JavaScriptにおけるWeb Worker
この記事ではJavaScriptにおけるWeb Workerについて説明します。
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javascript-web-worker.html
1<!DOCTYPE html>
2<html lang="en">
3<head>
4 <meta charset="UTF-8">
5 <title>JavaScript & HTML</title>
6 <style>
7 * {
8 box-sizing: border-box;
9 }
10
11 body {
12 margin: 0;
13 padding: 1em;
14 padding-bottom: 10em;
15 font-family: 'Segoe UI', Tahoma, Geneva, Verdana, sans-serif;
16 background-color: #f7f9fc;
17 color: #333;
18 line-height: 1.6;
19 }
20
21 .container {
22 max-width: 800px;
23 margin: 0 auto;
24 padding: 1em;
25 background-color: #ffffff;
26 border: 1px solid #ccc;
27 border-radius: 10px;
28 box-shadow: 0 4px 12px rgba(0, 0, 0, 0.05);
29 }
30
31 .container-flex {
32 display: flex;
33 flex-wrap: wrap;
34 gap: 2em;
35 max-width: 1000px;
36 margin: 0 auto;
37 padding: 1em;
38 background-color: #ffffff;
39 border: 1px solid #ccc;
40 border-radius: 10px;
41 box-shadow: 0 4px 12px rgba(0, 0, 0, 0.05);
42 }
43
44 .left-column, .right-column {
45 flex: 1 1 200px;
46 min-width: 200px;
47 }
48
49 h1, h2 {
50 font-size: 1.2rem;
51 color: #007bff;
52 margin-top: 0.5em;
53 margin-bottom: 0.5em;
54 border-left: 5px solid #007bff;
55 padding-left: 0.6em;
56 background-color: #e9f2ff;
57 }
58
59 button {
60 display: block;
61 margin: 1em auto;
62 padding: 0.75em 1.5em;
63 font-size: 1rem;
64 background-color: #007bff;
65 color: white;
66 border: none;
67 border-radius: 6px;
68 cursor: pointer;
69 transition: background-color 0.3s ease;
70 }
71
72 button:hover {
73 background-color: #0056b3;
74 }
75
76 #output {
77 margin-top: 1em;
78 background-color: #1e1e1e;
79 color: #0f0;
80 padding: 1em;
81 border-radius: 8px;
82 min-height: 200px;
83 font-family: Consolas, monospace;
84 font-size: 0.95rem;
85 overflow-y: auto;
86 white-space: pre-wrap;
87 }
88
89 .highlight {
90 outline: 3px solid #ffc107; /* yellow border */
91 background-color: #fff8e1; /* soft yellow background */
92 transition: background-color 0.3s ease, outline 0.3s ease;
93 }
94
95 .active {
96 background-color: #28a745; /* green background */
97 color: #fff;
98 box-shadow: 0 0 10px rgba(40, 167, 69, 0.5);
99 transition: background-color 0.3s ease, box-shadow 0.3s ease;
100 }
101 </style>
102</head>
103<body>
104 <div class="container">
105 <h1>JavaScript Console</h1>
106 <button id="executeBtn">Execute</button>
107 <div id="output"></div>
108 </div>
109
110 <script>
111 // Override console.log to display messages in the #output element
112 (function () {
113 // Override console.log
114 const originalLog = console.log;
115 console.log = function (...args) {
116 originalLog.apply(console, args);
117 const message = document.createElement('div');
118 message.textContent = args.map(String).join(' ');
119 output.appendChild(message);
120 };
121
122 // Override console.error
123 const originalError = console.error;
124 console.error = function (...args) {
125 originalError.apply(console, args);
126 const message = document.createElement('div');
127 message.textContent = args.map(String).join(' ');
128 message.style.color = 'red'; // Color error messages red
129 output.appendChild(message);
130 };
131 })();
132
133 document.getElementById('executeBtn').addEventListener('click', () => {
134 // Prevent multiple loads
135 if (document.getElementById('externalScript')) return;
136
137 const script = document.createElement('script');
138 script.src = 'javascript-web-worker.js';
139 script.id = 'externalScript';
140 //script.onload = () => console.log('javascript-web-worker.js loaded and executed.');
141 //script.onerror = () => console.log('Failed to load javascript-web-worker.js.');
142 document.body.appendChild(script);
143 });
144 </script>
145</body>
146</html>JavaScriptにおけるWeb Worker
JavaScriptのWeb Workerは、メインスレッドとは別のスレッドでコードを実行するための仕組みです。これにより、計算が重い処理や長時間かかる操作を非同期で行い、メインスレッドがブロックされるのを防ぐことができます。Web Workerを使用することで、ユーザーインターフェースの応答性が向上し、アプリケーションのパフォーマンスが改善されます。
Web Workerの基本的な使い方
Web Workerの基本的な使用方法を見てみましょう。
新しいWeb Workerは、JavaScriptファイルを指定して作成します。
1// worker.js (created as a separate file)
2onmessage = function(event) {
3 // Receive a message
4 const data = event.data;
5 // Perform heavy computation or processing
6 const result = data * 2;
7 // Return the result to the main thread
8 postMessage(result);
9}; 1// Main thread (main.js)
2const worker = new Worker('worker.js');
3
4// Send a message to the worker
5worker.postMessage(10);
6
7// Receive a message from the worker
8worker.onmessage = function(event) {
9 console.log('Result from Worker: ', event.data); // Result: 20
10};
11
12// Error handling
13worker.onerror = function(error) {
14 console.error('Worker error: ', error);
15};- このコードは、
Web Workerを使ってメインスレッドから計算処理を依頼し、結果を非同期に受け取る基本的な仕組みを示しています。メッセージとして10をWeb Workerに送信し、計算結果の20をメッセージとして受け取っています。メインスレッドとWeb Workerの間では、メッセージの送受信により処理の依頼と処理結果の受け取りを行います。
基本機能
Web Workerには次のような基本機能があります。
postMessageとonmessageメインスレッドとWeb Workerの間でメッセージを送受信するために使用します。postMessageでデータを送信し、onmessageで受信します。- スレッド間の独立性
Web Workerはメインスレッドとは完全に独立しています。したがって、メインスレッドで定義された変数や関数にはアクセスできません。必要なデータはpostMessageを介して渡す必要があります。 - スクリプトのインポート
Web Worker内で外部スクリプトを読み込むには、importScripts()を使用します。
1// mathUtils.js
2function double(n) {
3 return n * 2;
4}1// worker.js
2importScripts('mathUtils.js');
3
4onmessage = function(event) {
5 const input = event.data;
6 const result = double(input); // mathUtils.jsの関数を使用
7 postMessage(result);
8}; 1// Main thread (main.js)
2const worker = new Worker('worker.js');
3
4// Send a message to the worker
5worker.postMessage(10);
6
7// Receive a message from the worker
8worker.onmessage = function(event) {
9 console.log('Result from Worker: ', event.data); // Result: 20
10};
11
12// Error handling
13worker.onerror = function(error) {
14 console.error('Worker error: ', error);
15};または、次のように import を用いることもできます。
1// lib.js
2
3// Simulated CPU-intensive task
4export function doHeavyWork(n) {
5 return n * 2;
6}1// worker.js
2import { doHeavyWork } from './lib.js';
3
4self.onmessage = (event) => {
5 const data = event.data;
6 const result = doHeavyWork(data);
7 self.postMessage(result);
8}; 1// Main thread (main.js)
2const worker = new Worker('worker.js', { type: 'module' });
3
4// Send a message to the worker
5worker.postMessage(10);
6
7// Receive a message from the worker
8worker.onmessage = function(event) {
9 console.log('Result from Worker: ', event.data); // Result: 20
10};
11
12// Error handling
13worker.onerror = function(error) {
14 console.error('Worker error: ', error);
15};new Workerの引数でtypeにmoduleを指定すると、ESモジュールとしてワーカーを扱うことができ、import構文を使用できるようになります。
Web Workerとasync関数の違い
Web Worker
特徴
- スレッド分離
Web Workerは別のスレッドで JavaScript コードを実行します。これにより、メインスレッド（UIスレッド）をブロックせずに重い計算処理を実行できます。 - 並行処理
Web Workerを使うと、JavaScript プログラムが複数のスレッドで並行処理を行えるようになります。 - メッセージ通信
Web Workerとメインスレッドはお互いにデータを共有せず、postMessageとonmessageを使用してメッセージを交換します。 - UI操作不可
Web Workerは DOM にアクセスできないため、UI の直接操作はできません。
利用例
- 画像処理、データ解析、暗号化などの重い計算処理に向いています。
- メインスレッドをブロックさせたくない場合に利用できます。
async
特徴
- 非同期処理の簡略化
async関数は非同期処理をより分かりやすく書くための構文であり、内部ではPromiseを使用しています。 - 単一スレッド
async関数はすべてメインスレッド上で動作します。したがって、UIスレッドをブロックしないよう工夫する必要があります。 - I/O操作に最適 ネットワーク通信やファイル読み込みなどの非同期タスクに適していますが、重い計算処理には適していません。
利用例
- API呼び出しなどのネットワーク通信に向いています。
- ブラウザ API や Node.jsでのファイルの読み書きに向いています。
主な違い
| 特徴 | Web Worker | async |
|---|---|---|
| 実行環境 | 別スレッド | メインスレッド |
| 目的 | 並行処理、重い計算処理のオフロード | 非同期処理の簡潔な記述 |
| DOMアクセス | 不可能 | 可能 |
| 通信方法 | メッセージパッシング（postMessage） |
不要（直接関数呼び出しや await で完結） |
| 適用例 | 長時間かかる計算処理、データ解析 | I/O操作、API呼び出し |
使い分け
CPU負荷が高い処理の場合、Web Worker を使用してメインスレッドの負荷を軽減することができます。一方、ネットワーク通信やI/O操作の場合、async/await を使ってコードを簡潔に記述することができます。
適材適所で両者を組み合わせることで、効率的な非同期処理が実現できます。
Web Workerの使用例
重い計算をオフロードする例
次は、重い計算をオフロードする例です。
1// worker.js
2onmessage = function(event) {
3 const num = event.data;
4 const result = fibonacci(num);
5 postMessage(result);
6};
7
8function fibonacci(n) {
9 if (n <= 1) return n;
10 return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2);
11}1// Main thread
2const worker = new Worker('worker.js');
3
4worker.onmessage = function(event) {
5 console.log('Fibonacci result: ', event.data);
6};
7
8worker.postMessage(40); // Delegate heavy computation to the worker
- このコードは、Web Workerを使ってフィボナッチ数列の計算のような重い処理をメインスレッドから分離して実行する例です。
タスク名を指定する例
次は、タスク名を指定してメッセージを送受信する例です。
1// worker.js
2self.onmessage = function(event) {
3 switch (event.data.task) {
4 case 'add':
5 const result = event.data.a + event.data.b;
6 self.postMessage({ task: 'result', value: result });
7 break;
8 default:
9 self.postMessage({ task: 'error', message: 'Invalid Task' });
10 }
11}; 1// Main thread
2const worker = new Worker('worker.js');
3
4worker.onmessage = function(event) {
5 switch (event.data.task) {
6 case 'result':
7 console.log('Task result: ', event.data.value);
8 break;
9 case 'error':
10 console.error('Error: ', event.data.message);
11 break;
12 }
13};
14
15worker.postMessage({ task: 'add', a: 10, b: 20 });- このコードは、メッセージ内の
task名で処理を振り分け、Web Workerが計算結果やエラーをタスク名付きでメインスレッドへ返す例です。
注意点
Web Workerを使う際には、次の点に注意する必要があります。
- DOMへのアクセスができない
Web WorkerはUIの操作やDOMへのアクセスができません。DOMの操作はメインスレッドで行う必要があります。 - 通信オーバーヘッド
メインスレッドと
Web Worker間のデータのやり取りには少しのオーバーヘッドが発生します。特に、大きなデータを頻繁にやり取りする場合はパフォーマンスに影響を与えることがあります。 - 同一オリジンポリシー
Web Workerスクリプトは同一オリジンポリシーに従います。異なるドメインからスクリプトを読み込むことはできません。
Web Worker を使うことで、アプリケーションのパフォーマンスやレスポンスを向上させることができますが、DOMの操作ができないなどの制約があるため、適材適所で利用することが重要です。
YouTubeチャンネルでは、Visual Studio Codeを用いて上記の記事を見ながら確認できます。 ぜひYouTubeチャンネルもご覧ください。