢？自己想吧

Web Worker可能的使用场景

那么真的有这么多应用场景吗？以下列举了几个场景：

• 解析一个庞大的JSON结构
• 图片／音频处理
• 大规模数据可视化

仔细想一想，这样的场景还是很特殊的，可能在实际的应用中并不多见。那么，在目前的主流前端框架是否有利用到WebWorker的特性来帮助其提升性能呢？经过调研，调研的部分都还在探索阶段，比如在React框架中的探索，Parashuram在2016年发布了文章《Using Webworkers to make React faster》，文章是关于如何利用Webworker提升React的渲染速度，主要是把Virtual DOM的相关计算过程（如diff算法）放入WebWorker线程，从结果可以看出，在Benchmark的对比下，使用WebWorker的一方帧率有所提高，感兴趣的同学可以查看其演示示例和项目地址。这里再忍不住要引用作者的一张图（如下图所示，纵轴是帧率，横轴是节点的个数），简要展示下React项目在使用WebWorker的情况下，性能的提升效果。

（图片来源：Using Webworkers to make React faster）

那么WebWorker已经面世这么久了，各大浏览器支持也跟上了，为何其应用场景或者与主流框架的结合并没有很多见？我想可能与以下几点WebWorker的缺点相关：

• 在Webworker线程中无法访问DOM节点
• 无法与UI线程共享内存
• 与UI线程通讯的信息需要序列化
• 线程间通讯不可避免的并发问题

虽然如此，Angular背后的Google团队已经开始尝试打破这些限制，并已经在Angular 2.x中得进行了尝试（WebWorker Renderer），虽然到了目前的Angular 4.x在源码中仍标识为@experimental，但相信其在将来会成为Angular框架的标配。接下来的文章内容，会分析到在Angular框架中Webworker Renderer是如何工作的，包括如下三个要点：

• 通讯信息如何序列化与反序列化？内存数据如何共享？
• 如何打破Webworker线程不能操作DOM节点的局限？
• 如何处理并发？

希望你能带着这三个问题阅读完以下的篇幅。

先感受一下

图中显示的基本是整个UI线程与WebWorker线程通讯的过程，给你来个初步的影响，可以帮助你在阅读后续内容时有个整体观的把控，图中涉及的类、方法以及过程，在接下来的文章中会一一介绍到。

介绍几个基本的类

先来看看这个RenderStroe类，在Angular是被标识为@Injectable()的可注入类，其中nextIndex是一个自增的索引号，通过allocateId函数递增分配。store和remove函数是对lookupById和_lookupByObject两个Map类型的容器进行新增和删除操作，其中的传入的id参数作为唯一的索引号（通过allocateId函数分配而来）。最后deserialize和serialize方法分别是根据id取出内容和根据内容取出id。这意味中在RenderStore中序列化就是将对象转换成一个唯一数字，而相对应的反序列化就是将数字转换为一个对象。

这样一来一个被普遍使用的RenderStore类就介绍完毕了，它承担了线程间数据信息通讯消息存储和序列化／反序列化的重要工作。总的来说，就是将需要传输的内容对象与一个索引号对应起来，实现序列化和反序列化的过程。这个类会穿梭于整个工作流程，经常会注入到其他关键类中，是UI线程与WebWorker线程公用的类，两端共同维护相同的一个副本，间接到达线程间数据共享的目的。

通过这个RenderStore类，我们已经可以解决之前提出第一个问题，放张动图大家先消化消化。聪明的你可能会有以下几个疑问：

• Object对象里存的到底是什么东西？
• 难倒只能由WebWorker线程向UI线程单向地发送同步RenderStore数据的指令？

不慌，我们接下去讲。

这个Serializer类主要用于WebWoker线程与UI主线程之间通讯的时候，提供消息信息序列化和反序列化的操作，其实还是主要依赖于RenderStore提供的方法。

该类定义了序列化的类型，对于string，number，boolean类型，即PRIMITIVE类型，是不需要序列化/反序列化的。通过代码枚举得知，操作支持如下几种类型：

enum SerializerTypes {    // RendererType2    RENDERER_TYPE_2,    // Primitive types，such as string，number，boolean    PRIMITIVE,    // An object stored in a RenderStore    RENDER_STORE_OBJECT,}

对各个具体的类型是如何序列化的，做了如下说明：

• PRIMITIVE类型（原始类型），serializer方法不做任何处理，直接返回；
• Array类型，使用map方法对数组中的每一项再serializer，然后返回；
• RENDER_STORE_OBJECT类型，通过RenderStore类中的serialize方法序列化后返回；
• RENDERER_TYPE_2类型，通过调用_serializeRendererType2方法处理后返回；
• RenderComponentType类型，通过调用_serializeRenderComponentType方法处理后返回；
• LocationType类型，通过调用_serializeLocation方法处理后返回；

其中，RenderComponentType, RendererType2类型是@angular/core中定义的，两者都是Angular编译器中对DOM节点进行渲染处理时定义的类型，这里不多做阐述。LocationType类型是针对浏览器的路由操作（windows.locaion.*）进行的包装，包含href，protocol，host，hostname，port等，容易理解。

此外，serializeRendererType2和serializeRenderComponentType方法体中也是根据序列化对象的结构再进行拆分对待，并继续调用serialize方法处理。比如_serializeRendererType2方法中是这样的：

private _serializeRendererType2(type: RendererType2): {[key: string]: any} {    return {      'id': type.id,      'encapsulation': this.serialize(type.encapsulation),      'styles': this.serialize(type.styles),      'data': this.serialize(type.data),    };}

从代码中可以看出，通讯信息的序列化／反序列化过程其实就是主要针对string，number，boolean类型(PRIMITIVE类型)和RENDER_STORE_OBJECT类型在作处理，前者不需要序列化／反序列化，后者通过RenderStore提供的方法进行处理。

是时候回答下之前提出的问题：RenderStore中存的Object对象到底是哪些？RENDER_STORE_OBJECT类型是指哪些类型呢？

• WebWorkerRenderer2类型，继承自Renderer2类（该类是Angular的核心类，用于操作DOM相关，这里就不啰嗦了）
• WebWorkerRenderNode类型，该类有且只有一个类型为NamedEventEmitter的成员变量events

于是，这里就不得不提到NamedEventEmitter类，这个类维护了一个Map类型的容器_listener，存储了事件名称和对应的方法，并提供新增（listen）、删除（unliten）以及触发事件的方法（dispatchEvent）。

由此可见，事件的定义、维护和触发在整个线程间通讯中至关重要。

再说说与通讯相关的类

根据官方远源码介绍，MessageBus类是一个低级别的API，是一个抽象类，主要用于UI主线程与WebWorker线程的通信相关。而双方的通信是基于通道（channel），通道的两端分别是MessageBusSink（信息流出）和MessageBusSource（信息流入），后续会细说到。类中提及的Zone是Angular的魔法，由于对与本文内容的理解不受影响，因此不做过多阐述，如感兴趣请自行查看。

首先是来列举下Angular中定义的三种通道的类型，三种通道负责不同的工作，分为渲染、事件和路由。

// DOM渲染通道export declare const RENDERER_2_CHANNEL = "v2.ng-Renderer";// DOM事件通道export declare const EVENT_2_CHANNEL = "v2.ng-Events";// 路由通道export declare const ROUTER_CHANNEL = "ng-Router";

接下来具体讲下PostMessageBus类，作为MessageBus抽象类的一个实现，类结构如下图所示。

该类的两个公共成员变量分别是source（PostMessageBusSource类型，是MessageBusSource类的一实现类）和sink（PostMessageBusSink类型，是MessageBusSink的实现类），可以解释为水源和水槽。可以这么理解，信息好比是水，可以通过水槽流出，也可以流入到水源中。

类中的initChannel方法对这通道进行初始化，其中有2个的关键点：1）每个通道的实例最多只能有三个不同的通道类型；2）Channel通道信息初始化时候包含了一个EventEmitter类的实例对象，在Sink通道初始化的时候还会对其进行了订阅操作，触发后会执行相应的sendMessage操作，这个发送信息的方法的实现主要是通过该类的构造函数中传入，后面会有所介绍。

另外需要介绍一下PostMessageBusSource类，该类在构造函数中会对Worker对象通过addEventListener方法监听message事件，这个过程能监听信息接收的事件，并且做相应的信息处理的操作，即通过EventEmitter类的emit方法来触发相应的订阅事件。

首先介绍一下WebWorkerRendererFactory2类，从类名中可以解释为WebWorker渲染工厂,在Angular中也被标为@Injectable()类型，其构造函数中依赖ClientMessageBrokerFactory, MessageBus，Serializer， RenderStore类的注入，并对其初始化，如下：

this._messageBroker = messageBrokerFactory.createMessageBroker(RENDERER_2_CHANNEL);bus.initChannel(EVENT_2_CHANNEL);const source = bus.from(EVENT_2_CHANNEL);source.subscribe({next: (message: any) => this._dispatchEvent(message)});

从构造函数中能了解到，主要依赖注入类的作用。首先通过ClientMessageBrokerFactory创建了通道为RENDERER_2_CHANNEL的代理人，虽然还未具体解释ClientMessageBroker类的作用，但从类命名中就可以了解到它的作用就是作为与UI线程通讯的中间代理人，在该类中负责向UI线程传输DOM节点渲染的工作，这个会在后续会详细介绍。另外，通过自身的MessageBus创建了EVENT_2_CHANNEL通道，并且对信息源做了subscribe的订阅操作，即当UI线程DOM事件触发时，该MessageBus的Source会接收到信息，并触发相应的_dispatchEvent函数操作，在WebWorker层中做相应的处理。