HarmonyOS JS應(yīng)用開發(fā)需要關(guān)注哪些線程？官方解析來啦
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HarmonyOS 2提供了對兩種開發(fā)語言的支持：Java和JavaScript(下文簡稱JS)。從事過Android開發(fā)的同學(xué)對Java都很熟悉了，其多線程特性能夠讓多任務(wù)并行執(zhí)行，充分利用硬件資源開發(fā)出高性能的應(yīng)用。在HarmonyOS 2上，JS目前無法像Java一樣直接創(chuàng)建新的Thread，那么使用JS語言開發(fā)HarmonyOS應(yīng)用是否會遇到硬件資源無法充分利用的情況呢?
雖然使用JS語言目前無法直接創(chuàng)建新的Thread，但是HarmonyOS的JS UI框架提供了多線程的宿主環(huán)境，可以幫助應(yīng)用開發(fā)豐富的業(yè)務(wù)邏輯。在開發(fā)HarmonyOS 2應(yīng)用時，開發(fā)者除了需要了解JS線程外，還需要關(guān)注哪些線程?這些線程之間的關(guān)系又是什么樣的?下面讓我們一起來研究一下。
一、HarmonyOS的JS UI框架
HarmonyOS的JS UI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(ModelViewViewModel)開發(fā)模式、頁面路由機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。
二、JS UI框架的線程模型
每個HarmonyOS JS應(yīng)用，都是通過JS UI框架進(jìn)行加載渲染的。HarmonyOS的JS UI框架包含了JS線程、UI線程、GPU線程、IO線程這4個線程，并且在JS UI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JS UI框架初始化與頁面加載渲染的過程需要的，為JS UI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(https://developer.harmonyos.com/cn/docs/documentation/doc-references/js-apis-fa-calls-pa-mechanism-0000001050022401 )，需要特別注意的是JAVA PA(Particle Ability)的onStart/onConnect等Ability生命周期回調(diào)便是運行在主線程，若在這些聲明周期回調(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，并運行在JS線程上，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： 這是對JS UI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。它包含了Java PA中onRemoteRequest()業(yè)務(wù)邏輯的執(zhí)行線程、文件操作API、網(wǎng)絡(luò)訪問API內(nèi)部實現(xiàn)等相關(guān)線程。
下面我們結(jié)合測試代碼的來看一下這3個應(yīng)用開發(fā)需要關(guān)注的線程之間的關(guān)系。
三、JS線程與UI線程的關(guān)系
為了驗證JS線程與UI線程的關(guān)系，我們準(zhǔn)備了一個實驗性質(zhì)的Demo，主要代碼以及運行過程的Log如下：
首先我們在IDE建立一個Empty Ability(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。
我們需要在自動創(chuàng)建的MainAbility.java中onStart/onTouchEvent回調(diào)函數(shù)增加HiLog打印：
- HiLog.info(LABEL_LOG, "MainAbility::onStart");
- HiLog.info(LABEL_LOG, "MainAbility::onTouchEvent");
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');
- }
我們將應(yīng)用運行起來，點擊一次按鈕，會發(fā)現(xiàn)progress組件動畫并不會因為onButtonClick阻塞了1秒鐘而有任何暫停，我們一起來分析一下這個過程中的Log：
- 15:30:07.323 15870-15870/com.blancwu.test I 01100/MainAbility: MainAbility::onStart
- 15:30:07.342 15870-18938/com.blancwu.test I 03B00/JSApp: app Log: AceApplication onCreate
- 15:30:07.352 15870-18938/com.blancwu.test I 03B00/JSApp: app Log: page.default onInit
- 15:30:31.006 15870-15870/com.blancwu.test I 01100/MainAbility: MainAbility::onTouchEvent
- 15:30:31.041 15870-15870/com.blancwu.test I 01100/MainAbility: MainAbility::onTouchEvent
- 15:30:31.104 15870-15870/com.blancwu.test I 01100/MainAbility: MainAbility::onTouchEvent
- 15:30:31.106 15870-15870/com.blancwu.test I 01100/MainAbility: MainAbility::onTouchEvent
- 15:30:31.112 15870-18938/com.blancwu.test I 03B00/JSApp: app Log: onButtonClick begin
- 15:30:32.113 15870-18938/com.blancwu.test I 03B00/JSApp: app Log: onButtonClick end
從輸出的Log中，時間點后面跟著的便是我們執(zhí)行日志的代碼行所在的進(jìn)程號與線程號，剛才我們增加的日志均在15870這個進(jìn)程下，這個進(jìn)程下又存在15870線程以及18938線程。其中15870與進(jìn)程號相同，這便是我們說的UI線程;我們在.js文件中增加的日志全都會在18938線程上打印出來，這個便是JS線程。
在應(yīng)用初始化時，首先進(jìn)入MainAbility.java的onStart生命周期回調(diào)，然后才進(jìn)入AceApplication、Page等JS代碼邏輯;應(yīng)用初始化完畢后，UI線程上便會持續(xù)刷新progress組件的動畫，當(dāng)用戶點擊按鈕觸發(fā)onButtonClick阻塞1秒時，因為阻塞的僅僅是JS線程，所以UI線程上progress組件的動畫刷新并不會有任何影響，還是在持續(xù)刷新。所以我們可以確定JS線程與UI線程的相互調(diào)用應(yīng)該是通過某種消息機制完成的，而不是阻塞式的調(diào)用。
四、JS線程與后臺任務(wù)線程的關(guān)系
JS UI框架提供了JS FA(Feature Ability)調(diào)用Java PA(Particle Ability)的機制，該機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的機制，Java PA運行在一個獨立的后臺任務(wù)線程，可以支撐應(yīng)用開發(fā)多線程的業(yè)務(wù)邏輯。我們同樣制作一個Demo來驗證JS線程與Java PA線程的關(guān)系：
在上一個Demo基礎(chǔ)上，我們修改onButtonClick的JS代碼，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秒種，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<String, Object> result = new HashMap<String, Object>();
- 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，progress組件的動畫同樣不會被打斷，得到的Log如下：
- 06-25 13:31:48.090 4133-5887/com.blancwu.test I 03B00/JSApp: app Log: FeatureAbility.callAbility begin{"bundleName":"com.blancwu.test","abilityName":"com.blancwu.test.ServiceAbility","messageCode":1001,"abilityType":0,"syncOption":0}
- 06-25 13:31:48.094 4133-5887/com.blancwu.test I 03B00/JSApp: app Log: FeatureAbility.callAbility end{"bundleName":"com.blancwu.test","abilityName":"com.blancwu.test.ServiceAbility","messageCode":1001,"abilityType":0,"syncOption":0}
- 06-25 13:31:48.112 4133-4133/com.blancwu.test E 01100/ServiceAbility: [8187916a4418bed, 399b373, f521b3] ServiceAbility::onStart
- 06-25 13:31:48.126 4133-5837/com.blancwu.test I 01100/ServiceAbility: [8187916a4418bed, 171378f, 385abb1] onRemoteRequest begin 1079135572
- 06-25 13:31:48.126 4133-5837/com.blancwu.test I 01100/ServiceAbility: [8187916a4418bed, 171378f, 385abb1] onRemoteRequest end 1079135572
- 06-25 13:31:48.126 4133-5837/com.blancwu.test I 00000/RemoteObject: [8187916a4418bed, 171378f, 385abb1] Java onRemoteRequest called
- 06-25 13:31:48.143 4133-5837/com.blancwu.test I 01100/ServiceAbility: onRemoteRequest begin 1001
- 06-25 13:31:49.145 4133-5837/com.blancwu.test I 01100/ServiceAbility: onRemoteRequest end 1001
- 06-25 13:31:49.145 4133-5837/com.blancwu.test I 00000/RemoteObject: Java onRemoteRequest called
- 06-25 13:31:49.151 4133-5887/com.blancwu.test I 03B00/JSApp: app Log: FeatureAbility.callAbility async result "{\"result\":1}"
整個執(zhí)行過程可以描述如下圖：
我們觀察到本次運行主進(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)線程上的任務(wù)并行處理。
五、JS的異步機制
上面從代碼實驗角度觀察到了應(yīng)用開發(fā)中JS線程與其他線程的關(guān)系，那么JS線程是怎么與其他線程進(jìn)行異步通信的呢?我們先來看一下傳統(tǒng)的瀏覽器環(huán)境下的機制：
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。更具體的機制可以去看阮一峰老師介紹JS EventLoop的文章。
● JS EventLoop的介紹
http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/10/eventloop.html
HarmonyOS的JS UI框架同樣遵循上述最基本的EventLoop調(diào)度機制，并且提供了更多的機制和API，讓業(yè)務(wù)邏輯可以在外部線程執(zhí)行;包括上面提到的Java PA機制以及還未提及的支持異步回調(diào)的系統(tǒng)能力API。其中，支持異步回調(diào)的系統(tǒng)能力API包含文件系統(tǒng)操作和網(wǎng)絡(luò)操作等，感興趣的同學(xué)可以按照我們實驗Demo類似的方法去嘗試一下。
● 文件系統(tǒng)操作API參考
六、未來展望
目前HarmonyOS的JS應(yīng)用內(nèi)實現(xiàn)多線程的最佳方式是通過混合編程調(diào)用Java PA方式，但無法支持純JS應(yīng)用開發(fā)多線程業(yè)務(wù)，純JS應(yīng)用目前僅可使用框架提供的異步API了，那么這些異步API能解決各種復(fù)雜場景的問題嗎?
JS線程加上異步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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