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Worker 多线程编程

简介​

在 DejaOS 中， UI 渲染和大部分业务逻辑都可以运行在同一个主线程中。如果在这个主线程上执行任何耗时的操作，例如复杂的数据处理、数据库读写或网络请求，都会导致 UI 渲染被阻塞，从而出现界面卡顿、无响应等问题，严重影响用户体验。

为了解决这个问题，DejaOS 充分利用了 QuickJS 引擎提供的 Worker 能力。Worker 是 QuickJS 中的一个重要概念，它允许开发者创建在后台运行的独立线程，将耗时任务从主线程中剥离出去。这使得主线程可以专注于处理用户交互和 UI 刷新，保持应用的流畅和响应迅速。

可以说，掌握 Worker 是开发高性能 DejaOS 应用的关键。

值得一提的是，DejaOS 的许多核心组件（例如人脸识别 dxFacial、扫码 dxBarcode 等）都依赖于高频轮询机制来获取实时动态数据（如 dxFacial.getDetectionData()）。这意味着，任何在主线程或 Worker 线程中的同步耗时操作，都会直接阻塞和延迟这些轮询调用，导致组件功能异常（例如人脸框不更新）。因此，将所有可能耗时的逻辑都封装到独立的 Worker 中，是确保这些组件正常、流畅运行的前提。

核心原则：永不阻塞事件循环

无论是主线程还是 Worker，都运行在一个单线程的事件循环模型上。严禁在任何线程中使用 while(true) 或 for(;;) 等同步死循环来等待或处理任务。

这样的代码会永久阻塞当前线程的事件循环，使其无法响应任何新的事件（如用户输入、定时器、网络消息等）。对于主线程，这意味着 UI 卡死；对于 Worker，这意味着它无法再接收任何新任务。

所有耗时或等待操作都必须通过异步、事件驱动的模式来完成，例如使用 dxStd.setInterval、dxStd.setTimeout 或事件回调。

核心概念​

1. 独立运行环境​

Worker 类似于一个线程，但更准确地说，它像一个独立的“进程”。每个通过 new Worker() 创建的 Worker 实例都是一个完全隔离的 JavaScript 运行环境（VM）。

这意味着：

  • 独立的全局作用域: 每个 Worker 都有自己的 global 对象、变量和函数，与主线程和其他 Worker 完全隔离。
  • 无共享内存: 不能直接访问或修改主线程或其他 Worker 中的变量或函数。这种设计避免了多线程编程中常见的竞态条件和死锁问题，但也对线程间的数据交换提出了要求。

2. 创建与生命周期​

  • 创建: Worker 只能由主线程创建。 
    // main.js
    const myWorker = new Worker("path/to/worker_script.js");
  • 模块路径: 构造函数中的 module_filename 是一个字符串，指定了将在新线程中执行的 JS 模块文件路径。这个路径是相对于当前脚本的路径。
  • 限制: DejaOS 目前不支持在 Worker 内部再创建新的 Worker（即嵌套 Worker）。
  • 销毁: 当一个 Worker 的事件循环中没有任何待处理的任务时（例如，没有设置 onmessage 监听器、没有运行中的 setInterval/setTimeout），并且主线程中已没有任何引用指向该 Worker 实例时，它才会被垃圾回收机制自动终止并释放资源。

Worker 间通信 vs. 数据共享​

Worker 间的交互主要分为两类：通信（Communication） 和 数据共享（Data Sharing）。

  • 通信：指一个线程需要通知另一个线程“某件事发生了”。这种场景下，我们推荐使用 dxEventBus，它更侧重于事件的传递。详细用法请参考 dxEventBus 文档。

  • 数据共享：指多个线程需要访问或修改同一份数据。直接使用 dxEventBus 传递数据会因反复克隆而产生性能开销。更重要的是，它不符合“共享状态”的意图。

为了高效、安全地实现数据共享，DejaOS 借助底层的 C 宿主环境，提供了 dxMap 和 dxQueue 等原生模块。这些模块允许多个线程访问同一块共享内存，实现了零拷贝。详细用法请参考 dxMap & dxQueue 文档。

总结与最佳实践​

  • 分离耗时任务: 将所有耗时操作，特别是 I/O 密集型任务（如 文件读写、SQLite 数据库操作、MQTT 通信、串口数据收发）和 CPU 密集型任务（如 人脸识别算法）放入 Worker 中执行，以保证主线程 UI 的流畅。
  • 优先使用 dxEventBus: 使用 dxEventBus 进行 Worker 间通信，以构建清晰、解耦的事件驱动应用。
  • 使用 dxMap 进行数据共享: 当需要在线程间共享状态或高性能地交换数据时，使用 dxMap 避免数据克隆的开销。
  • 保持 Worker 职责单一: 建议让每个 Worker 负责一类特定的后台任务，例如一个 Worker 专门负责人脸识别算法，另一个专门负责网络通信。
  • 控制 Worker 数量: 在 DejaOS 设备上，由于硬件资源有限，建议合理控制 Worker 的数量，避免过多占用系统资源。

文档系列导航​

本系列文档涵盖了 DejaOS Worker 多线程编程的几个核心模块，帮助您构建高性能应用：

  • ./eventbus.md

    学习如何使用 dxEventBus 在主线程和 Worker 之间，以及 Worker 与 Worker 之间进行解耦的、事件驱动的通信。

  • ./mapqueue.md

    掌握如何使用 dxMap 和 dxQueue 实现线程间的零拷贝、高性能数据共享。

  • ./rpc.md

    了解如何基于 dxEventBus 实现优雅的跨线程远程过程调用 (RPC)，像调用本地函数一样调用其他线程中的函数。

  • ./pool.md

    学习如何使用 dxWorkerPool 线程池来管理和复用 Worker，高效处理大量并发任务。