从Event Loop谈JS的运行机制
到此时,已经是属于浏览器页面初次渲染完毕后的事情,JS引擎的一些运行机制分析。
注意,这里不谈可执行上下文,VO,scop chain等概念(这些完全可以整理成另一篇文章了),这里主要是结合Event Loop来谈JS代码是如何执行的。
读这部分的前提是已经知道了JS引擎是单线程,而且这里会用到上文中的几个概念:(如果不是很理解,可以回头温习)
- JS引擎线程
- 事件触发线程
- 定时触发器线程
然后再理解一个概念:
- JS分为同步任务和异步任务
- 同步任务都在主线程上执行,形成一个执行栈
- 主线程之外,事件触发线程管理着一个任务队列,只要异步任务有了运行结果,就在任务队列之中放置一个事件。
-
一旦执行栈中的所有同步任务执行完毕(此时JS引擎空闲),系统就会读取任务队列,将可运行的异步任务添加到可执行栈中,开始执行。如下图
看到这里,应该就可以理解了:为什么有时候setTimeout推入的事件不能准时执行?因为可能在它推入到事件列表时,主线程还不空闲,正在执行其它代码, 所以自然有误差。
事件循环机制进一步补充
这里就直接引用一张图片来协助理解:
上图大致描述就是:
- 主线程运行时会产生执行栈,
栈中的代码调用某些api时,它们会在事件队列中添加各种事件(当满足触发条件后,如ajax请求完毕) - 而栈中的代码执行完毕,就会读取事件队列中的事件,去执行那些回调
- 如此循环
- 注意,总是要等待栈中的代码执行完毕后才会去读取事件队列中的事件
单独说说定时器
上述事件循环机制的核心是:JS引擎线程和事件触发线程
但事件上,里面还有一些隐藏细节,譬如调用setTimeout后,是如何等待特定时间后才添加到事件队列中的?
是JS引擎检测的么?当然不是了。它是由定时器线程控制(因为JS引擎自己都忙不过来,根本无暇分身)
为什么要单独的定时器线程?因为JavaScript引擎是单线程的, 如果处于阻塞线程状态就会影响记计时的准确,因此很有必要单独开一个线程用来计时。
什么时候会用到定时器线程?当使用setTimeout或setInterval时,它需要定时器线程计时,计时完成后就会将特定的事件推入事件队列中。譬如
setTimeout(function(){
console.log('hello!');
}, 1000);
这段代码的作用是当1000毫秒计时完毕后(由定时器线程计时),将回调函数推入事件队列中,等待主线程执行
setTimeout(function(){
console.log('hello!');
}, 0);
console.log('begin');
这段代码的效果是最快的时间内将回调函数推入事件队列中,等待主线程执行
注意:
- 执行结果是:先begin后hello!
- 虽然代码的本意是0毫秒后就推入事件队列,但是W3C在HTML标准中规定,规定要求setTimeout中低于4ms的时间间隔算为4ms。(不过也有一说是不同浏览器有不同的最小时间设定)
- 就算不等待4ms,就算假设0毫秒就推入事件队列,也会先执行begin(因为只有可执行栈内空了后才会主动读取事件队列)
setTimeout而不是setInterval
用setTimeout模拟定期计时和直接用setInterval是有区别的。
因为每次setTimeout计时到后就会去执行,然后执行一段时间后才会继续setTimeout,中间就多了误差 (误差多少与代码执行时间有关)
而setInterval则是每次都精确的隔一段时间推入一个事件 (但是,事件的实际执行时间不一定就准确,还有可能是这个事件还没执行完毕,下一个事件就来了)
而且setInterval有一些比较致命的问题就是:
- 累计效应(上面提到的),如果setInterval代码在(setInterval)再次添加到队列之前还没有完成执行,
就会导致定时器代码连续运行好几次,而之间没有间隔。就算正常间隔执行,多个setInterval的代码执行时间可能会比预期小(因为代码执行需要一定时间)
- 譬如像iOS的webview,或者Safari等浏览器中都有一个特点,在滚动的时候是不执行JS的,如果使用了setInterval,会发现在滚动结束后会执行多次由于滚动不执行JS积攒回调,如果回调执行时间过长,就会非常容器造成卡顿问题和一些不可知的错误(这一块后续有补充,setInterval自带的优化,不会重复添加回调)
- 而且把浏览器最小化显示等操作时,setInterval并不是不执行程序,它会把setInterval的回调函数放在队列中,等浏览器窗口再次打开时,一瞬间全部执行时
所以,鉴于这么多但问题,目前一般认为的最佳方案是:用setTimeout模拟setInterval,或者特殊场合直接用requestAnimationFrame
补充:JS高程中有提到,JS引擎会对setInterval进行优化,如果当前事件队列中有setInterval的回调,不会重复添加。不过,仍然是有很多问题。
事件循环进阶:macrotask与microtask
上文中将JS事件循环机制梳理了一遍,在ES5的情况是够用了,但是在ES6盛行的现在,仍然会遇到一些问题,譬如下面这题:
console.log('script start');
setTimeout(function() {
console.log('setTimeout');
}, 0);
Promise.resolve().then(function() {
console.log('promise1');
}).then(function() {
console.log('promise2');
});
console.log('script end');
结果:
script start
script end
promise1
promise2
setTimeout
为什么呢?因为Promise里有了一个一个新的概念:microtask
或者,进一步,JS中分为两种任务类型:macrotask和microtask,在ECMAScript中,microtask称为jobs,macrotask可称为task
它们的定义?区别?简单点可以按如下理解:
- macrotask(又称之为宏任务),可以理解是每次执行栈执行的代码就是一个宏任务(包括每次从事件队列中获取一个事件回调并放到执行栈中执行)
- 每一个task会从头到尾将这个任务执行完毕,不会执行其它
- 浏览器为了能够使得JS内部task与DOM任务能够有序的执行,会在一个task执行结束后,在下一个 task 执行开始前,对页面进行重新渲染
(`task->渲染->task->...`)
- microtask(又称为微任务),可以理解是在当前 task 执行结束后立即执行的任务
- 也就是说,在当前task任务后,下一个task之前,在渲染之前
- 所以它的响应速度相比setTimeout(setTimeout是task)会更快,因为无需等渲染
- 也就是说,在某一个macrotask执行完后,就会将在它执行期间产生的所有microtask都执行完毕(在渲染前)
什么样的场景会形成macrotask和microtask呢?
- macrotask:主代码块,setTimeout,setInterval等(可以看到,事件队列中的每一个事件都是一个macrotask)
- microtask:Promise,process.nextTick等
- 补充:在node环境下,process.nextTick的优先级高于Promise__,也就是可以简单理解为:在宏任务结束后会先执行微任务队列中的nextTickQueue部分,然后才会执行微任务中的Promise部分。
再根据线程来理解下:
- macrotask中的事件都是放在一个事件队列中的,而这个队列由事件触发线程维护
- microtask中的所有微任务都是添加到微任务队列(Job Queues)中,等待当前macrotask执行完毕后执行,而这个队列由JS引擎线程维护
所以,总结下运行机制:
- 执行一个宏任务(栈中没有就从事件队列中获取)
- 执行过程中如果遇到微任务,就将它添加到微任务的任务队列中
- 宏任务执行完毕后,立即执行当前微任务队列中的所有微任务(依次执行)
- 当前宏任务执行完毕,开始检查渲染,然后GUI线程接管渲染
-
渲染完毕后,JS线程继续接管,开始下一个宏任务(从事件队列中获取)
另外,请注意下Promise的polyfill与官方版本的区别:
- 官方版本中,是标准的microtask形式
- polyfill,一般都是通过setTimeout模拟的,所以是macrotask形式
- 请特别注意这两点区别