单线程开发异步任务？ACE JS框架是如何实现的

做应用开发时，开发语言的选择至关重要。例如Java语言的线程特性能够让多任务并行，从而充分利用硬件资源开发出高性能的应用。而HarmonyOS 2提供的应用开发语言中，不仅有多线程的Java语言，还有单线程的JS语言。

那JS语言该如何充分利用硬件资源开发出高性能的应用呢？为此，HarmonyOS提出了“ACE JS的单线程异步机制”来解决这一问题。

虽然，JS语言本身是无法实现异步功能，但是ACE JS框架提供了多线程的宿主环境，通过消息通信机制让JS语言有了异步的属性，接下来我们来了解下具体的实现原理。

ACE开发框架

使用JS开发HarmonyOS应用，使用的开发框架名为ACE（Ability Cross-Platform Environment），该框架适用于手机、平板、智慧屏、智慧表、车机等设备，具备“一次开发，多端部署”的能力。

ACE框架包括应用层（Application）、前端框架层（Framework）、引擎层（Engine）和平台适配层（Porting Layer），如下图所示：

• Application：应用层表示开发者使用JS UI框架开发的FA应用，这里的FA应用特指JS FA应用；
• Framework：前端框架层主要完成前端页面解析，以及提供MVVM（Model-View-ViewModel）开发模式、页面路由机制和自定义组件等能力；
• Engine：引擎层主要提供动画解析、DOM（Document Object Model）树构建、布局计算、渲染命令构建与绘制、事件管理等能力；
• Porting Layer：适配层主要完成对平台层进行抽象，提供抽象接口，可以对接到系统平台。比如：事件对接、渲染管线对接和系统生命周期对接等。

ACE开发框架的线程模型

每个HarmonyOS JS应用，都是通过上图所示的ACE开发框架进行加载渲染的。ACE开发框架包含了JS线程、UI线程、GPU线程、IO线程，并且在ACE框架外还会存在一类后台任务线程。其中GPU线程与IO线程为ACE框架内部的专有线程，主要作用于ACE框架初始化与页面加载渲染的过程；UI线程、JS线程和后台任务线程会与应用开发代码相关：

• UI线程：负责应用界面的绘制刷新，与应用的进程号相同，又叫主线程。如果开发JS+JAVA的混合编程，JAVA PA（Particle Ability）的onStart/onConnect等Ability生命周期回调便是运行在主线程，若在这些生命周期回调上执行耗时操作则会导致JS UI的绘制刷新卡住。
• JS线程：应用的JS代码会被JS引擎解析执行，并运行在JS线程上，而JS又是单线程语言，所以目前我们工程中看到的所有的JS代码都会执行在这个进程下唯一的JS线程上。
• 后台任务线程：这里是对ACE框架外部的后台线程的一个统称，并不单指一个线程，也并不唯一。后台任务线程包含了Java PA线程、文件操作API、网络访问API内部实现等相关线程。

下面我们结合测试代码，分析这三个线程的作用和关系。

JS线程与UI线程的关系

为了验证JS线程与UI线程的关系，我们准备了一个实验性质的Demo，主要代码以及运行过程的Log如下：

首先我们在IDE建立一个Empty Ablity(JS)模板的HelloWorld工程，在生命周期、按钮响应回调方法里增加Log以观察线程情况。刚创建的app.js中Application生命周期默认已经有Log，无需额外添加。

我们只需要在主界面index.js文件中onInit增加日志：

console.info('page.default onInit'); 

然后在index.hml中增加一个button以及会一直进行动画的progress组件：

<button id='button1' onclick="onButtonClick">I'm a button</button> 
<progress type="circular"/> 

最后在index.js中增加按钮点击响应事件以及Log，并且尝试sleep阻塞js线程：

function sleep(delay) { 
for (var t = Date.now(); Date.now() - t <= delay; ); 
} 
onButtonClick() { 
console.info('onButtonClick begin'); 
sleep(1000); 
console.info('onButtonClick end'); 
} 

将应用运行起来，点击两次按钮，得到如下Log：

从输出的Log中，我们可以看到这个JS FA进程号为22592，也就是说UI线程是22592；生命周期回调以及按钮响应均在24077线程，这个就是JS线程，所以JS线程与UI线程不是同一个线程。

并且我们尝试通过sleep方法阻塞JS线程，想观察JS线程阻塞是否会影响到UI线程的刷新。最终得出的结论是无论JS线程sleep多长时间，UI界面上的progress组件动画一直会不断刷新，按钮也会有按压效果变化，所以我们可以推测JS线程与UI线程的相互调用应该是通过某种消息机制完成的，而不是阻塞式的调用。

JS线程与后台任务线程的关系

ACE JS框架提供了JS FA（Feature Ability）调用Java PA（Particle Ability）的机制，该机制提供了一种通道来传递方法调用、处理数据返回以及订阅事件上报。通过以下Demo可以验证 JS 线程与Java PA线程的关系：

在JS中，我们通过FeatureAbility.callAbility拉起并调用了名为一个类名为ServiceAbility的Java PA，并拿到返回结果：

var action = {}; 
action.bundleName = 'com.blancwu.test'; 
action.abilityName = 'com.blancwu.test.ServiceAbility'; 
action.messageCode = 1001; 
action.abilityType = 0; 
action.syncOption = 0; 
 
console.info('FeatureAbility.callAbility begin' + JSON.stringify(action));FeatureAbility.callAbility(action).then(function (value) { 
console.info('FeatureAbility.callAbility async result ' + JSON.stringify(value)); 
}) 
console.info('FeatureAbility.callAbility end' + JSON.stringify(action)); 

在ServiceAbility的onRemoteRequest中增加Log输出，并sleep 1秒钟，以便观察线程情况与之间关系：

@Override 
public boolean onRemoteRequest(int code, MessageParcel data, MessageParcel reply, MessageOption option) throws RemoteException { 
HiLog.info(LABEL_LOG, "onRemoteRequest begin " + code); 
if (code == 1001) { 
try { 
Thread.sleep(1000); 
} catch (InterruptedException e) { 
e.printStackTrace(); 
} 
Map<String, Object> result = new HashMap<String, Object>(); 
result.put("result", 1); 
reply.writeString(ZSONObject.toZSONString(result)); 
} 
HiLog.info(LABEL_LOG, "onRemoteRequest end " + code); 
return super.onRemoteRequest(code, data, reply, option); 
} 

完成以上代码后，并进行执行，可得到的Log如下：

我们观察到本次运行主进程（UI线程）号为4133，JS代码执行在JS线程5887，Java PA响应onRemoteRequest执行在另一个后台任务线程5837。通过Log我们看到onRemoteRequst即使阻塞了后台任务线程1s也不会影响JS线程的并行执行以及主线程（UI线程）上动画的刷新，做到了JS线程与后台任务线程异步地执行事务。

JS线程的异步机制

上面从代码实验角度观察到了JS线程与其他线程的异步关系，那么JS线程处理来自其他多个线程的调用是怎么实现的呢？
首先，我们来看一下传统浏览器环境下的运行机制：

上图中，JS线程中的函数调用会存在于栈（stack）中，栈中的函数可以调用浏览器环境提供的WebAPIs，包含了DOM、ajax、timeout等API，这些API会在浏览器环境提供的另外一个外部线程执行，执行完成后会在任务队列（callback queue）中加入对应的回调事件（如onClick、onLoad、onDone）。

当栈中的代码执行完毕，即栈清空后，JS线程又会通过event loop取出任务队列中的下一个任务进行执行，以此类推完成整个程序执行。

HarmonyOS ACE开发框架同样遵循上述最基本的EventLoop调度机制，并且提供了更多的机制和API，让业务逻辑可以在外部线程执行，包含了上面提到的Java PA以及异步回调的系统能力API。其中，异步回调的系统能力API包含如文件系统操作和网络操作等，具体大家可以按照我们实验Demo的方法去尝试一下。
● 参考 https://developer.harmonyos.com/cn/docs/documentation/doc-references/js-apis-file-storage-0000000000629445

未来发展的展望

目前ACE JS应用内实现多线程的最佳方式是通过混合编程调用Java PA方式，未来，随着纯JS应用越来越多，只支持单线程的JS ACE框架的异步API并不能解决各种复杂场景问题。

单线程的JS加上异步API能够很好解决单个I/O阻塞的问题，但是如果遇到大量的I/O事件，比如批删除大量文件，通过for循环发起了大量异步任务，也会降低执行效率，甚至阻塞其他异步任务的执行。并且如果要使用JS语言开发计算密集型的任务，也无法在唯一的JS线程上进行。

这时就需要一个真正的JS多线程处理机制了，虽然目前HarmonyOS 2还未支持，但未来HarmonyOS会考虑规划出与HTML5类似提供支持WebWorker机制，支持开发出多线程的JS代码，提供给应用开发者更多的发挥空间。