深入理解 JavaScript 事件循环(一)— event loop

 引言

  相信所有学过 JavaScript 都知道它是一门单线程的语言,这也就意味着 JS 无法进行多线程编程,但是 JS 当中却有着无处不在的异步概念 。在初期许多人会把异步理解成类似多线程的编程模式,其实他们中有着很大的差别,要完全理解异步,就需要了解 JS 的运行核心——事件循环(event loop)。在之前我对事件循环的认识也是一知半解的,直到我看了 Philip Roberts 的演讲 What the heck is the event loop anyway?,我才对事件循环有了一个全面的认识,所以我想写一篇介绍 JS 事件循环的文章,以供大家学习和参考。

 一、为什么会有异步?

  为什么 JS 当中会有异步?我们想象一下,如果我们同步的执行一下代码会发生什么:

1 $.get(url, function(data) {
2     //do something
3 });

  在我们使用 ajax 进行通信的时候,我们都默认了它是异步的,但是如果我们设置其为同步执行,会发生什么?如果你自己写一个小的测试程序,将后台代码延迟5s你会发现浏览器会出现阻塞,直到 ajax 响应了之后才会正常运行。这便是异步模式要解决的首要问题,如何使浏览器非阻塞的运行任务。想象一下如果我们同步的执行 ajax 请求的话,我们的等待的时间是一个未知数,在网络通信中可能很快也可能很慢,也可能永远也不会响应,这也就会导致浏览器会阻塞在一个未知的任务上面,这也是我们不希望看到的。所以我们希望有一种方式能够异步的处理程序,我们并不需要关心一个 ajax 请求会在何时完成,甚至它可以永远不会响应,我们只需要知道在请求响应后该如何处理,并且在等待响应的这段时间内我们还可以做一些其他的工作。因此,便有了 JavaScript Event Loop。

 二、什么是事件队列?

  首先,我们先来看一段简单的代码:

1 console.log("script start");
2 
3 setTimeout(function () {
4     console.log("setTimeout");
5 }, 1000);
6 
7 console.log("script end");

  你可以在这里查看结果:

   我们可以看到,首先,程序输出 'script start''script end',在大约1s之后输出了 'setTimeout' 。该程序的 'script end' 并没有等待1s之后输出,而是立即输出。这是因为 setTimeout 是一个异步的函数。意思也就是说当我们设置一个延迟函数的时候,当前脚本并不会阻塞,它只是会在浏览器的事件表中进行记录,程序会继续向下执行。当延迟的时间结束之后,事件表会将回调函数添加至事件队列(task queue)中,事件队列拿到了任务过后便将任务压入执行栈(stack)当中,执行栈执行任务,输出 'setTimeout'

  事件队列是一个存储着待执行任务的队列,其中的任务严格按照时间先后顺序执行,排在队头的任务将会率先执行,而排在队尾的任务会最后执行。事件队列每次仅执行一个任务,在该任务执行完毕之后,再执行下一个任务。执行栈则是一个类似于函数调用栈的运行容器,当执行栈为空时,JS 引擎便检查事件队列,如果不为空的话,事件队列便将第一个任务压入执行栈中运行。

  现在,我们对上面的代码进行一点修改:

1 console.log("script start");
2 
3 setTimeout(function () {
4     console.log("setTimeout");
5 }, 0);
6 
7 console.log("script end");

  将延迟时间设置为0,看看程序会以何种顺序输出?无论我们设置多少的延迟时间,'setTimeout' 总是会在 'script end' 之后输出。有些浏览器可能会有一个最小延迟时间,有的是 15ms,有的是 10ms,这个在很多书当中都有提到,这可能会给同学们造成一种错觉:由于程序运行速度很快,并且有最小延迟时间,所以 'setTimeout' 会在 'script end' 之后输出。现在让我们在稍微变一下,来消除你的错觉:

 1 console.log("script start");
 2 
 3 setTimeout(function () {
 4     console.log("setTimeout");
 5 }, 0);
 6 
 7 //具体数字不定,这取决于你的硬件配置和浏览器
 8 for(var i = 0; i < 999999999; i ++){
 9     //do something
10 }
11 
12 console.log("script end");

  你可以在这里查看结果:

   可以看出,无论后面我们做了多少延迟性的工作,'setTimeout' 总是会在 'script end' 之后输出。所以究竟发生了什么?这是因为 setTimeout 的回调函数只是会被添加至事件队列,而不是立即执行。由于当前的任务没有执行结束,所以 setTimeout 任务不会执行,直到输出了 'script end' 之后,当前任务执行完毕,执行栈为空,这时事件队列才会把 setTimeout 回调函数压入执行栈执行。

  执行栈则像是函数的调用栈,是一个树状的栈:

 三、事件队列有何作用?

  通过以上的 demo 相信同学们都会对事件队列和执行栈有了一个基本的认识,那么事件队列有何作用?最简单易懂的一点就是之前我们所提到的异步问题。由于 JS 是单线程的,同步执行任务会造成浏览器的阻塞,所以我们将 JS 分成一个又一个的任务,通过不停的循环来执行事件队列中的任务。这就使得当我们挂起某一个任务的时候可以去做一些其他的事情,而不需要等待这个任务执行完毕。所以事件循环的运行机制大致分为以下步骤:

  1.   检查事件队列是否为空,如果为空,则继续检查;如不为空,则执行 2;
  2.   取出事件队列的首部,压入执行栈;
  3.        执行任务;
  4.        检查执行栈,如果执行栈为空,则跳回第 1 步;如不为空,则继续检查;

  然而目前为止我们讨论的仅仅是 JS 引擎如何执行 JS 代码,现在我们结合 Web APIs 来讨论事件循环在当中扮演的角色。

  在开始我们讨论过 ajax 技术的异步性和同步性,通过事件循环机制,我们则不需要等待 ajax 响应之后再进行工作。我们则是设置一个回调函数,将 ajax 请求挂起,然后继续执行后面的代码,至于请求何时响应,对我们的程序不会有影响,甚至它可能永远也不响应,也不会使浏览器阻塞。而当响应成功了以后,浏览器的事件表则会将回调函数添加至事件队列中等待执行。事件监听器的回调函数也是一个任务,当我们注册了一个事件监听器时,浏览器事件表会进行登记,当我们触发事件时,事件表便将回调函数添加至事件队列当中。

  我们知道 DOM 操作会触发浏览器对文档进行渲染,如修改排版规则,修改背景颜色等等,那么这类操作是如何在浏览器当中奏效的?至此我们已经知道了事件循环是如何执行的,事件循环器会不停的检查事件队列,如果不为空,则取出队首压入执行栈执行。当一个任务执行完毕之后,事件循环器又会继续不停的检查事件队列,不过在这间,浏览器会对页面进行渲染。这就保证了用户在浏览页面的时候不会出现页面阻塞的情况,这也使 JS 动画成为可能, jQuery 动画在底层均是使用 setTimeout 和 setInterval 来进行实现。想象一下如果我们同步的执行动画,那么我们不会看见任何渐变的效果,浏览器会在任务执行结束之后渲染窗口。反之我们使用异步的方法,浏览器会在每一个任务执行结束之后渲染窗口,这样我们就能看见动画的渐变效果了。

  考虑如下两种遍历方式:

 1 var arr = new Array(999);
 2 arr.fill(1);
 3 function asyncForEach(array, handler){
 4     var t = setInterval(function () {
 5         if(array.length === 0){
 6             clearInterval(t);
 7         }else {
 8             handler(arr.shift());
 9         }
10     }, 0);
11 }
12 
13 //异步遍历
14 asyncForEach(arr, function (value) {
15     console.log(value);
16 });
17 
18 //同步遍历
19 arr.forEach(function (value, index, arr) {
20     console.log(value);
21 });

  经过测试,我们可以看出,采用同步遍历的方法,当数组长度上升到3位数的时候,便会出现阻塞,但是异步遍历却不会出现阻塞现象(除非数组长度非常大,那是因为计算机的内存空间不足)。这是因为同步遍历方法是一个单独的任务,这个任务会将所有的数组元素遍历一遍,然后才会开始下一个任务。而异步遍历的方法将每一次遍历拆分成一个单独的任务,一个任务只遍历一个数组元素,所以在每个任务之间,我们的浏览器可以进行渲染,所以我们不会看见阻塞的情况。下面这个 demo 演示了在异步遍历前后发生的事情:

 总结

  现在,相信你已经认识了 JavaScript 的真实面目了吧。 JavaScript 是一门单线程的语言,但是其事件循环的特性使得我们可以异步的执行程序。这些异步的程序也就是一个又一个独立的任务,这些任务包括了 setTimeout、setInterval、ajax、eventListener 等等。关于事件循环,我们需要记住以下几点:

  •   事件队列严格按照时间先后顺序将任务压入执行栈执行;
  •        当执行栈为空时,浏览器会一直不停的检查事件队列,如果不为空,则取出第一个任务;
  •        在每一个任务结束之后,浏览器会对页面进行渲染;

  本文 demo 放在 jsfiddle 上,如需转载,注明下出处就好了。若您发现本文有所纰漏,欢迎在评论区指出。

posted @ 2017-06-20 15:33 Shelton_Dong 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏