如何使用gpu.js改善JavaScript的性能

你是否曾经尝试过运行复杂的计算，却发现它需要花费很长时间，并且拖慢了你的进程？

有很多方法可以解决这个问题，例如使用 web worker 或后台线程。GPU 减轻了 CPU 的处理负荷，给了 CPU 更多的空间来处理其他进程。同时，web worker 仍然运行在 CPU 上，但是运行在不同的线程上。

在该初学者指南中，我们将演示如何使用GPU.js执行复杂的数学计算并提高 JavaScript 应用的性能。

什么是 GPU.js？

GPU.js 是一个针对 Web 和 Node.js 构建的 JavaScript 加速库，用于在图形处理单元（GPGPU）上进行通用编程，它使你可以将复杂且耗时的计算移交给 GPU 而不是 CPU，以实现更快的计算和操作。还有一个备用选项：在系统上没有 GPU 的情况下，这些功能仍将在常规 JavaScript 引擎上运行。

当你要执行复杂的计算时，实质上是将这种负担转移给系统的 GPU 而不是 CPU，从而增加了处理速度和时间。

高性能计算是使用 GPU.js 的主要优势之一。如果你想在浏览器中进行并行计算，而不了解 WebGL，那么 GPU.js 是一个适合你的库。

为什么要使用 GPU.js

为什么要使用 GPU 执行复杂的计算的原因不胜枚举，有太多的原因无法在一篇文章中探讨。以下是使用 GPU 的一些最值得注意的好处。

GPU 可用于执行大规模并行 GPGPU 计算。这是需要异步完成的计算类型
当系统中没有 GPU 时，它会优雅地退回到 JavaScript
GPU 当前在浏览器和 Node.js 上运行，非常适合通过大量计算来加速网站
GPU.js 是在考虑 JavaScript 的情况下构建的，因此这些功能均使用合法的 JavaScript 语法

如果你认为你的处理器可以胜任，你不需要 GPU.js，看看下面这个 GPU 和 CPU 运行计算的结果。

如你所见，GPU 比 CPU 快 22.97 倍。

GPU.js 的工作方式

考虑到这种速度水平，JavaScript 生态系统仿佛得到了一个可以乘坐的火箭。GPU 可以帮助网站更快地加载，特别是必须在首页上执行复杂计算的网站。你不再需要担心使用后台线程和加载器，因为 GPU 运行计算的速度是普通 CPU 的 22.97 倍。

gpu.createKernel 方法创建了一个从 JavaScript 函数移植过来的 GPU 加速内核。

与 GPU 并行运行内核函数会导致更快的计算速度――快 1-15 倍，这取决于你的硬件。

GPU.js 入门

为了展示如何使用 GPU.js 更快地计算复杂的计算，让我们快速启动一个实际的演示。

安装

sudo apt install mesa-common-dev libxi-dev // using Linux

npm

npm install gpu.js --save
// OR
yarn add gpu.js

在你的 Node 项目中要导入 GPU.js。

import { GPU } from ('gpu.js')

// OR
const { GPU } = require('gpu.js')

const gpu = new GPU();

乘法演示

在下面的示例中，计算是在 GPU 上并行完成的。

首先，生成大量数据。

const getArrayValues = () => {

 // 在此处创建2D arrary
 const values = [[], []]

 // 将值插入第一个数组
 for (let y = 0; y < 600; y++){
  values[0].push([])
  values[1].push([])

  // 将值插入第二个数组
  for (let x = 0; x < 600; x++){
   values\[0\][y].push(Math.random())
   values\[1\][y].push(Math.random())
  }
 }

 // 返回填充数组
 return values
}

创建内核（运行在 GPU 上的函数的另一个词）。

const gpu = new GPU();

// 使用 `createKernel()` 方法将数组相乘
const multiplyLargeValues = gpu
 .createKernel(function(a, b) {
  let sum = 0;
  for (let i = 0; i < 600; i++) {
   sum +=
    aaaaaaaaaaaaaaaa\[this.thread.yyyyyyyyyyyyyyyy\][
     i
    ] *
    bbbbbbbbbbbbbbbb\[iiiiiiiiiiiiiiii\][this.thread.x];
  }
  return sum;
 })
 .setOutput([600, 600]);

使用矩阵作为参数调用内核。

const largeArray = getArrayValues();
const out = multiplyLargeValues(
 largeArray[0],
 largeArray[1]
);

输出

console.log(out\[y\][x]) // 将元素记录在数组的第x行和第y列
console.log(out\[10\][12]) // 记录输出数组第10行和第12列的元素

运行 GPU 基准测试

你可以按照GitHub上指定的步骤运行基准测试

npm install @gpujs/benchmark

const benchmark = require('@gpujs/benchmark')

const benchmarks = benchmark.benchmark(options);

options 对象包含可以传递给基准的各种配置。

前往 GPU.js 官方网站查看完整的计算基准，这将帮助你了解使用 GPU.js 进行复杂计算可以获得多少速度。

结束

在本教程中，我们详细探讨了 GPU.js，分析了它的工作原理，并演示了如何进行并行计算。我们还演示了如何在你的 Node.js 应用中设置 GPU.js。

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