客户端JavaScript的线程池设计详解
目录
1.介绍：
2.准备工作：
3.测试spark-md5是否正常工作：
4.线程池设计
5.spark-md5对文件进行md5编码
6.大量文件进行MD5加密并使用线程池优化
总结
1.介绍：本打算在客户端JavaScript进行机器学习算法计算时应用线程池来优化，就像()演示的神经网络。但是由于各种原因不了了之了。本次遇到了一个新的问题，客户端的MD5运算也是耗时操作，如果同时对多个字符串或文件进行MD5加密就可以使用线程池来优化。
2.准备工作：到npm官网搜索spark-md5，到其github仓库下载spark-md5.js。该js文件支持AMD，CommonJS和web工作线程的模块系统，我们在实现线程池时，线程工作代码交给web工作线程处理。
创建一个网页，再创建一个worker.js用于保存工作线程的代码。以下述代码测试，如果成功输出MD5编码，那么准备工作完成。
客户端网页代码
<script>
let worker = new Worker("worker.js")
worker.postMessage("Danny")
worker.onmessage = function({data}) {
console.log(data)
worker.terminate()
}
</script>
工作线程代码
self.importScripts("spark-md5.js")
self.onmessage = function({data}) {
self.postMessage(self.SparkMD5.hash(data))
}
4.线程池设计
1. 目标：本次线程池设计的目标是初始创建n个初始线程，能够满足任意个线程请求，超出n的请求并不丢弃，而是等待到出现空闲线程后再分配之。
2. 基本设计思路：为了基本满足上述目标，至少要有一个线程分配功能，一个线程回收功能。
3. 线程分配功能设计：
线程池满指的是线程池已经没有可用空闲线程
通知对象是一个不可逆状态机，可以用Promise对象来实现
阻塞请求队列存储Promise对象的resolve方法即可
存储线程池中的线程使用数组即可，数组每个元素是一个对象，包括线程和线程状态
返回给用户的可用线程还需要有线程在数组中的下标，在线程释放中会用到
4. 线程释放功能设计：
线程释放功能需要接收一个参数，为线程的标识，3中设计该标识为数组下标
当线程释放后，查看阻塞请求队列是否为空，如果不为空，说明有被阻塞的线程请求，此时令队首元素出队即可，执行resolve()通知对象的状态变更为Fulfilled
5. 实现线程池：
class MD5Pool {
// worker用于存储线程
worker = []
// status是线程池状态
status = "Idle"
// 阻塞请求队列
blockRequestQueue = []
// size为用户希望的线程池的容量
constructor(size) {
for(let i = 0; i < size; i ++)
this.worker.push({
worker: new Worker("worker.js"),
status: "Idle"
})
}
// 线程池状态更新函数
statusUpdate() {
let sum = 0
this.worker.forEach(({ status }) => {
if(status === "Busy")
sum ++
})
if(sum === this.worker.length)
this.status = "Busy"
else
this.status = "Idle"
}
// 线程请求方法
assign() {
if(this.status !== "Busy") {
// 此时线程池不满，遍历线程，寻找一个空闲线程
for (let i = 0; i < this.worker.length; i++)
if (this.worker[i].status === "Idle") {
// 该线程空闲，更新状态为忙碌
this.worker[i].status = "Busy"
// 更新线程池状态，如果这是最后一个空闲线程，那么线程池状态变为满
this.statusUpdate()
// 返回给用户该线程，和该线程的标识，标识用数组下标表示
return {
worker: this.worker[i].worker,
index: i
}
}
}
else {
// 此时线程池满
let resolve = null
// 创建一个通知对象
let promise = new Promise(res => {
// 取得通知对象的状态改变方法
resolve = res
})
// 通知对象的状态改变方法加入阻塞请求队列
this.blockRequestQueue.push(resolve)
// 返回给请求者线程池已满信息和通知对象
return {
info: "full",
wait: promise
}
}
}
// 线程释放方法，接收一个参数为线程标识
release(index) {
this.worker[index].status = "Idle"
// 阻塞请求队列中的第一个请求出队，队列中存储的是promise的resolve方法，此时执行，通知请求者已经有可用的线程了
if(this.blockRequestQueue.length)
// 阻塞请求队列队首出列，并执行通知对象的状态改变方法
this.blockRequestQueue.shift()()
// 更新线程池状态，此时一定空闲
this.status = "Idle"
}
}
5.spark-md5对文件进行md5编码
说明：
在3的测试中spark-md5只是对简单字符串进行MD5编码，并非需要大量运算的耗时操作。spark-md5可以对文件进行MD5编码，耗时较多，实现如下。
注意：
spark-md5对文件编码时必须要对文件进行切片后再加密整合，否则不同文件可能会有相同编码。详情见github或npm。
// 在工作线程中引入spark-md5
self.importScripts("spark-md5.js")
let fd = new FileReader()
let spark = new self.SparkMD5.ArrayBuffer()
// 接收主线程发来的消息，是一个文件
self.onmessage = function(event) {
// 获取文件
let chunk = event.data
// spark-md5要求计算文件的MD5必须切片计算
let chunks = fileSlice(chunk)
// 计算MD5编码
load(chunks)
}
// 切片函数
function fileSlice(file) {
let pos = 0
let chunks = []
// 将文件平均切成10分计算MD5
const SLICE_SIZE = Math.ceil(file.size / 10)
while(pos < file.size) {
// slice可以自动处理第二个参数越界
chunks.push(file.slice(pos, pos + SLICE_SIZE))
pos += SLICE_SIZE
}
return chunks
}
// MD5计算函数
async function load(chunks) {
for(let i = 0; i < chunks.length; i ++) {
fd.readAsArrayBuffer(chunks[i])
// 在这里希望节约空间，因此复用了FileReader，而不是每次循环新创建一个FileReader。需要等到FileReader完成read后才可以进行下一轮复用，因此用await阻塞。
await new Promise(res => {
fd.onload = function(event) {
spark.append(event.target.result)
if(i === chunks.length - 1) {
self.postMessage(spark.end())
}
res()
}
})
}
}
6.大量文件进行MD5加密并使用线程池优化
下面的测试代码就是对上文所述的拼接
网页代码
<input id="input" type="file" multiple onchange="handleChanged()"/>
<body>
<script>
class MD5Pool {
worker = []
status = "Idle"
blockRequestQueue = []
constructor(size) {
for(let i = 0; i < size; i ++)
this.worker.push({
worker: new Worker("worker.js"),
status: "Idle"
})
}
statusUpdate() {
let sum = 0
this.worker.forEach(({ status }) => {
if(status === "Busy")
sum ++
})
if(sum === this.worker.length)
this.status = "Busy"
else
this.status = "Idle"
}
assign() {
if(this.status !== "Busy") {
for (let i = 0; i < this.worker.length; i++)
if (this.worker[i].status === "Idle") {
this.worker[i].status = "Busy"
this.statusUpdate()
return {
worker: this.worker[i].worker,
index: i
}
}
}
else {
let resolve = null
let promise = new Promise(res => {
resolve = res
})
this.blockRequestQueue.push(resolve)
return {
info: "full",
wait: promise
}
}
}
release(index) {
this.worker[index].status = "Idle"
// 阻塞请求队列中的第一个请求出队，队列中存储的是promise的resolve方法，此时执行，通知请求者已经有可用的线程了
if(this.blockRequestQueue.length)
this.blockRequestQueue.shift()()
this.status = "Idle"
}
}
// input点击事件处理函数
function handleChanged() {
let files = event.target.files
// 创建一个大小为2的MD5计算线程池
let pool = new MD5Pool(2)
// 计算切片文件的MD5编码
Array.prototype.forEach.call(files, file => {
getMD5(file, pool)
})
}
// 获取文件的MD5编码的函数，第一个参数是文件，第二个参数是MD5线程池
async function getMD5(chunk, pool) {
let thread = pool.assign()
// 如果info为full，那么说明线程池线程已被全部占用，需要等待
if(thread.info === "full") {
// 获取线程通知对象
let wait = thread.wait
// 等到wait兑现时说明已经有可用的线程了
await wait
thread = pool.assign()
let { worker, index } = thread
worker.postMessage(chunk)
worker.onmessage = function (event) {
console.log(event.data)
pool.release(index)
}
} else {
let { worker, index } = thread
worker.postMessage(chunk)
worker.onmessage = function (event) {
console.log(event.data)
pool.release(index)
}
}
}
</script>
</body>
工作线程代码
self.importScripts("spark-md5.js")
let fd = new FileReader()
let spark = new self.SparkMD5.ArrayBuffer()
self.onmessage = function(event) {
// 获取文件
let chunk = event.data
// spark-md5要求计算文件的MD5必须切片计算
let chunks = fileSlice(chunk)
// 计算MD5编码
load(chunks)
}
// 切片函数
function fileSlice(file) {
let pos = 0
let chunks = []
// 将文件平均切成10分计算MD5
const SLICE_SIZE = Math.ceil(file.size / 10)
while(pos < file.size) {
// slice可以自动处理第二个参数越界
chunks.push(file.slice(pos, pos + SLICE_SIZE))
pos += SLICE_SIZE
}
return chunks
}
// MD5计算函数
async function load(chunks) {
for(let i = 0; i < chunks.length; i ++) {
fd.readAsArrayBuffer(chunks[i])
// 在这里希望节约空间，因此复用了FileReader，而不是每次循环新创建一个FileReader。需要等到FileReader完成read后才可以进行下一轮复用，因此用await阻塞。
await new Promise(res => {
fd.onload = function(event) {
spark.append(event.target.result)
if(i === chunks.length - 1) {
self.postMessage(spark.end())
}
res()
}
})
}
}
随机选取18个文件进行MD5编码，结果如下
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