深入理解javascript中的事件循环event-loop

时间: 2018-03-09阅读: 1053标签: js知识

线程

  JavaScript是单线程的语言,也就是说,同一个时间只能做一件事。而这个单线程的特性,与它的用途有关,作为浏览器脚本语言,JavaScript的主要用途是与用户互动,以及操作DOM。这决定了它只能是单线程,否则会带来很复杂的同步问题。比如,假定JavaScript同时有两个线程,一个线程在某个DOM节点上添加内容,另一个线程删除了这个节点,这时浏览器应该以哪个线程为准?

  为了利用多核CPU的计算能力,html5提出Web Worker标准,允许JavaScript脚本创建多个线程,但是子线程完全受主线程控制,且不得操作DOM。所以,这个新标准并没有改变JavaScript单线程的本质

【排队】

  单线程就意味着,所有任务需要排队,前一个任务结束,才会执行后一个任务。如果前一个任务耗时很长,后一个任务就不得不一直等着

var i, t = Date.now()
for (i = 0; i < 100000000; i++) {}
console.log(Date.now() - t) // 238

  像上面这样,如果排队是因为计算量大,CPU忙不过来,倒也算了

  但是,如果是网络请求就不合适。因为一个网络请求的资源什么时候返回是不可预知的,这种情况再排队等待就不明智了

 

同步和异步

  于是,任务为分为同步任务和异步任务

【同步】

  如果在函数返回的时候,调用者就能够得到预期结果(即拿到了预期的返回值或者看到了预期的效果),那么这个函数就是同步的

Math.sqrt(2);
console.log('Hi');

  第一个函数返回时,就拿到了预期的返回值:2的平方根;第二个函数返回时,就看到了预期的效果:在控制台打印了一个字符串

  所以这两个函数都是同步的

【异步】

  如果在函数返回的时候,调用者还不能够得到预期结果,而是需要在将来通过一定的手段得到,那么这个函数就是异步的

fs.readFile('foo.txt', 'utf8', function(err, data) {
    console.log(data);
});

  在上面的代码中,我们希望通过fs.readFile函数读取文件foo.txt中的内容,并打印出来。但是在fs.readFile函数返回时,我们期望的结果并不会发生,而是要等到文件全部读取完成之后。如果文件很大的话可能要很长时间

  所以,fs.readFile函数是异步的

  正是由于JavaScript是单线程的,而异步容易实现非阻塞,所以在JavaScript中对于耗时的操作或者时间不确定的操作,使用异步就成了必然的选择

 

异步详解

  从上文可以看出,异步函数实际上很快就调用完成了。但是后面还有执行异步操作、通知主线程、主线程调用回调函数等很多步骤。我们把整个过程叫做异步过程。异步函数的调用在整个异步过程中,只是一小部分

  一个异步过程通常是这样的:主线程发起一个异步请求,异步任务接收请求并告知主线程已收到(异步函数返回);主线程可以继续执行后面的代码,同时异步操作开始执行;执行完成后通知主线程;主线程收到通知后,执行一定的动作(调用回调函数)

  因此,一个异步过程包括两个要素:注册函数和回调函数,其中注册函数用来发起异步过程,回调函数用来处理结果

  下面的代码中,其中的setTimeout就是异步过程的发起函数,fn是回调函数

setTimeout(fn, 1000);

  有一个很重要的问题,如何才算是异步操作执行完成呢?对于不同类型的异步任务,操作完成的标准不同

【异步类型】

  一般而言,异步任务有以下三种类型

  1、普通事件,如click、resize等

  2、资源加载,如load、error等

  3、定时器,包括setInterval、setTimeout等

  下面对这三种类型分别举例说明,下面代码中,鼠标点击div时,就代表任务执行完成了

div.onclick = () => {
  console.log('click')
}

  下面代码中,XHR对象的readyState值为4,即已经接收到全部响应数据了,代表任务执行完成

xhr.onreadystatechange = function(){
  if(xhr.readyState == 4){
      if(xhr.status == 200){
          //实际操作
          result.innerhtml += xhr.responseText;
      }
  }
}

  下面代码中,过1s后,代表任务执行完成

setTimeout(() => {
  console.log('timeout')
},1000)

  对于同步任务来说,按顺序执行即可;但是,对于异步任务,各任务执行的时间长短不同,执行完成的时间点也不同,主线程如何调控异步任务呢?这就用到了消息队列

【消息队列】

  有些文章把消息队列称为任务队列,或者叫事件队列,总之是和异步任务相关的队列

  可以确定的是,它是队列这种先入先出的数据结构,和排队是类似的,哪个异步操作完成的早,就排在前面。不论异步操作何时开始执行,只要异步操作执行完成,就可以到消息队列中排队

  这样,主线程在空闲的时候,就可以从消息队列中获取消息并执行

  消息队列中放的消息具体是什么东西?消息的具体结构当然跟具体的实现有关。但是为了简单起见,可以认为:消息就是注册异步任务时添加的回调函数。


可视化描述

  人们把javascript调控同步和异步任务的机制称为事件循环,首先来看事件循环机制的可视化描述


【栈】

  函数调用形成了一个栈帧

function foo(b) {
  var a = 10;
  return a + b + 11;
}
function bar(x) {
  var y = 3;
  return foo(x * y);
}
console.log(bar(7));

  当调用bar时,创建了第一个帧 ,帧中包含了bar的参数和局部变量。当bar调用foo时,第二个帧就被创建,并被压到第一个帧之上,帧中包含了foo的参数和局部变量。当foo返回时,最上层的帧就被弹出栈(剩下bar函数的调用帧 )。当bar返回的时候,栈就空了

【堆】

  对象被分配在一个堆中,即用以表示一个大部分非结构化的内存区域

【队列】

  一个 JavaScript 运行时包含了一个待处理的消息队列。每一个消息都与一个函数相关联。当栈拥有足够内存时,从队列中取出一个消息进行处理。这个处理过程包含了调用与这个消息相关联的函数(以及因而创建了一个初始堆栈帧)。当栈再次为空的时候,也就意味着消息处理结束

 

事件循环

  下面来详细介绍事件循环。下图中,主线程运行的时候,产生堆和栈,栈中的代码调用各种外部API,异步操作执行完成后,就在消息队列中排队。只要栈中的代码执行完毕,主线程就会去读取消息队列,依次执行那些异步任务所对应的回调函数


  详细步骤如下:

  1、所有同步任务都在主线程上执行,形成一个执行栈

  2、主线程之外,还存在一个"消息队列"。只要异步操作执行完成,就到消息队列中排队

  3、一旦执行栈中的所有同步任务执行完毕,系统就会按次序读取消息队列中的异步任务,于是被读取的异步任务结束等待状态,进入执行栈,开始执行

  4、主线程不断重复上面的第三步

【循环】

  从代码执行顺序的角度来看,程序最开始是按代码顺序执行代码的,遇到同步任务,立刻执行;遇到异步任务,则只是调用异步函数发起异步请求。此时,异步任务开始执行异步操作,执行完成后到消息队列中排队。程序按照代码顺序执行完毕后,查询消息队列中是否有等待的消息。如果有,则按照次序从消息队列中把消息放到执行栈中执行。执行完毕后,再从消息队列中获取消息,再执行,不断重复。

  由于主线程不断的重复获得消息、执行消息、再取消息、再执行。所以,这种机制被称为事件循环

  用代码表示大概是这样:

while (queue.waitForMessage()) {
  queue.processNextMessage();
}

  如果当前没有任何消息queue.waitForMessage 会等待同步消息到达

【事件】

  为什么叫事件循环?而不叫任务循环或消息循环。究其原因是消息队列中的每条消息实际上都对应着一个事件

  DOM操作对应的是DOM事件,资源加载操作对应的是加载事件,而定时器操作可以看做对应一个“时间到了”的事件

 

实例

  下面以一个实例来解释事件循环机制

console.log(1)
div.onclick = () => {console.log('click')}
console.log(2)
setTimeout(() => {console.log('timeout')},1000)

  1、执行第一行代码,第一行是一个同步任务,控制台显示1

  2、执行第二行代码,第二行是一个异步任务,发起异步请求,可以在任意时刻执行鼠标点击的异步操作

  3、执行第三行代码,第三行是一个同步任务,控制台显示2

  4、执行第四行代码,第四行是一个异步任务,发起异步请求,1s后执行定时器任务

  5、假设从执行第四行代码的1s内,执行了鼠标点击,则鼠标任务在消息队列中排到首位

  6、从执行第四行代码1s后,定时器任务到消息队列中排到第二位

  7、现在同步任务已经执行完毕,则从消息队列中按照次序把异步任务放到执行栈中执行

  8、则控制台依次显示'click‘、'timeout'

  9、过了一段时间后,又执行了一次鼠标点击,由于消息队列中已经空了,则鼠标任务在消息队列中排到首位

  10、同步任务执行完毕后,再从消息队列中按照次序把异步任务放到执行栈中执行

  11、 则控制台显示'click'

【异步过程】

  下面以一个实例来解释一次完整的异步过程

div.onclick = function fn(){console.log('click')}

  1、主线程通过调用异步函数div.onclick发起异步请求

  2、在某一时刻,执行异步操作,即鼠标点击

  3、接着,回调函数fn到消息队列中排队

  4、主线程从消息队列中读取fn到执行栈中

  5、然后在执行栈中执行fn里面的代码console.log('click')

  6、于是,控制台显示'click'

 

同步变异步

  每一个消息完整的执行后,其它消息才会被执行。这点提供了一些优秀的特性,包括每当一个函数运行时,它就不能被抢占,并且在其他代码运行之前完全运行

  这个模型的一个缺点在于当一个消息需要太长时间才能完成,Web应用无法处理用户的交互,例如点击或滚动

  于是,对于这种情况的常见优化是同步变异步

  一个例子是创建WebQQ的QQ好友列表。列表中通常会有成百上千个好友,如果一个好友用一个节点来表示,在页面中渲染这个列表的时候,可能要一次性往页面中创建成百上千个节点

  在短时间内往页面中大量添加DOM节点显然也会让浏览器吃不消,看到的结果往往就是浏览器的卡顿甚至假死。代码如下:

var ary = [];
for ( var i = 1; i <= 1000; i++ ){
  ary.push( i );    // 假设 ary 装载了 1000 个好友的数据
};
var renderFriendList = function( data ){
  for ( var i = 0, l = data.length; i < l; i++ ){
    var div = document.createElement( 'div' );
    div.innerHTML = i;
    document.body.appendChild( div );
  }
};
renderFriendList( ary );


这个问题的解决方案之一是数组分块技术,下面的timeChunk函数让创建节点的工作分批进行,比如把1秒钟创建1000个节点,改为每隔200毫秒创建8个节点

function chunk(array,process,context){
    setTimeout(function(){
        //取出下一个条目并处理
        var item = array.shift();
        process.call(context,item);
        //若还有条目,再设置另一个定时器
        if(array.length > 0){
            setTimeout(arguments.callee,100);
        }
    },100);    
}

var data = [1,2,3,4,5,6,7,8,9,0];
function printValue(item){
    var div = document.getElementById('myDiv');
    div.innerHTML += item + '<br>';
}
chunk(data.concat(),printValue);

  数组分块的重要性在于它可以将多个项目的处理在消息队列上分开,在每个项目处理之后,给予其他的异步任务的执行机会,这样就可能避免长时间运行脚本的错误。一旦某个函数需要花50ms以上的时间完成,那么最好看看能否将任务分割为一系列可以使用定时器的小任务


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