JavaScript 是一种多功能编程语言，可以在客户端和服务器端运行。传统上，JavaScript 以单线程方式执行任务，这限制了其有效处理计算密集型操作的能力。然而，随着 Web 技术的进步，通过使用 Web Workers 和 SIMD.js，JavaScript 中的并行编程已成为可能。本文旨在介绍 JavaScript 中的并行编程概念，重点关注 Web Workers 和 SIMD.js，并提供代码示例来说明其用法。
了解并行编程
并行编程涉及将任务划分为可以并发执行的更小的子任务，从而利用多个资源来提高性能。在 JavaScript 中，并行编程对于涉及复杂计算、数据处理和模拟的任务特别有益。通过利用并行性，开发人员可以利用现代多核处理器并更有效地执行任务。
网络工作者
Web Workers 允许 JavaScript 代码在单独的后台线程中执行，从而实现并行处理。与处理用户交互和渲染的主 UI 线程不同，Web Workers 独立运行，不会阻塞 UI 线程。这使得能够执行计算密集型任务而不影响用户界面的响应能力。
创建 Web Worker
要创建 Web Worker，我们需要创建一个专用于该 Worker 代码的新 JavaScript 文件。
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让我们考虑一个使用 Web Worker 计算数字阶乘的示例。
示例
考虑下面所示的代码。
// main.js
const worker = new Worker('worker.js');
worker.postMessage(10); // Send data to the worker
worker.onmessage = function (event) {
const result = event.data; // Receive data from the worker
console.log(result);
};
下面是worker.js代码。
// worker.js
self.onmessage = function (event) {
const num = event.data;
const result = calculateFactorial(num);
self.postMessage(result);
};
function calculateFactorial(num) {
if (num === 0 || num === 1) {
return 1;
} else {
return num * calculateFactorial(num - 1);
}
}
说明
在上面的示例中，主 JavaScript 文件 main.js 使用 Worker 构造函数创建一个新的 Web Worker，并在单独的文件worker.js 中指定该 Worker 的代码。 postMessage() 方法向工作线程发送数据，onmessage事件处理程序接收工作线程计算的结果。
限制和沟通
Web Workers 有局限性，包括无法直接访问 DOM 或执行同步操作。然而，它们通过 postMessage() 方法和 onmessage 事件处理程序在主线程和工作线程之间提供了通信机制。这允许主线程和工作线程之间交换数据并返回结果。
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SIMD.js
单指令、多数据 (SIMD) 是一种并行计算技术，允许使用矢量化同时执行多个操作。 SIMD.js 是一个 JavaScript 扩展，支持 SIMD 计算，为涉及密集数学计算的任务提供性能优势。
SIMD 数据类型
SIMD.js 引入了新的数据类型，例如 SIMD.Float32x4 和 SIMD.Int32x4，它们分别表示四个浮点值和整数值的向量。这些数据类型可以同时对多个数据元素进行并行计算。 SIMD.js 对这些向量进行操作，高效地执行计算并利用现代 CPU 的并行处理能力。
执行 SIMD 操作
让我们探索一个示例，演示如何执行 SIMD 操作以按元素相乘两个数组。
示例
考虑下面所示的代码。
if (typeof SIMD !== 'undefined') {
const array1 = [1, 2, 3, 4];
const array2 = [5, 6, 7, 8];
const simdArray1 = SIMD.Float32x4.load(array1, 0);
const simdArray2 = SIMD.Float32x4.load(array2, 0);
const result = SIMD.Float32x4.mul(simdArray1, simdArray2);
const output = SIMD.Float32x4.extractLane(result, 0);
console.log(output); // Output: 5, 12, 21, 32
} else {
console.log('SIMD not supported in this browser.');
}
说明
在上面的示例中，我们首先检查当前浏览器是否支持 SIMD.js API。如果支持，我们可以通过从常规 JavaScript 数组加载值来创建两个 SIMD 数组（simdArray1 和 simdArray2）。然后，我们使用 SIMD.Float32x4.mul() 函数对 SIMD 数组执行逐元素乘法。最后，我们使用 SIMD.Float32x4.extractLane() 函数提取车道值。
代码片段的输出将取决于浏览器对 SIMD.js 的支持。如果支持 SIMD.js，输出将是两个数组按元素相乘的结果，即 [5, 12, 21, 32]。否则，代码将记录一条消息，指示当前浏览器不支持 SIMD。
结论
使用 Web Workers 和 SIMD.js 在 JavaScript 中进行并行编程，为优化性能和处理计算密集型任务开辟了新的可能性。 Web Workers 允许 JavaScript 在后台同时执行任务，而 SIMD.js 利用 SIMD 计算来实现更快的数学运算。通过利用这些并行编程技术，开发人员可以增强 JavaScript 应用程序的响应能力和效率。
在本文中，我们探讨了 JavaScript 并行编程的基础知识，重点关注 Web Workers 和 SIMD.js。我们讨论了如何创建 Web Workers 并与之通信，以及它们提供的限制和好处。此外，我们还探索了 SIMD.js 扩展，展示了如何在数组上执行 SIMD 操作。通过利用并行编程的力量，开发人员可以释放 JavaScript 的全部潜力，以完成复杂和资源密集型任务。
