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(gè)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(huì)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(gè)問題的。然而，說到 “單線程”與“異步”，大家可能會(huì)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(huì)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(tái)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(dòng)畫解析、DOM（Document Object Model）樹構(gòu)建、布局計(jì)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(duì)平臺(tái)層進(jìn)行抽象，提供抽象接口，可以對(duì)接到系統(tǒng)平臺(tái)。比如：事件對(duì)接、渲染管線對(duì)接和系統(tǒng)生命周期對(duì)接等。

ACE開發(fā)框架的線程模型

每個(gè)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(huì)存在一類后臺(tái)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(huì)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(tái)任務(wù)線程會(huì)與應(yīng)用開發(fā)代碼相關(guān)，后面著重分析這三個(gè)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(hào)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(shí)操作則會(huì)導(dǎo)致JS UI的繪制刷新卡住。

●JS線程：應(yīng)用的JS代碼會(huì)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(huì)執(zhí)行在這個(gè)進(jìn)程下唯一的JS線程上。

●后臺(tái)任務(wù)線程：這里是對(duì)ACE框架外部的后臺(tái)線程的一個(gè)統(tǒng)稱，并不單指一個(gè)線程，也并不唯一。后臺(tái)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(cè)試代碼來看一下這3個(gè)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(gè)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?cè)贗DE建立一個(gè)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(gè)button以及會(huì)一直進(jìn)行動(dòng)畫的progress組件：

I'm a button

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(gè)JS FA進(jìn)程號(hào)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(gè)就是JS線程，所以JS線程與UI線程不是同一個(gè)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(huì)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(shí)間，UI界面上的progress組件動(dòng)畫一直會(huì)不斷刷新，按鈕也會(huì)有按壓效果變化，所以我們可以推測(cè)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(tái)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(bào)。我們同樣制作一個(gè)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(gè)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.callAbilityend'+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：

我們觀察到本次運(yùn)行主進(jìn)程（UI線程）號(hào)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(gè)后臺(tái)任務(wù)線程5837。通過Log我們看到onRemoteRequst即使阻塞了后臺(tái)任務(wù)線程1s也不會(huì)影響JS線程的并行執(zhí)行以及主線程（UI線程）上動(dòng)畫的刷新，做到了JS線程與后臺(tái)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(gè)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(huì)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(huì)在瀏覽器環(huán)境提供的另外一個(gè)外部線程執(zhí)行，執(zhí)行完成后會(huì)在任務(wù)隊(duì)列（callback queue）中加入對(duì)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(huì)通過event loop取出任務(wù)隊(duì)列中的下一個(gè)任務(wù)進(jìn)行執(zhí)行，以此類推完成整個(gè)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(huì)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(chǎng)景的問題嗎？

單線程的JS加上異步API能夠很好解決單個(gè)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(huì)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(jì)算密集型的任務(wù)，也無法在唯一的JS線程上進(jìn)行。

這時(shí)就需要一個(gè)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(huì)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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