问题

JavaScript 如果拥有多线程能力会怎样?

回答
如果JavaScript具备了真正意义上的多线程能力,那它在处理并发和复杂任务时,无疑会迎来一场翻天覆地的变革。想象一下,我们不再需要依赖那些精巧的、基于事件循环的模拟多线程方案,比如Web Workers,而是能够像许多其他成熟的后端语言一样,直接创建和管理多个独立的执行线程。

这会带来什么?

首先,性能的飞跃将是显而易见的。对于那些计算密集型的操作,例如图像处理、视频编码、大型数据集的分析,或者模拟复杂的物理系统,现在可能需要通过将任务分割并分配给Web Worker来勉强应对,但即使这样,数据通信的开销和状态管理的复杂性仍然是一个不小的负担。如果JavaScript原生支持多线程,这些操作就能在一个进程内,由不同的线程并行执行,极大地缩短了处理时间。CPU的多个核心将得到充分的利用,那些曾经令人抓狂的“卡顿”或“无响应”的体验将大大改善。

其次,并发模型的简化。目前的JavaScript异步编程,虽然强大,但对于开发者来说,理解Promise、async/await、回调函数以及事件循环的协作,仍然需要一定的学习曲线。当引入真正的多线程时,我们可以采用更直接、更符合直觉的并发模式。想象一下,你可以创建多个工作线程,每个线程负责一个独立的功能块,它们之间可以通过共享内存(当然,需要谨慎处理同步问题)或者消息传递进行通信。这会让编写多任务场景的代码变得更加清晰和易于维护,减少了因异步调度不当而产生的难以调试的bug。

更重要的是,UI的响应性将得到质的提升。目前,JavaScript在浏览器中的执行环境是单线程的,任何长时间运行的计算都会阻塞UI主线程,导致页面卡死。即便有了Web Workers,数据传递也无法做到近乎实时的共享,需要序列化和反序列化,这在某些场景下效率并不高。拥有多线程能力后,我们可以将耗时计算完全放到后台线程中执行,而UI主线程则可以专注于渲染和用户交互,确保应用始终保持流畅和灵敏。即使是复杂的动画、3D渲染或者实时数据更新,也能在一个线程中流畅地进行,而不会影响到用户与界面的互动。

在后端,Node.js 的事件循环模型虽然高效,但对于CPU密集型任务,仍然存在单线程的瓶颈。如果Node.js能够原生支持多线程,我们可以直接创建多个工作进程(或者说是线程,取决于具体实现),将CPU密集型的任务分发出去,而无需依赖 `worker_threads` 模块。这对于构建高并发、高性能的网络服务,如API网关、实时聊天服务器、数据处理平台等,将带来巨大的便利和性能提升。

当然,多线程也并非没有挑战。同步和互斥将成为开发者需要重点关注的领域。当多个线程访问同一块共享数据时,必须有机制来防止数据损坏,比如使用锁(Mutex)、信号量(Semaphore)等。如果处理不当,可能会出现竞态条件(Race Condition)、死锁(Deadlock)等棘手的问题。JavaScript需要提供一套健壮的并发控制机制,并且开发者也需要掌握这些工具的使用方法。

此外,内存管理在多线程环境中也需要更精细的设计。如何高效地在线程间共享或传递数据,避免不必要的拷贝,同时保证数据的一致性,将是语言设计和实现中的关键。

总而言之,JavaScript如果拥有真正的多线程能力,它将从一个主要面向Web前端、以异步单线程为特色的脚本语言,蜕变为一个能够胜任更广泛、更复杂任务的全能型语言。它将极大地拓展JavaScript的应用边界,使其在高性能计算、后端服务、桌面应用等领域都焕发出新的生机。虽然这会带来新的挑战,但随之而来的性能和开发效率的提升,将是划时代的。

网友意见

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其实这样的选择是对的,从如今的情况来看,所谓的共享资源和互斥锁的多线程模型,带来的好处有限,麻烦却一大堆,实在不能说是一个很好的设计。是值得检讨而不是发扬光大的模型。

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首先,webworker 不是伪多线程,一般我们说 js 中的伪多线程是指使用像 setTimeout setInterval 这样的 api 来实现类似并行的效果,而 webworker 是真正起了一个新线程的,所以它是真多线程。

这里的多线程并不是像web worker一样的伪多线程,而是类似java一样的真多线程,该线程,和其他线程共享全局变量,需要对共享变量用锁保护。

根据题主这句话,我猜测题主说 webworker 是伪多线程是因为 webworker 不能和主线程或其他子线程共享全局变量,也自然谈不上什么对共享变量的锁保护。可事实上,是不是多线程,和线程之间能不能共享全局变量并没有什么直接关系。可以参看维基百科上面关于线程的描述:

zh.wikipedia.org/wiki/%
1. 会对开发者有什么影响(好处or坏处更多一点)?
2. 对js语言本身有什么影响?(会限制某些功能,某些场景?)
3. 和异步的api怎么兼容?

关于题主的这三个问题,我觉得其实不太好回答。因为一旦引入题主所说的可共享变量的多线程机制,整个 javascript 开发模型可能都得一起改变,这么大的变化,已经没法估量它带来的好处多还是坏处多了。

我们都知道 javascript 运行时,不管是 Chrome 的 V8 还是 Edge 的查克拉,都是基于 EventLoop 的。这意味着,每时每刻都只有一段用户代码可能修改环境中的变量,这个看似限制颇多的运行时模型使得 javascript 的开发模型大为简化。一旦引入可共享变量的多线程机制,就算传统的 EventLoop 机制仍然保留,也仍然可能会出现有两段代码同时修改某个变量,这无疑使得代码的编写和调试难度大大增加。

还有一些问题,比如,引入题主所谓的真多线程之后,原来的用户事件、setTimeout、setInterval 这些api的回调,是仍然放入 EventLoop 还是在新线程并行执行?浏览器的渲染线程会被 javascript 的执行线程阻塞,引入可共享变量的子线程后,子线程的执行要不要也阻塞浏览器渲染?

总的来说,目前浏览器上 javascript 已有的这些运行时模型基本满足了绝大部分的业务需求,同时又使编程模型复杂度保持在了很低的水平,已经是很好的权衡,并不太需要引入可共享变量的多线程这个新技术。

------------ 2016-09-23 13:57:18 更新-------------------

针对题主补充的内容,做一点补充

但另一个方面settimeout,以及异步(promise async/await),都是通过类似event loop的原理实现的,都运行在同一个线程里,当这个线程任务比较繁重,可能导致timeout不够准确,异步任务等待得比较久等缺点,能否通过vm层的多线程支持而有更好的体验呢(这样timeout和async/await运行在另一个线程,timeout更准确,异步任务也更及时)?比如类似C#一样,异步就新开一个线程,在里面干活,干完数据送回主线程,主线程可能阻塞,也可能做自己的事情,这样是不是一种比js真多线程更好的解决方案?

题主说到了setTimeout不准时的问题,我猜题主对这个不准时的原因理解可能有偏差。从我之前看过的一些资料来看,setTimeout不准时并不是因为定时器没有在指定的时间被触发,而是触发之后回调函数没有被立刻执行,这是两个完全不同的概念。比如 setTimeout(fn, 500) 这句代码会让 javascript 引擎在 500ms 后准时地将 fn 加入 EventLoop ,但是 EventLoop 是不是会立刻执行 fn 的内容就不好说了,这要看 fn 前面是不是还有别的什么任务。

而C#里面一般定时器的回调都是在单独线程里面执行的,其执行上下文和主线程是相对独立的,自然也就不存在要看前面是不是有其他任务要运行的问题,所以看上去执行时机更准确。

但是 C# 的多线程也没这么简单。如何更新 UI ?题主如果用 C# 写过客户端程序应该记得,子线程是没有办法直接操作界面的,需要用委托 delegate,其实也可以说就是一种消息,在子线程触发计时器之后,给 UI 线程发消息(调用delegate),让 UI 线程更新用户界面。

C# 这种做法,你用现有的 webworker 一样可以实现,在 worker 里面开计时器,到时间之后给主线程 postMessage ,主线程收到指定消息之后操作UI。可是,你怎么保证主线程收到消息的时候不忙碌可以立即处理消息更新 UI ?是不是感觉弄了半天还是绕回来了?呵呵

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