【HarmonyOS NEXT】鸿蒙多线程Sendable开发

非共享模块在同一线程内只加载一次，在不同线程间会加载多次，单例类也会创建多次，导致数据不共享，在不同的线程内都会产生新的模块对象。

基础概念

Sendable协议

Sendable协议定义了ArkTS的可共享对象体系及其规格约束。符合Sendable协议的数据（以下简称Sendable数据）可以在ArkTS并发实例间传递。

默认情况下，Sendable数据在ArkTS并发实例间（包括主线程、TaskPool&Worker工作线程）传递的行为是引用传递。同时，ArkTS支持Sendable数据在ArkTS并发实例间的拷贝传递。

当多个并发实例尝试同时更新可变Sendable数据时，会发生数据竞争。ArkTS提供了异步锁的机制来避免不同并发实例间的数据竞争。

示例：

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

@Sendable
class A {}

let a: A = new A();

@Concurrent
function foo(a: A) {}
let task: taskpool.Task = new taskpool.Task(foo, a)

let w = new worker.ThreadWorker("entry/ets/workers/Worker.ets")

// 1. TaskPool 共享传输实现方式
taskpool.execute(task).then(() => {})

// 2. Worker 共享传输实现方式
w.postMessageWithSharedSendable(a)

// 3. TaskPool 拷贝传输实现方式
task.setCloneList([a])
taskpool.execute(task).then(() => {})

// 4. Worker 拷贝传输实现方式
w.postMessage(a)

Sendable class

Sendable class需同时满足以下两个规则：

  1. 当且仅当被标注了@Sendable装饰器。
  2. 需满足Sendable约束，详情可查Sendable使用规则。

Sendable interface

Sendable interface需同时满足以下两个规则：

  1. 当且仅当是ISendable或者继承了ISendable。
  2. 需满足Sendable约束，详情可查Sendable使用规则。

Sendable支持的数据类型

  • 所有的ArkTS基本数据类型：boolean, number, string, bigint, null, undefined。
  • ArkTS语言标准库中定义的容器类型数据（须显式引入@arkts.collections）。
  • ArkTS语言标准库中定义的AsyncLock对象（须显式引入@arkts.utils）。
  • 继承了ISendable的interface。
  • 标注了@Sendable装饰器的class。
  • 接入Sendable的系统对象类型（详见Sendable系统对象）。
  • 元素均为Sendable类型的union type数据。

说明：

  • JS内置对象在并发实例间的传递遵循结构化克隆算法，语义为拷贝传递。因此JS内置对象的实例不是Sendable类型。

  • 对象字面量、数组字面量在并发实例间的传递遵循结构化克隆算法，语义为拷贝传递。因此，对象字面量和数组字面量不是Sendable类型。

  • ArkTS容器集与原生API行为差异具体参考行为差异汇总。

ISendable

在ArkTS语言基础库@arkts.lang中引入interface ISendable {}，没有任何必须的方法或属性。ISendable是所有Sendable类型（除了null和undefined）的父类型。ISendable主要用在开发者自定义Sendable数据结构的场景中。类装饰器@Sendable是implement ISendable的语法糖。

@Sendable装饰器：声明并校验Sendable class

说明：

从API version 11开始，该装饰器支持在ArkTS卡片中使用。

装饰器说明

@Sendable类装饰器说明
装饰器参数无。
使用场景限制仅支持在Stage模型的工程中使用。仅支持在.ets文件中使用。
装饰的类继承关系限制Sendable class只能继承Sendable class，普通Class不可以继承Sendable class。
装饰的对象内的属性类型限制1. 支持string、number、boolean、bigint、null、undefined、Sendable class、collections.Array、collections.Map、collections.Set。
2. 禁止使用闭包变量。
3. 不支持#定义私有属性，需用private。
4. 不支持计算属性。
装饰的对象内的属性的其他限制成员属性必须显式初始化。成员属性不能跟感叹号。
装饰的对象内的方法参数限制允许使用local变量、入参和通过import引入的变量。禁止使用闭包变量。
Sendable Class的限制不支持增加属性、不支持删除属性、允许修改属性，修改前后属性的类型必须一致、不支持修改方法。
适用场景1. 在TaskPool或Worker中使用类方法。
2. 传输对象数据量较大的使用场景。

装饰器使用示例

@Sendable
class SendableTestClass {
  desc: string = "sendable: this is SendableTestClass ";
  num: number = 5;
  printName() {
    console.info("sendable: SendableTestClass desc is: " + this.desc);
  }
  get getNum(): number {
    return this.num;
  }
}

Sendable使用规则

1. Sendable class只能继承自Sendable class

说明：

这里的class不包括变量。Sendable class不能继承自变量。

正例：

@Sendable
class A {
  constructor() {
  }
}

@Sendable
class B extends A {
  constructor() {
    super()
  }
}

反例：

class A {
  constructor() {
  }
}

@Sendable
class B extends A {
  constructor() {
    super()
  }
}

2. 非Sendable class只能继承自非Sendable class

正例：

class A {
  constructor() {
  }
}

class B extends A {
  constructor() {
    super()
  }
}

反例：

@Sendable
class A {
  constructor() {
  }
}

class B extends A {
  constructor() {
    super()
  }
}

3. 非Sendable class只能实现非Sendable interface

正例：

interface I {};

class B implements I {};

反例：

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

type ISendable = lang.ISendable;

interface I extends ISendable {};

class B implements I {};

4. Sendable class/interface成员变量必须是Sendable支持的数据类型

正例：

@Sendable
class A {
  constructor() {
  }
  a: number = 0;
}

反例：

@Sendable
class A {
  constructor() {
  }
  b: Array<number> = [1, 2, 3] // 需使用collections.Array
}

5. Sendable class/interface的成员变量不支持使用!断言

正例：

@Sendable
class A {
  constructor() {
  }
  a: number = 0;
}

反例：

@Sendable
class A {
  constructor() {
  }
  a!: number;
}

6. Sendable class/interface的成员变量不支持使用计算属性名

正例：

@Sendable
class A {
    num1: number = 1;
    num2: number = 2;
    add(): number {
      return this.num1 + this.num2;
    }
}

反例：

enum B {
    b1 = "bbb"
}
@Sendable
class A {
    ["aaa"]: number = 1; // ["aaa"] is allowed in other classes in ets files
    [B.b1]: number = 2; // [B.b1] is allowed in other classes in ets files
}

7. 泛型类中的Sendable class，collections.Array，collections.Map，collections.Set的模板类型必须是Sendable类型

正例：

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

try {
  let arr1: collections.Array<number> = new collections.Array<number>();
  let num: number = 1;
  arr1.push(num)
} catch (e) {
  console.error(`taskpool execute: Code: ${e.code}, message: ${e.message}`);
}

反例：

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

try {
  let arr1: collections.Array<Array<number>> = new collections.Array<Array<number>>();
  let arr2: Array<number> = new Array<number>()
  arr2.push(1)
  arr1.push(arr2)
} catch (e) {
  console.error(`taskpool execute: Code: ${e.code}, message: ${e.message}`);
}

8. Sendable class的内部不允许使用当前模块内上下文环境中定义的变量

由于Sendable对象在不同并发实例间的上下文环境不同，如果直接访问会有非预期行为。不支持Sendable对象使用当前模块内上下文环境中定义的变量，如果违反，编译阶段会报错。

说明：

从API version 12开始，sendable class的内部支持使用top level的sendable class对象。

正例：

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

type ISendable = lang.ISendable;

interface I extends ISendable {}

@Sendable
class B implements I {
  static o: number = 1;
  static bar(): B {
    return new B();
  }
}

@Sendable
class C {
  v: I = new B();
  u: number = B.o;

  foo() {
    return B.bar();
  }
}

反例：

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

type ISendable = lang.ISendable;

interface I extends ISendable {}

@Sendable
class B implements I {}

function bar(): B {
  return new B();
}

let b = new B();

{
  @Sendable
  class A implements I {}

  @Sendable
  class C {
    u: I = bar(); // bar不是sendable class对象，编译报错
    v: I = new A(); // A不是定义在top level中，编译报错

    foo() {
      return b; // b不是sendable class对象，而是sendable class的实例，编译报错
    }
  }
}

9. Sendable class中不能使用除了@Sendable的其它装饰器

如果类装饰器定义在ts文件中，产生修改类的布局的行为，那么会造成运行时的错误。

正例：

@Sendable
class A {
  num: number = 1;
}

反例：

@Sendable
@Observed
class C {
  num: number = 1;
}

10. 不能使用对象字面量/数组字面量初始化Sendable类型

Sendable数据类型只能通过Sendable类型的new表达式创建。

正例：

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

let arr1: collections.Array<number> = new collections.Array<number>(1, 2, 3); // 是Sendable类型

反例：

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

let arr2: collections.Array<number> = [1, 2, 3]; // 不是Sendable类型，编译报错
let arr3: number[] = [1, 2, 3]; // 不是Sendable类型，正例，不报错
let arr4: number[] = new collections.Array<number>(1, 2, 3); // 编译报错

11. 非Sendable类型不可以as成Sendable类型

说明：

Sendable类型在不违反Sendable规则的前提下需要和非Sendable类型行为兼容，因此Sendable类型可以as成非Sendable类型。

正例：

class A {
  state: number = 0;
}

@Sendable
class SendableA {
  state: number = 0;
}

let a1: A = new SendableA() as A;

反例：

class A {
  state: number = 0;
}

@Sendable
class SendableA {
  state: number = 0;
}

let a2: SendableA = new A() as SendableA;

与TS/JS交互的规则

ArkTS通用规则（目前只针对Sendable对象）

规则
Sendable对象传入TS/JS的接口中，禁止操作其对象布局（增、删属性，改变属性类型）。
Sendable对象设置到TS/JS的对象上，TS中获取到这个Sendable对象后，禁止操作其对象布局（增、删属性，改变属性类型）。
Sendable对象放入TS/JS的容器中，TS中获取到这个Sendable对象后，禁止操作其对象布局（增、删属性，改变属性类型）。

说明：

此处改变属性类型不包括Sendable对象类型的改变，比如从Sendable class A 变为Sendable class B。

NAPI规则（目前只针对Sendable对象）

规则
禁止删除属性，不能使用的接口有：napi_delete_property。
禁止新增属性，不能使用的接口有：napi_set_property、napi_set_named_property、napi_define_properties。
禁止修改属性类型，不能使用的接口有：napi_set_property、napi_set_named_property、napi_define_properties。
不支持Symbol相关接口和类型，不能使用的接口有：napi_create_symbol、napi_is_symbol_object、napi_symbol。

使用场景

Sendable对象可以在不同并发实例间通过引用传递。通过引用传递方式传输对象相比序列化方式更加高效，同时不丢失class上携带的成员方法，因此，Sendable主要可以解决两个场景的问题： 1. 跨并发实例传输大数据（例如可能达到100KB以上） 2. 跨并发实例传递带方法的class实例对象

跨并发实例传输大数据场景开发指导

由于跨并发实例序列化的开销随着数据量线性增长，因此当传输数据量较大时（100KB数据大约1ms传输耗时），跨并发实例的拷贝开销大，影响并行化的性能。引用传递方式传输对象可提升性能。

示例：

// index.ets
import { taskpool } from '@kit.ArkTS';
import { testTypeA, testTypeB, Test } from './sendable'

// 在并发函数中模拟数据处理
@Concurrent
async function taskFunc(obj: Test) {
  console.info("test task res1 is: " + obj.data1.name + " res2 is: " + obj.data2.name);
}

async function test() {
  // 使用taskpool传递数据
  let a: testTypeA = new testTypeA("testTypeA");
  let b: testTypeB = new testTypeB("testTypeB");
  let obj: Test = new Test(a, b);
  let task: taskpool.Task = new taskpool.Task(taskFunc, obj);
  await taskpool.execute(task);
}

test();
// sendable.ets
// 将数据量较大的数据在Sendable class中组装
@Sendable
export class testTypeA {
  name: string = "A";
  constructor(name: string) {
    this.name = name;
  }
}

@Sendable
export class testTypeB {
  name: string = "B";
  constructor(name: string) {
    this.name = name;
  }
}

@Sendable
export class Test {
  data1: testTypeA;
  data2: testTypeB;
  constructor(arg1: testTypeA, arg2: testTypeB) {
    this.data1 = arg1;
    this.data2 = arg2;
  }
}

跨并发实例传递带方法的class实例对象

由于序列化传输实例对象时会丢失方法，在必须调用实例方法的场景中，需使用引用传递方式进行开发。在数据处理过程中有需要解析的数据，可使用ASON工具进行数据解析。

示例：

// Index.ets
import { taskpool, ArkTSUtils } from '@kit.ArkTS'
import { SendableTestClass, ISendable } from './sendable'

// 在并发函数中模拟数据处理
@Concurrent
async function taskFunc(sendableObj: SendableTestClass) {
  console.info("SendableTestClass: name is: " + sendableObj.printName() + ", age is: " + sendableObj.printAge() + ", sex is: " + sendableObj.printSex());
  sendableObj.setAge(28);
  console.info("SendableTestClass: age is: " + sendableObj.printAge());

  // 解析sendableObj.arr数据生成JSON字符串
  let str = ArkTSUtils.ASON.stringify(sendableObj.arr);
  console.info("SendableTestClass: str is: " + str);

  // 解析该数据并生成ISendable数据
  let jsonStr = '{"name": "Alexa", "age": 23, "sex": "female"}';
  let obj = ArkTSUtils.ASON.parse(jsonStr) as ISendable;
  console.info("SendableTestClass: type is: " + typeof obj);
  console.info("SendableTestClass: name is: " + (obj as object)?.["name"]); // 输出: 'Alexa'
  console.info("SendableTestClass: age is: " + (obj as object)?.["age"]); // 输出: 23
  console.info("SendableTestClass: sex is: " + (obj as object)?.["sex"]); // 输出: 'female'
}
async function test() {
  // 使用taskpool传递数据
  let obj: SendableTestClass = new SendableTestClass();
  let task: taskpool.Task = new taskpool.Task(taskFunc, obj);
  await taskpool.execute(task);
}

test();
// sendable.ets
// 定义模拟类Test，模仿开发过程中需传递带方法的class
import { lang, collections  } from '@kit.ArkTS'

export type ISendable = lang.ISendable;

@Sendable
export class SendableTestClass {
  name: string = 'John';
  age: number = 20;
  sex: string = "man";
  arr: collections.Array<number> = new collections.Array<number>(1, 2, 3);
  constructor() {
  }
  setAge(age: number) : void {
    this.age = age;
  }

  printName(): string {
    return this.name;
  }

  printAge(): number {
    return this.age;
  }

  printSex(): string {
    return this.sex;
  }
}

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