HarmonyOS Next开发学习手册——多线程并发

简介

并发模型是用来实现不同应用场景中并发任务的编程模型，常见的并发模型分为基于内存共享的并发模型和基于消息通信的并发模型。

Actor并发模型作为基于消息通信并发模型的典型代表，不需要开发者去面对锁带来的一系列复杂偶发的问题，同时并发度也相对较高，因此得到了广泛的支持和使用。

当前ArkTS提供了TaskPool和Worker两种并发能力，TaskPool和Worker都基于Actor并发模型实现。

更多基于Actor模型进行多线程并发编程的例子可参考 Actor并发模型对比内存共享并发模型 。

TaskPool和Worker

ArkTS提供了TaskPool和Worker两种并发能力供开发者选择，各自的运作机制和注意事项请见 TaskPool简介 和 Worker简介 ，两者之间实现的特点和适用场景也存在差异，请见 TaskPool和Worker的对比 。

TaskPool简介

任务池（TaskPool）作用是为应用程序提供一个多线程的运行环境，降低整体资源的消耗、提高系统的整体性能，且您无需关心线程实例的生命周期。具体接口信息及使用方法详情请见 TaskPool 。

TaskPool运作机制

图1 TaskPool运作机制示意图

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。

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。

  • 从API version 11开始，实现任务的函数需要使用类方法时，该类必须使用装饰器 @Sendable 标注，且仅支持在.ets文件中使用。

  • 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 TaskPool和Worker支持的序列化类型 。

  • 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简介

Worker主要作用是为应用程序提供一个多线程的运行环境，可满足应用程序在执行过程中与主线程分离，在后台线程中运行一个脚本操作耗时操作，极大避免类似于计算密集型或高延迟的任务阻塞主线程的运行。具体接口信息及使用方法详情请见 Worker 。

Worker运作机制

图1 Worker运作机制示意图

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。

Worker注意事项

  • 创建Worker时，有手动和自动两种创建方式，手动创建Worker线程目录及文件时，还需同步进行相关配置，详情请参考 创建Worker的注意事项 。
  • 使用Worker能力时，构造函数中传入的Worker线程文件的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64个，详情请参见 生命周期注意事项 。
  • 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。
  • 使用Worker模块时，需要在主线程中注册onerror接口，否则当worker线程出现异常时会发生jscrash问题。
  • 不支持跨HAP使用Worker线程文件。

创建Worker的注意事项

Worker线程文件需要放在"{moduleName}/src/main/ets/"目录层级之下，否则不会被打包到应用中。有手动和自动两种创建Worker线程目录及文件的方式。

  • 手动创建：开发者手动创建相关目录及文件，此时需要配置build-profile.json5的相关字段信息，Worker线程文件才能确保被打包到应用中。

Stage模型：

"buildOption": {
  "sourceOption": {
    "workers": [
      "./src/main/ets/workers/worker.ets"
    ]
  }
}
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FA模型：

"buildOption": {
  "sourceOption": {
    "workers": [
      "./src/main/ets/MainAbility/workers/worker.ets"
    ]
  }
}
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  • 自动创建：DevEco Studio支持一键生成Worker，在对应的{moduleName}目录下任意位置，点击鼠标右键 > New > Worker，即可自动生成Worker的模板文件及配置信息，无需再手动在build-profile.json5中进行相关配置。

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，且构造函数需要传入Worker线程文件的路径（scriptURL）。

// 导入模块
import { worker } from '@kit.ArkTS';

// API 9及之后版本使用：
const worker1: worker.ThreadWorker = new worker.ThreadWorker('entry/ets/workers/MyWorker.ets');
// API 8及之前版本使用：
const worker2: worker.Worker = new worker.Worker('entry/ets/workers/MyWorker.ets');
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Stage模型下的文件路径规则

构造函数中的scriptURL要求如下：

  • scriptURL的组成包含 {moduleName}/ets 和相对路径 relativePath。
  • relativePath是Worker线程文件和"{moduleName}/src/main/ets/"目录的相对路径。

1） 加载Ability中Worker线程文件场景

加载Ability中的worker线程文件，加载路径规则：{moduleName}/ets/{relativePath}。

import { worker } from '@kit.ArkTS';

// worker线程文件所在路径："entry/src/main/ets/workers/worker.ets"
const workerStage1: worker.ThreadWorker = new worker.ThreadWorker('entry/ets/workers/worker.ets');

// worker线程文件所在路径："phone/src/main/ets/ThreadFile/workers/worker.ets"
const workerStage2: worker.ThreadWorker = new worker.ThreadWorker('phone/ets/ThreadFile/workers/worker.ets');
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2） 加载Library- HSP 中Worker线程文件场景

加载HSP中worker线程文件，加载路径规则：{moduleName}/ets/{relativePath}。

import { worker } from '@kit.ArkTS';

// worker线程文件所在路径： "hsp/src/main/ets/workers/worker.ets"
const workerStage3: worker.ThreadWorker = new worker.ThreadWorker('hsp/ets/workers/worker.ets');
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3） 加载Library- HAR 中Worker线程文件场景

加载HAR中worker线程文件存在以下两种情况：

  • @标识路径加载形式：所有种类的模块加载本地HAR中的Worker线程文件，加载路径规则：@{moduleName}/ets/{relativePath}。

  • 相对路径加载形式：本地HAR加载该包内的Worker线程文件，加载路径规则：创建Worker对象所在文件与Worker线程文件的相对路径。

需要注意的是：如果HAR包会被打包成三方包使用，则HAR包中使用Worker仅支持通过相对路径加载形式创建。

import { worker } from '@kit.ArkTS';

// @标识路径加载形式：
// worker线程文件所在路径: "har/src/main/ets/workers/worker.ets"
const workerStage4: worker.ThreadWorker = new worker.ThreadWorker('@har/ets/workers/worker.ets');

// 相对路径加载形式：
// worker线程文件所在路径: "har/src/main/ets/workers/worker.ets"
// 创建Worker对象的文件所在路径："har/src/main/ets/components/mainpage/MainPage.ets"
const workerStage5: worker.ThreadWorker = new worker.ThreadWorker('../../workers/worker.ets');
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FA模型下的文件路径规则

构造函数中的scriptURL为：Worker线程文件与"{moduleName}/src/main/ets/MainAbility"的相对路径。

import { worker } from '@kit.ArkTS';

// 主要说明以下三种场景：

// 场景1： Worker线程文件所在路径："{moduleName}/src/main/ets/MainAbility/workers/worker.ets"
const workerFA1: worker.ThreadWorker = new worker.ThreadWorker("workers/worker.ets", {name:"first worker in FA model"});

// 场景2： Worker线程文件所在路径："{moduleName}/src/main/ets/workers/worker.ets"
const workerFA2: worker.ThreadWorker = new worker.ThreadWorker("../workers/worker.ets");

// 场景3： Worker线程文件所在路径："{moduleName}/src/main/ets/MainAbility/ThreadFile/workers/worker.ets"
const workerFA3: worker.ThreadWorker = new worker.ThreadWorker("ThreadFile/workers/worker.ets");
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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的数量由内存管理策略决定，设定的内存阈值为1.5GB和设备物理内存的60%中的较小者。在内存允许的情况下，系统最多可以同时运行64个Worker。如果尝试创建的Worker数量超出这一上限，系统将抛出错误：“Worker initialization failure, the number of workers exceeds the maximum.”。实际运行的Worker数量会根据当前内存使用情况动态调整。一旦所有Worker和主线程的累积内存占用超过了设定的阈值，系统将触发内存溢出（OOM）错误，导致应用程序崩溃。

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本路线共分为四个阶段：

第一阶段：鸿蒙初中级开发必备技能

在这里插入图片描述

第二阶段：鸿蒙南北双向高工技能基础：gitee.com/MNxiaona/733GH

第三阶段：应用开发中高级就业技术

第四阶段：全网首发-工业级南向设备开发就业技术：gitee.com/MNxiaona/733GH

鸿蒙开发面试真题（含参考答案）:gitee.com/MNxiaona/733GH

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