面试官问：如何利用 random 计算 π

时间 2020-05-09

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原文原文链接

前言

这是基友面试 RingCenter 时被问到的一个题目javascript

表面上考察的是几率论等基础知识，实际可能还会问到事件循环等底层知识，以及 React Fiberhtml

蒙特卡洛法求 π

说蒙特卡洛可能不太理解，换个说法 -- 随机抽样java

构造一个单位正方形和 1/4 单位圆，往单位正方形中投入点，根据点与原点间的距离判断点是落在圆内仍是圆外，分别统计落在两个区域的点的个数 n1,n2 ，n1/(n1+n2) 即 1/4 圆的面积估计值，从而求得 πreact

如下是 js 代码git

function inCicle() {
  var x = Math.random();
  var y = Math.random();
  return Math.pow(x, 2) + Math.pow(y, 2) < 1
}
function calcPi() {
  const N = 1e+6
  let pointsInside = 0
  for(let i=0;i<N;i++){
    if(inCicle()){
      pointsInside++;
    }
  }
  return 4 * pointsInside / N
}
calcPi()
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直接在控制台运行，会发现有卡顿和掉帧发生，下面咱们来谈谈如何解决github

如何避免主线程阻塞

calcPi 是个耗时任务，会阻塞主线程，甚至致使掉帧，有什么解决方法？web

提供几个思路面试

Web Worker
requestIdleCallback
requestAnimationFrame + MessageChannel

Web Worker

Web Worker 是啥就再也不介绍了，不懂的自行 MDN 搜索api

咱们新建一个 Worker 线程进行耗时任务计算，然后再把结果发送给主线程app

function createWorker () {
  let text = ` function inCicle() { var x = Math.random(); var y = Math.random(); return Math.pow(x, 2) + Math.pow(y, 2) < 1 } function calcPi() { const N = 1e+6 let pointsInside = 0 for(let i=0;i<N;i++){ if(inCicle()){ pointsInside++; } } return 4 * pointsInside / N } this.addEventListener('message', (msg) => { let pi = calcPi() this.postMessage(pi); }, false); `
  let blob = new Blob([text]);
  let url = window.URL.createObjectURL(blob);
  return new Worker(url)
}

let worker = createWorker()
worker.onmessage = (evt) => {
  console.log('PI: ', evt.data)
};
worker.postMessage("calc");
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缺点就是计算次数是固定的，同时不能看到实时计算的结果

requestIdleCallback

利用 requestIdleCallback 在帧空余时间执行任务的特色进行耗时任务的计算

<!DOCTYPE html>
<html> <head> <title>Scheduling background tasks using requestIdleCallback</title> </head> <body> <script> var requestId = 0; var pointsTotal = 0; var pointsInside = 0; function piStep() { var r = 1; var x = Math.random() * r; var y = Math.random() * r; return (Math.pow(x, 2) + Math.pow(y, 2) < Math.pow(r, 2)) } function refinePi(deadline) { while (deadline.timeRemaining() > 0) { if (piStep()) pointsInside++; pointsTotal++; } currentEstimate = (4 * pointsInside / pointsTotal); textElement = document.getElementById("piEstimate"); textElement.innerHTML = "Pi Estimate: " + currentEstimate; requestId = window.requestIdleCallback(refinePi); } function start() { textElement = document.getElementById("piEstimate"); textElement.innerHTML = "Pi Estimate: " + "loading"; requestId = window.requestIdleCallback(refinePi); } function stop() { // alert(1) if (requestId) window.cancelIdleCallback(requestId); requestId = 0; } </script> <button onclick="start()">Click me to start!</button> <button onclick="stop()">Click me to stop!</button> <div id="piEstimate">Not started</div> </body> </html>
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几个要点

requestIdleCallback 中进行的 dom 变动，只能在下一帧的 Update Rendering 阶段进行渲染

stop 时 piEstimate innerHTML 帧渲染先后不一致

requestIdleCallback 有兼容性问题，经常使用 requestAnimationFrame 和 MessageChannel 去 fallback

requestAnimationFrame + MessageChannel

requestAnimationFrame 将在事件循环中 UI Render 阶段的实际渲染前执行，能够简单理解为帧渲染初期

MessageChannel 用来收发消息开启一个宏任务，相比 setTimeout 能够更快执行（4ms的缘由）

咱们在 requestAnimationFrame 设置一个标记时间点 markPoint ，并经过 MessageChannel 发起一个宏任务，设置该宏任务的过时时间为 markPoint + timeout(16ms) ，超过这个时间，任务再也不执行

这样能够保证宏任务不会由于执行过久致使卡顿和掉帧

<!DOCTYPE html>
<html> <head> <title>Scheduling background tasks using requestIdleCallback</title> </head> <body> <script> const timeout = 16 // 默认一帧为16ms var requestId = 0; var pointsTotal = 0; var pointsInside = 0; let currentTask = { startTime: 0, endTime: 0, } var channel = new MessageChannel(); var sender = channel.port2; // port2 用来发消息 channel.port1.onmessage = function (event) { if (performance.now() > currentTask.endTime) { // 多是插入了其余宏任务致使该任务过时，直接 rAF requestId = requestAnimationFrame(markPoint) return } refinePi(currentTask.endTime) requestId = requestAnimationFrame(markPoint) } function piStep() { var r = 1; var x = Math.random() * r; var y = Math.random() * r; return (Math.pow(x, 2) + Math.pow(y, 2) < Math.pow(r, 2)) } function refinePi(deadline) { while (performance.now() < deadline) { if (piStep()) { pointsInside++; } pointsTotal++; } currentEstimate = (4 * pointsInside / pointsTotal); textElement = document.getElementById("piEstimate"); textElement.innerHTML = "Pi Estimate: " + currentEstimate; } function markPoint(timestamp) { currentTask.startTime = timestamp currentTask.endTime = timestamp + timeout // 下轮宏任务 sender.postMessage("") } function start() { requestId = requestAnimationFrame(markPoint) } function stop() { // alert(1) if (requestId) window.cancelAnimationFrame(requestId); requestId = 0; } function handle() { let start = performance.now() while (performance.now() - start < 100) { } } </script> <button onclick="start()">Click me to start!</button> <button onclick="stop()">Click me to stop!</button> <button onclick="handle()">执行耗时任务，观察 PI 的计算状况</button> <div id="piEstimate">Not started</div> </body> </html>
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