harmony 鸿蒙TaskPool和Worker的对比

2023-10-30
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TaskPool和Worker的对比

TaskPool（任务池）和Worker的作用是为应用程序提供一个多线程的运行环境，用于处理耗时的计算任务或其他密集型任务。可以有效地避免这些任务阻塞主线程，从而最大化系统的利用率，降低整体资源消耗，并提高系统的整体性能。

本文将从实现特点和适用场景两个方面来进行TaskPool与Worker的比较，同时提供了各自运作机制和注意事项的相关说明。

实现特点对比

表1 TaskPool和Worker的实现特点对比

实现	TaskPool	Worker
内存模型	线程间隔离，内存不共享。	线程间隔离，内存不共享。
参数传递机制	采用标准的结构化克隆算法（Structured Clone）进行序列化、反序列化，完成参数传递。支持ArrayBuffer转移和SharedArrayBuffer共享。	采用标准的结构化克隆算法（Structured Clone）进行序列化、反序列化，完成参数传递。支持ArrayBuffer转移和SharedArrayBuffer共享。
参数传递	直接传递，无需封装，默认进行transfer。	消息对象唯一参数，需要自己封装。
方法调用	直接将方法传入调用。	在Worker线程中进行消息解析并调用对应方法。
返回值	异步调用后默认返回。	主动发送消息，需在onmessage解析赋值。
生命周期	TaskPool自行管理生命周期，无需关心任务负载高低。	开发者自行管理Worker的数量及生命周期。
任务池个数上限	自动管理，无需配置。	最多开启8个Worker。
任务执行时长上限	3分钟（不包含Promise和async/await异步调用的耗时，例如网络下载、文件读写等I/O任务的耗时）。	无限制。
设置任务的优先级	支持配置任务优先级。	不支持。
执行任务的取消	支持取消已经发起的任务。	不支持。

适用场景对比

TaskPool和Worker均支持多线程并发能力。由于TaskPool的工作线程会绑定系统的调度优先级，并且支持负载均衡（自动扩缩容），而Worker需要开发者自行创建，存在创建耗时以及不支持设置调度优先级，故在性能方面使用TaskPool会优于Worker，因此大多数场景推荐使用TaskPool。

TaskPool偏向独立任务（线程级）维度，超长任务（大于3分钟）会被系统自动回收；而Worker偏向线程的维度，支持长时间占据线程执行。

常见的一些开发场景及适用具体说明如下：

运行时间超过3分钟（不包含Promise和async/await异步调用的耗时，例如网络下载、文件读写等I/O任务的耗时）的任务。例如后台进行1小时的预测算法训练等CPU密集型任务，需要使用Worker。
有关联的一系列同步任务。例如某数据库操作时，要用创建的句柄操作，包含增、删、改、查多个任务，要保证同一个句柄，需要使用Worker。
需要设置优先级的任务。例如图库直方图绘制场景，后台计算的直方图数据会用于前台界面的显示，影响用户体验，需要高优先级处理，需要使用TaskPool。
需要频繁取消的任务。例如图库大图浏览场景，为提升体验，会同时缓存当前图片左右侧各2张图片，往一侧滑动跳到下一张图片时，要取消另一侧的一个缓存任务，需要使用TaskPool。
大量或者调度点较分散的任务。例如大型应用的多个模块包含多个耗时任务，不方便使用8个Worker去做负载管理，推荐采用TaskPool。

TaskPool运作机制

图1 TaskPool运作机制示意图

taskpool

TaskPool支持开发者在主线程封装任务抛给任务队列，系统选择合适的工作线程，进行任务的分发及执行，再将结果返回给主线程。接口直观易用，支持任务的执行、取消，以及指定优先级的能力，同时通过系统统一线程管理，结合动态调度及负载均衡算法，可以节约系统资源。系统默认会启动一个任务工作线程，当任务较多时会扩容，工作线程数量上限跟当前设备的物理核数相关，具体数量内部管理，保证最优的调度及执行效率，长时间没有任务分发时会缩容，减少工作线程数量。

Worker运作机制

图2 Worker运作机制示意图

worker

创建Worker的线程称为宿主线程（不一定是主线程，工作线程也支持创建Worker子线程），Worker自身的线程称为Worker子线程（或Actor线程、工作线程）。每个Worker子线程与宿主线程拥有独立的实例，包含基础设施、对象、代码段等。Worker子线程和宿主线程之间的通信是基于消息传递的，Worker通过序列化机制与宿主线程之间相互通信，完成命令及数据交互。

TaskPool注意事项

实现任务的函数需要使用装饰器\@Concurrent标注，且仅支持在.ets文件中使用。
实现任务的函数只支持普通函数或者async函数，不支持类成员函数或者匿名函数。
实现任务的函数仅支持在Stage模型的工程中使用import的变量和入参变量，否则只能使用入参变量。
任务函数在TaskPool工作线程的执行耗时不能超过3分钟（不包含Promise和async/await异步调用的耗时，例如网络下载、文件读写等I/O任务的耗时），否则会被强制退出。
实现任务的函数入参需满足序列化支持的类型，详情请参见普通对象传输。
ArrayBuffer参数在TaskPool中默认转移，需要设置转移列表的话可通过接口setTransferList()设置。
由于不同线程中上下文对象是不同的，因此TaskPool工作线程只能使用线程安全的库，例如UI相关的非线程安全库不能使用，具体请见多线程安全注意事项。
序列化传输的数据量大小限制为16MB。

Worker注意事项

创建Worker时，传入的Worker.ts路径在不同版本有不同的规则，详情请参见文件路径注意事项。
Worker创建后需要手动管理生命周期，且最多同时运行的Worker子线程数量为8个，详情请参见生命周期注意事项。
Ability类型的Module支持使用Worker，Library类型的Module不支持使用Worker。
创建Worker不支持使用其他Module的Worker.ts文件，即不支持跨模块调用Worker。
由于不同线程中上下文对象是不同的，因此Worker线程只能使用线程安全的库，例如UI相关的非线程安全库不能使用，具体请见多线程安全注意事项。
序列化传输的数据量大小限制为16MB。

文件路径注意事项

当使用Worker模块具体功能时，均需先构造Worker实例对象，其构造函数与API版本相关。

// 导入模块
import worker form '@ohos.worker';

// API 9及之后版本使用：
const worker1: worker.ThreadWorker = new worker.ThreadWorker('entry/ets/workers/MyWorker.ts');
// API 8及之前版本使用：
const worker2: worker.Worker = new worker.Worker('entry/ets/workers/MyWorker.ts');

构造函数需要传入Worker的路径（scriptURL），Worker文件存放位置默认路径为Worker文件所在目录与pages目录属于同级。

Stage模型

构造函数中的scriptURL示例如下：

// 导入模块
import worker form '@ohos.worker';

// 写法一
// Stage模型-目录同级（entry模块下，workers目录与pages目录同级）
const worker1: worker.ThreadWorker = new worker.ThreadWorker('entry/ets/workers/MyWorker.ts', {name:"first worker in Stage model"});
// Stage模型-目录不同级（entry模块下，workers目录是pages目录的子目录）
const worker2: worker.ThreadWorker = new worker.ThreadWorker('entry/ets/pages/workers/MyWorker.ts');

// 写法二
// Stage模型-目录同级（entry模块下，workers目录与pages目录同级），假设bundlename是com.example.workerdemo
const worker3: worker.ThreadWorker = new worker.ThreadWorker('@bundle:com.example.workerdemo/entry/ets/workers/worker');
// Stage模型-目录不同级（entry模块下，workers目录是pages目录的子目录），假设bundlename是com.example.workerdemo
const worker4: worker.ThreadWorker = new worker.ThreadWorker('@bundle:com.example.workerdemo/entry/ets/pages/workers/worker');

基于Stage模型工程目录结构，写法一的路径含义：
- entry：module.json5文件中module的name属性对应值。
- ets：用于存放ets源码，固定目录。
- workers/MyWorker.ts：worker源文件在ets目录下的路径。
基于Stage模型工程目录结构，写法二的路径含义：
- \@bundle：固定标签。
- bundlename：当前应用包名。
- entryname：module.json5文件中module的name属性对应值。
- ets：用于存放ets源码，固定目录。
- workerdir/workerfile：worker源文件在ets目录下的路径，可不带文件后缀名。

FA模型

构造函数中的scriptURL示例如下：

// 导入模块
import worker form '@ohos.worker';

// FA模型-目录同级（entry模块下，workers目录与pages目录同级）
const worker1: worker.ThreadWorker = new worker.ThreadWorker('workers/worker.js', {name:'first worker in FA model'});
// FA模型-目录不同级（entry模块下，workers目录与pages目录的父目录同级）
const worker2: worker.ThreadWorker = new worker.ThreadWorker('../workers/worker.js');

生命周期注意事项

Worker的创建和销毁耗费性能，建议开发者合理管理已创建的Worker并重复使用。Worker空闲时也会一直运行，因此当不需要Worker时，可以调用terminate()接口或parentPort.close()方法主动销毁Worker。若Worker处于已销毁或正在销毁等非运行状态时，调用其功能接口，会抛出相应的错误。
Worker存在数量限制，支持最多同时存在8个Worker。
- 在API version 8及之前的版本，当Worker数量超出限制时，会抛出“Too many workers, the number of workers exceeds the maximum.”错误。
- 从API version 9开始，当Worker数量超出限制时，会抛出“Worker initialization failure, the number of workers exceeds the maximum.”错误。

多线程安全注意事项

多线程安全是指多个线程同时访问或修改共享资源时，能够保证程序的正确性和可靠性。

开发者选择TaskPool或Worker进行多线程开发时，在TaskPool和Worker的工作线程中导入的API和模块需要支持多线程安全，否则可能会导致多线程数据竞争问题，造成应用程序异常或崩溃。

在TaskPool或Worker的工作线程中支持使用以下模块，其他模块在使用时需要验证是否满足线程安全。

console
setInterval
setTimeout
clearInterval
clearTimeout
@ohos.buffer
@ohos.convertxml
@ohos.file
- @ohos.file.backup
- @ohos.file.cloudSync
- @ohos.file.cloudSyncManager
- @ohos.file.environment
- @ohos.file.fileAccess
- @ohos.file.fileExtensionInfo
- @ohos.file.fileuri
- @ohos.file.fs
- @ohos.file.hash
- @ohos.file.photoAccessHelper
- @ohos.file.picker
- @ohos.file.securityLabel
- @ohos.file.statvfs
- @ohos.file.storageStatistics
- @ohos.file.volumeManager
@ohos.fileio
@ohos.hilog
@ohos.multimedia
- @ohos.multimedia.image
@ohos.net
- @ohos.net.http
@ohos.pasteboard
@ohos.systemDateTime
@ohos.systemTimer
@ohos.taskpool
@ohos.uri
@ohos.url
@ohos.util
- @ohos.util.ArrayList
- @ohos.util.Deque
- @ohos.util.HashMap
- @ohos.util.HashSet
- @ohos.util.LightWeightMap
- @ohos.util.LightWeightSet
- @ohos.util.LinkedList
- @ohos.util.List
- @ohos.util.PlainArray
- @ohos.util.Queue
- @ohos.util.Stack
- @ohos.util.TreeMap
- @ohos.util.TreeSet
- @ohos.util
@ohos.worker
@ohos.xml