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深入理解JavaScript定時機制
JavaScript的setTimeout與setInterval是兩個很容易欺騙別人感情的方法,因為我們開始常常以為調用了就會按既定的方式執(zhí)行, 我想不少人都深有同感
例如
setTimeout(function() {
alert('你好!');
}, 0);
setInterval(callbackFunction, 100);
認為setTimeout中的問候方法會立即被執(zhí)行,因為這并不是憑空而說,而是JavaScript API文檔明確定義第二個參數(shù)意義為隔多少毫秒后,回調方法就會被執(zhí)行. 這里設成0毫秒,理所當然就立即被執(zhí)行了.
同理對setInterval的callbackFunction方法每間隔100毫秒就立即被執(zhí)行深信不疑!
但隨著JavaScript應用開發(fā)經(jīng)驗不斷的增加和豐富,有一天你發(fā)現(xiàn)了一段怪異的代碼而百思不得其解:
div.onclick = function(){
setTimeout(function() {
document.getElementById('inputField').focus();
}, 0);
};
既然是0毫秒后執(zhí)行,那么還用setTimeout干什么, 此刻, 堅定的信念已開始動搖.
直到最后某一天 , 你不小心寫了一段糟糕的代碼:
setTimeout(function() {
while (true) {
}
}, 100);
setTimeout(function() {
alert('你好!');
}, 200);
setInterval(callbackFunction, 200);
第一行代碼進入了死循環(huán),但不久你就會發(fā)現(xiàn),第二,第三行并不是預料中的事情,alert問候未見出現(xiàn),callbacKFunction也杳無音訊!
這時你徹底迷惘了,這種情景是難以接受的,因為改變長久以來既定的認知去接受新思想的過程是痛苦的,但情事實擺在眼前,對JavaScript真理的探求并不會因為痛苦而停止,下面讓我們來展開JavaScript線程和定時器探索之旅!
拔開云霧見月明
出現(xiàn)上面所有誤區(qū)的最主要一個原因是:潛意識中認為,JavaScript引擎有多個線程在執(zhí)行,JavaScript的定時器回調函數(shù)是異步執(zhí)行的.
而事實上的,JavaScript使用了障眼法,在多數(shù)時候騙過了我們的眼睛,這里背光得澄清一個事實:
JavaScript引擎是單線程運行的,瀏覽器無論在什么時候都只且只有一個線程在運行JavaScript程序.
JavaScript引擎用單線程運行也是有意義的,單線程不必理會線程同步這些復雜的問題,問題得到簡化.
那么單線程的JavaScript引擎是怎么配合瀏覽器內(nèi)核處理這些定時器和響應瀏覽器事件的呢?
下面結合瀏覽器內(nèi)核處理方式簡單說明.
瀏覽器內(nèi)核實現(xiàn)允許多個線程異步執(zhí)行,這些線程在內(nèi)核制控下相互配合以保持同步.假如某一瀏覽器內(nèi)核的實現(xiàn)至少有三個常駐線程:javascript引擎線程,界面渲染線程,瀏覽器事件觸發(fā)線程,除些以外,也有一些執(zhí)行完就終止的線程,如Http請求線程,這些異步線程都會產(chǎn)生不同的異步事件,下面通過一個圖來闡明單線程的JavaScript引擎與另外那些線程是怎樣互動通信的.雖然每個瀏覽器內(nèi)核實現(xiàn)細節(jié)不同,但這其中的調用原理都是大同小異.
由圖可看出,瀏覽器中的JavaScript引擎是基于事件驅動的,這里的事件可看作是瀏覽器派給它的各種任務,這些任務可以源自JavaScript引擎當前執(zhí)行的代碼塊,如調用setTimeout添加一個任務,也可來自瀏覽器內(nèi)核的其它線程,如界面元素鼠標點擊事件,定時觸發(fā)器時間到達通知,異步請求狀態(tài)變更通知等.從代碼角度看來任務實體就是各種回調函數(shù),JavaScript引擎一直等待著任務隊列中任務的到來.由于單線程關系,這些任務得進行排隊,一個接著一個被引擎處理.
上圖t1-t2..tn表示不同的時間點,tn下面對應的小方塊代表該時間點的任務,假設現(xiàn)在是t1時刻,引擎運行在t1對應的任務方塊代碼內(nèi),在這個時間點內(nèi),我們來描述一下瀏覽器內(nèi)核其它線程的狀態(tài).
t1時刻:
GUI渲染線程:
該線程負責渲染瀏覽器界面HTML元素,當界面需要重繪(Repaint)或由于某種操作引發(fā)回流(reflow)時,該線程就會執(zhí)行.本文雖然重點解釋JavaScript定時機制,但這時有必要說說渲染線程,因為該線程與JavaScript引擎線程是互斥的,這容易理解,因為JavaScript腳本是可操縱DOM元素,在修改這些元素屬性同時渲染界面,那么渲染線程前后獲得的元素數(shù)據(jù)就可能不一致了.
在JavaScript引擎運行腳本期間,瀏覽器渲染線程都是處于掛起狀態(tài)的,也就是說被”凍結”了.
所以,在腳本中執(zhí)行對界面進行更新操作,如添加結點,刪除結點或改變結點的外觀等更新并不會立即體現(xiàn)出來,這些操作將保存在一個隊列中,待JavaScript引擎空閑時才有機會渲染出來.
GUI事件觸發(fā)線程:
JavaScript腳本的執(zhí)行不影響html元素事件的觸發(fā),在t1時間段內(nèi),首先是用戶點擊了一個鼠標鍵,點擊被瀏覽器事件觸發(fā)線程捕捉后形成一個鼠標點擊事件,由圖可知,對于JavaScript引擎線程來說,這事件是由其它線程異步傳到任務隊列尾的,由于引擎正在處理t1時的任務,這個鼠標點擊事件正在等待處理.
定時觸發(fā)線程:
注意這里的瀏覽器模型定時計數(shù)器并不是由JavaScript引擎計數(shù)的,因為JavaScript引擎是單線程的,如果處于阻塞線程狀態(tài)就計不了時,它必須依賴外部來計時并觸發(fā)定時,所以隊列中的定時事件也是異步事件.
由圖可知,在這t1的時間段內(nèi),繼鼠標點擊事件觸發(fā)后,先前已設置的setTimeout定時也到達了,此刻對JavaScript引擎來說,定時觸發(fā)線程產(chǎn)生了一個異步定時事件并放到任務隊列中, 該事件被排到點擊事件回調之后,等待處理.
同理, 還是在t1時間段內(nèi),接下來某個setInterval定時器也被添加了,由于是間隔定時,在t1段內(nèi)連續(xù)被觸發(fā)了兩次,這兩個事件被排到隊尾等待處理.
可見,假如時間段t1非常長,遠大于setInterval的定時間隔,那么定時觸發(fā)線程就會源源不斷的產(chǎn)生異步定時事件并放到任務隊列尾而不管它們是否已被處理,但一旦t1和最先的定時事件前面的任務已處理完,這些排列中的定時事件就依次不間斷的被執(zhí)行,這是因為,對于JavaScript引擎來說,在處理隊列中的各任務處理方式都是一樣的,只是處理的次序不同而已.
t1過后,也就是說當前處理的任務已返回,JavaScript引擎會檢查任務隊列,發(fā)現(xiàn)當前隊列非空,就取出t2下面對應的任務執(zhí)行,其它時間依此類推,由此看來:
如果隊列非空,引擎就從隊列頭取出一個任務,直到該任務處理完,即返回后引擎接著運行下一個任務,在任務沒返回前隊列中的其它任務是沒法被執(zhí)行的.
相信您現(xiàn)在已經(jīng)很清楚JavaScript是否可多線程,也了解理解JavaScript定時器運行機制了,下面我們來對一些案例進行分析:
案例1:setTimeout與setInterval
setTimeout(function() {
/* 代碼塊... */
setTimeout(arguments.callee, 10);
}, 10);
setInterval(function(){
/*代碼塊... */
}, 10);
這兩段代碼看一起效果一樣,其實非也,第一段中回調函數(shù)內(nèi)的setTimeout是JavaScript引擎執(zhí)行后再設置新的setTimeout定時, 假定上一個回調處理完到下一個回調開始處理為一個時間間隔,理論兩個setTimeout回調執(zhí)行時間間隔>=10ms .第二段自setInterval設置定時后,定時觸發(fā)線程就會源源不斷的每隔十秒產(chǎn)生異步定時事件并放到任務隊列尾,理論上兩個setInterval回調執(zhí)行時間間隔<=10.
案例2:ajax異步請求是否真的異步?
很多同學朋友搞不清楚,既然說JavaScript是單線程運行的,那么XMLHttpRequest在連接后是否真的異步?
其實請求確實是異步的,不過這請求是由瀏覽器新開一個線程請求(參見上圖),當請求的狀態(tài)變更時,如果先前已設置回調,這異步線程就產(chǎn)生狀態(tài)變更事件放到JavaScript引擎的處理隊列中等待處理,當任務被處理時,JavaScript引擎始終是單線程運行回調函數(shù),具體點即還是單線程運行onreadystatechange所設置的函數(shù).
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