单线程也能开发异步任务？ACE JS框架到底是如何做到的

world开发 发表于 2021-8-16 10:13

HarmonyOS 2提供了两种应用开发语言：Java和JS。Java线程特性能够让多任务并行，充分利用硬件资源开发出高性能的应用。而JS却是一个单线程语言，无法像Java一样创建新的Thread，用JS语言开发是否会导致硬件资源无法充分利用的情况呢？

本文给大家介绍“ACE JS的单线程异步机制”就是解决这个问题的。然而，说到 “单线程”与“异步”，大家可能会比较疑惑，因为单线程和异步在概念上是冲突的，单线程无法做到多任务并发，也就不会存在异步这种通信机制。

确实，JS语言本身是无法实现异步的，但是ACE JS框架却提供了多线程的宿主环境，通过消息通信机制让JS语言有了异步的属性，下面我们来详细描述其原理。

 

ACE开发框架

使用JS开发HarmonyOS应用，使用的开发框架名为ACE（Ability Cross-Platform Environment），该框架适用于手机、平板、智慧屏、智慧表、车机等设备，具备“一次开发，多端部署”的能力。

ACE框架包括应用层（Application）、前端框架层（Framework）、引擎层（Engine）和平台适配层（Porting Layer），如下图所示：

<img _src="https://image.danews.cc/upload/doc/20210813/61162b1f6b976.png" src="https://image.danews.cc/upload/doc/20210813/61162b1f6b976.png" />

●Application

应用层表示开发者使用JS UI框架开发的FA应用，这里的FA应用特指JS FA应用。

●Framework

前端框架层主要完成前端页面解析，以及提供MVVM（Model-View-ViewModel）开发模式、页面路由机制和自定义组件等能力。

●Engine

引擎层主要提供动画解析、DOM（Document Object Model）树构建、布局计算、渲染命令构建与绘制、事件管理等能力。

●Porting Layer

适配层主要完成对平台层进行抽象，提供抽象接口，可以对接到系统平台。比如：事件对接、渲染管线对接和系统生命周期对接等。

 

ACE开发框架的线程模型

<img _src="https://image.danews.cc/upload/doc/20210813/61162b1f972d8.png" src="https://image.danews.cc/upload/doc/20210813/61162b1f972d8.png" />

每个HarmonyOS JS应用，都是通过上图所示的ACE开发框架进行加载渲染的。ACE开发框架包含了JS线程、UI线程、GPU线程、IO线程，并且在ACE框架外还会存在一类后台任务线程。

其中GPU线程与IO线程主要是ACE框架初始化与页面加载渲染的过程需要的，为ACE框架内部的专有线程，不会被应用直接操作到，应用不需要特别关注；UI线程、JS线程和后台任务线程会与应用开发代码相关，后面着重分析这三个线程的作用和关系。

●UI线程：负责应用界面的绘制刷新，与应用的进程号相同，又叫主线程。如果开发JS+JAVA的混合编程，JAVA PA（Particle Ability）的onStart/onConnect等Ability生命周期回调便是运行在主线程，若在这些生命周期回调上执行耗时操作则会导致JS UI的绘制刷新卡住。

●JS线程：应用的JS代码会被JS引擎解析执行，并运行在JS线程上，而JS又是单线程语言，所以目前我们工程中看到的所有的JS代码都会执行在这个进程下唯一的JS线程上。

●后台任务线程：这里是对ACE框架外部的后台线程的一个统称，并不单指一个线程，也并不唯一。后台任务线程包含了Java PA线程、文件操作API、网络访问API内部实现等相关线程。

下面我们结合测试代码来看一下这3个线程之间的关系。

 

JS线程与UI线程的关系

为了验证JS线程与UI线程的关系，我们准备了一个实验性质的Demo，主要代码以及运行过程的Log如下：

首先我们在IDE建立一个Empty Ablity(JS)模板的HelloWorld工程，在生命周期、按钮响应回调方法里增加Log以观察线程情况。刚创建的app.js中Application生命周期默认已经有Log，无需额外添加。

我们只需要在主界面index.js文件中onInit增加日志：

console.info('page.default onInit');

然后在index.hml中增加一个button以及会一直进行动画的progress组件：

<button id='button1' onclick="onButtonClick">I'm a button</button>

<progress type="circular"/>

最后在index.js中增加按钮点击响应事件以及Log，并且尝试sleep阻塞js线程：

function sleep(delay) {

for (var t = Date.now(); Date.now() - t <= delay; );

}

onButtonClick() {

console.info('onButtonClick begin');

sleep(1000);

console.info('onButtonClick end');

}

将应用运行起来，点击两次按钮，得到如下Log：

<img _src="https://image.danews.cc/upload/doc/20210813/61162b1fc12ac.png" src="https://image.danews.cc/upload/doc/20210813/61162b1fc12ac.png" />

从输出的Log中，我们可以看到这个JS FA进程号为22592，也就是说UI线程是22592；生命周期回调以及按钮响应均在24077线程，这个就是JS线程，所以JS线程与UI线程不是同一个线程。

并且我们尝试通过sleep方法阻塞JS线程，想观察JS线程阻塞是否会影响到UI线程的刷新。最终得出的结论是无论JS线程sleep多长时间，UI界面上的progress组件动画一直会不断刷新，按钮也会有按压效果变化，所以我们可以推测JS线程与UI线程的相互调用应该是通过某种消息机制完成的，而不是阻塞式的调用。

 

JS线程与后台任务线程的关系

ACE JS框架提供了JS FA（Feature Ability）调用Java PA（Particle Ability）的机制，该机制提供了一种通道来传递方法调用、处理数据返回以及订阅事件上报。我们同样制作一个Demo来验证JS线程与Java PA线程的关系：

在JS中，我们通过FeatureAbility.callAbility拉起并调用了名为一个类名为ServiceAbility的Java PA，并拿到返回结果：

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输出，并sleep 1秒钟，以便观察线程情况与之间关系：

@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);

}

以上代码完成后，我们进行执行，得到的Log如下：

<img _src="https://image.danews.cc/upload/doc/20210813/61162b1fd908d.png" src="https://image.danews.cc/upload/doc/20210813/61162b1fd908d.png" />

我们观察到本次运行主进程（UI线程）号为4133，JS代码执行在JS线程5887，Java PA响应onRemoteRequest执行在另一个后台任务线程5837。通过Log我们看到onRemoteRequst即使阻塞了后台任务线程1s也不会影响JS线程的并行执行以及主线程（UI线程）上动画的刷新，做到了JS线程与后台任务线程异步地执行事务。

 

JS线程的异步机制

上面从代码实验角度观察到了JS线程与其他线程的异步关系，那么JS线程是怎么处理来自其他多个线程的调用的呢？我们先来看一下传统的浏览器环境下的机制：

<img _src="https://image.danews.cc/upload/doc/20210813/61162b201dd8d.png" src="https://image.danews.cc/upload/doc/20210813/61162b201dd8d.png" />

上图中，JS线程中的函数调用会存在于栈（stack）中，栈中的函数可以调用浏览器环境提供的WebAPIs，包含了DOM、ajax、timeout等API，这些API会在浏览器环境提供的另外一个外部线程执行，执行完成后会在任务队列（callback queue）中加入对应的回调事件（如onClick、onLoad、onDone）。当栈中的代码执行完毕，即栈清空后，JS线程又会通过event loop取出任务队列中的下一个任务进行执行，以此类推完成整个的程序执行。更具体的机制可以去看阮一峰老师介绍JS EventLoop的文章：

● JS EventLoop介绍

http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/10/event-loop.html

HarmonyOS ACE开发框架同样遵循上述最基本的EventLoop调度机制，并且提供了更多的机制和API，让业务逻辑可以在外部线程执行，包含了上面提到的Java PA以及异步回调的系统能力API。其中，异步回调的系统能力API包含如文件系统操作和网络操作等，具体大家可以按照我们实验Demo的方法去尝试一下。

● 参考

https://developer.harmonyos.com/cn/docs/documentation/doc-references/js-apis-file-storage-0000000000629445

 

未来发展的展望

目前ACE JS应用内实现多线程的最佳方式是通过混合编程调用Java PA方式，但未来纯JS应用一定会越来越多，那么，只支持单线程的JS ACE框架的异步API能解决各种复杂场景的问题吗？

单线程的JS加上异步API能够很好解决单个I/O阻塞的问题，但是如果遇到大量的I/O事件，比如批删除大量文件，通过for循环发起了大量异步任务，也会降低执行效率，甚至阻塞其他异步任务的执行。并且如果要使用JS语言开发计算密集型的任务，也无法在唯一的JS线程上进行。

这时就需要一个真正的JS多线程处理机制了，虽然目前HarmonyOS 2还未支持，但未来HarmonyOS会考虑规划出与HTML5类似提供支持WebWorker机制，支持开发出多线程的JS代码，提供给应用开发者更多的发挥空间。

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