鸿蒙开发中的并发与多线程

news2025/4/13 8:20:10

文章目录

  • 前言
  • 异步并发 (Promise和async/await)
  • 多线程并发
  • 并发能力选择
    • 耗时任务并发执行场景
      • 常见业务场景
    • 常驻任务并发执行场景
      • 常见业务场景
    • 传统共享内存并发业务
    • 长时任务并发执行场景
      • 常见业务场景
  • 并发任务管理
  • 线程间通信
    • 同语言线程间通信(ArkTS内)
    • 线程间模块共享(单例模式)
      • 实现方案介绍(方案二)
    • 线程间不可变数据共享
      • 实现方案介绍
    • 生产者与消费者模式


前言

并发是指在同一时间内,存在多个任务同时执行的情况。对于多核设备,这些任务可能同时在不同CPU上并行执行。对于单核设备,多个并发任务不会在同一时刻并行执行,但是CPU会在某个任务休眠或进行I/O操作等状态下切换任务,调度执行其他任务,提升CPU的资源利用率。


异步并发 (Promise和async/await)

  • Promise 的特点与用法:Promise 用于处理异步操作,有 pending、fulfilled、rejected 三种状态,通过构造函数传入 executor 函数创建 Promise 对象,executor 函数接收 resolve 和 reject 回调函数。可使用 then 和 catch 方法指定不同状态的回调函数。
  • async/await 的优势:async/await 是 Promise 的语法糖,使异步代码更易读,async 函数返回 Promise 对象,内部可用 await 等待 Promise 解析,将异步操作以同步方式编写,还可结合 try/catch 捕获异常。

多线程并发

  • ArkTS并发模型:ArkTS采用内存隔离的线程模型,不同线程之间通过消息通信,线程内无锁化运行。与传统共享内存并发模型相比,异步I/O不阻塞ArkTS线程,TaskPool及I/O线程池由系统管理,提升能效。

  • 在这里插入图片描述
    不支持在多线程中使用AppStorage。

  • TaskPool的使用:TaskPool可执行耗时任务,提供任务分发入口,支持将任务分发到不同优先级队列,自动管理工作线程并根据任务数量扩缩容。适用于相对独立的耗时任务、长时任务,但任务执行中有通信开销、不能阻塞过长、不能有上下文依赖等限制。

  • Worker的使用:Worker可执行常驻任务,需开发者主动创建或关闭并维护其生命周期,同时运行的Worker子线程数量有限。适用于长耗时且并发量不大的常驻任务场景。

  • 实现特点对比

    • 内存模型与参数传递机制:TaskPool 和 Worker 都采用线程间隔离、内存不共享的方式,且参数传递都采用结构化克隆算法,支持 ArrayBuffer 转移和 SharedArrayBuffer 共享。,开发者自行管理数量及生命周期,不支持上述 TaskPool 的其他特性。
  • 适用场景对比

    • TaskPool 适用场景:大多数场景推荐使用,性能优于 Worker,适用于需要设置优先级、频繁取消任务、大量或调度点较分散任务等。
    • Worker 适用场景:适用于运行时间超过 3 分钟的任务、有关联的一系列同步任务等特定场景。

场景编号

场景分类

场景名称

简述

1

并发能力选择

耗时任务并发执行

相对独立的耗时任务需要放到单独的子线程中执行,推荐TaskPool

2

常驻任务并发执行

常驻的耗时任务需要放到单独的子线程中执行,推荐Worker

3

共享内存并发业务

开发常见的共享内存并发业务,推荐使用TaskPool和Worker的API进行开发

4

长时任务并发执行

长时间运行的任务,不独占线程执行,推荐TaskPool长时任务

5

并发任务管理

多任务关联执行(串行顺序依赖)

有严格执行顺序的任务,不希望并发执行

6

多任务关联执行(树状依赖)

待执行的任务存在依赖关系,等待被依赖执行完再调度

7

多任务同步等待结果(任务组)

多个关联的任务需要等待全部结果返回后再进行后续操作

8

多任务优先级调度

不同任务设置不同的优先级

9

任务延时调度

任务不希望立即执行,希望延时一定时间后调度

10

线程间通信

同语言线程间通信(ArkTS内)

介绍ArkTS线程间的通信机制

11

跨语言多线程通信(C++与ArkTS)

介绍C++与ArkTS线程间的通信机制

12

线程间模块共享(单例模式)

介绍进程内单例场景的实现方式

13

线程间不可变数据共享

介绍不可变数据共享场景的实现方式

14

生产者与消费者模式

介绍生产者与消费者模式场景的实现方式

并发能力选择

耗时任务并发执行场景

典型的耗时任务有CPU密集型任务、I/O密集型任务以及同步任务。=>任务池(TaskPool)
对于独立的耗时任务,不建议采用Worker来实现。


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

@Concurrent
async function foo(a: number, b: number) {
  return a + b;
}

taskpool.execute(foo, 1, 2).then((ret: Object) => { // 结果处理
  console.log('Return:' + ret);
})

常见业务场景

常见业务场景具体业务描述
图片/视频编解码将图片或视频进行编解码再展示
压缩/解压缩对本地压缩包进行解压操作,或者本地文件的压缩操作
JSON解析对JSON字符串的序列化和反序列化操作
模型运算对数据进行模型运算分析等
网络下载密集网络请求下载资源、图片、文件等
数据库操作将聊天记录、页面布局信息、音乐列表信息等保存到数据库,或者应用二次启动时,读取数据库展示相关信息

常驻任务并发执行场景

常驻不是指可以在后台保活运行的任务,而是相比于短时任务,时间更长的任务,可能与主线程生命周期一致。
对于一些长耗时(大于3min)且并发量不大的常驻任务场景,使用Worker在后台线程中运行这些耗时逻辑,避免阻塞主线程而导致出现丢帧卡顿等影响用户体验性的问题 。
常驻任务不推荐作为任务分发给TaskPool。

常见业务场景

常见业务场景具体业务描述
游戏中台场景启动子线程作为游戏业务的主逻辑线程,UI线程只负责渲染
产线硬件压测需要阻塞调用硬件能力,做老化测试,阻塞式

传统共享内存并发业务

如果需要使用内存共享,当前可以通过Node-API到C++层进行共享,或者定义Sendable对象进行线程间数据共享。

长时任务并发执行场景

长时任务不同于阻塞任务,长周期运行,但是每次执行不会阻塞线程很久。因此不推荐将需要独占线程的任务封装成长时任务。任务池(TaskPool)

对于非常驻的长时任务,不建议采用Worker来实现。

长时任务指的是长时间不间断运行的独立任务,例如监听某个事件,发起执行后不会再接收发起方的输入,虽然也可以使用worker(推荐常驻后台任务才使用worker),但是更推荐使用TaskPool,TaskPool更方便,资源消耗更低。

常见业务场景

常见业务场景具体业务描述
定期传感器数据采集周期性采集一些传感器信息(例如位置信息、速度传感器等),应用运行阶段常驻运行。
Socket端口信息监听长时间监听Socket数据,不定时需要响应处理。
import { taskpool } from '@kit.ArkTS';

@Concurrent
async function foo() {
  // 长监听等任务
  taskpool.Task.sendData();
}

function executeTaskPool() {
  let longTask: taskpool.LongTask = new taskpool.LongTask(foo);
  longTask.onReceiveData((msg: Object) => {
    // 监听回调
    console.info(`onReceiveData, ${JSON.stringify(msg)}`);
  });

  taskpool.execute(longTask).then(() => {
    console.info('execute');
  });
}

executeTaskPool();

并发任务管理

多任务关联执行(串行顺序依赖)

多任务关联执行(树状依赖)

多任务同步等待结果(任务组)

多任务优先级调度

任务延时调度

线程间通信

同语言线程间通信(ArkTS内)

跨线程交互场景通信方式通信优先级
宿主JS线程->TaskPool线程参数传递后分发任务;过程中不支持正向通信支持
TaskPool线程->宿主JS线程结果返回;sendData触发宿主线程异步回调,底层为uv_async_send实现不支持
宿主JS线程->Worker线程采用postMessage&onmessage异步通信不支持
Worker线程->宿主JS线程异步方式:采用postMessage & onmessage异步通信
同步方式:支持Worker线程同步调用宿主线程注册的方法,并返回结果
不支持
任意JS线程<->任意JS线程使用ohos.emitter实现双向异步通信支持

线程间模块共享(单例模式)

实现方案介绍(方案二)

步骤一:采用ArkTS对象,定义Sendable类的单例,封装成共享模块(进程内共享),子线程进行初始化;

步骤二:初始化完成通知主线程,主线程导入使用该单例对象。

线程间不可变数据共享

实现方案介绍

通过冻结API,使共享对象变成只读对象。实现方案介绍:

步骤一:业务逻辑定义、生成需要的Sendable对象;

步骤二:发送到其他ArkTS线程前通过Object.Freeze API冻结该对象;

步骤三:通过taskpool或worker的消息通信机制将该对象共享到其他ArkTS线程。

生产者与消费者模式

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