JavaScript Atomics 教程

JavaScript Atomics API 提供了一种在多个线程之间共享原始数值数据的低级别基元操作。本教程将向您展示如何使用 Atomics API 和它们的操作来实现多线程数据同步。

前置知识

在阅读本教程之前，你需要具备以下知识：

• JavaScript 基础
• 多线程编程基础知识
• 原子操作基础知识

Atomics API

Atomics API 提供了以下三类方法：

• Atomics.wait(): 等待一个共享内存位置改变
• Atomics.notify(): 通知正在等待的线程
• Atomics.add(), Atomics.sub() 和 Atomics.and(): 实现在多线程环境中对原子值的加减和位运算等操作。

原子操作

Atomics API 提供了一些原子操作方法来对共享内存中的值进行修改。这些方法称为“原子操作”，因为在执行时，它们不会被其他线程中断，从而保证了操作的原子性。

以下是 Atomics API 提供的原子操作方法：

• add(view: TypedArray, index: number, value: number)：将一个整数加到指定索引的数组元素中，并以原子方式返回新的元素值，这样可以确保在异步环境下多个线程之间的正确性。
• sub(view: TypedArray, index: number, value: number): 从指定索引的数组元素中减去一个整数，并以原子方式返回新的元素值，这样可以确保在异步环境下多个线程之间的正确性。
• and(view: TypedArray, index: number, value: number): 将指定索引的数组元素与一个整数进行按位“与”操作，并以原子方式返回新的元素值，这样可以确保在异步环境下多个线程之间的正确性。

下面是一些操作示例：

// 创建一个仅包含一个元素的共享数组
const sharedArray = new Int32Array(new SharedArrayBuffer(4));

// 在不同的线程中用 add() 方法来增加共享数组中的值
// 这个操作是原子的，因为这个方法在执行时，没有其他线程可以中断这个方法的执行
new Worker('worker.js').postMessage({ sharedArray, method: 'add', args: [0, 1] }); 
new Worker('worker.js').postMessage({ sharedArray, method: 'add', args: [0, 2] });
new Worker('worker.js').postMessage({ sharedArray, method: 'add', args: [0, 3] });

// 在 worker.js 中的代码示例
const { method, sharedArray, args } = e.data;
Atomics[method](sharedArray, ...args);

等待和通知

Atomics.wait() 和 Atomics.notify() 方法可以用于在多线程环境中同步线程，让一个线程等待另一个线程的特定动作。

Atomics.wait() 方法会阻塞当前线程，直到一个特定的共享内存位置被改变为一个特定的值。当使用 Atomics.wait() 方法时，线程必须在 SharedArrayBuffer 上进行操作。

下面是一些示例代码：

const sharedArray = new Int32Array(new SharedArrayBuffer(4));
const worker = new Worker('worker.js');
Atomics.wait(sharedArray, 0, 0);
worker.postMessage({ sharedArray, method: 'add', args: [0, 1] });

// 在 worker.js 中的代码示例
const { method, sharedArray, args } = e.data;
Atomics[method](sharedArray, ...args);
Atomics.notify(sharedArray, 0, 1);

上面的代码中，一个 Worker 在异步地执行并且在执行完任务后通知主线程，主线程线程调用 Atomics.wait() 阻塞等待该 Worker 的通知信号。

总结

Atomics API 提供了一种在多个线程之间共享原始数值数据的低级别基元操作方法，常常被用于实现多线程数据同步。在多线程环境下，Atomics API 的使用需要考虑到共享内存位置以及异步数据处理等问题，因此需要谨慎使用。掌握 Atomics API，可以提高 Web Worker 的应用效率。