(转)JS 从setTimeout说事件循环模型
一、从setTimeout说起
setTimeout()方法不是ecmascript规范定义的内容,而是属于BOM提供的功能。查看w3school对setTimeout()方法的定义,setTimeout() 方法用于在指定的毫秒数后调用函数或计算表达式。
语法setTimeout(fn,millisec),其中fn表示要执行的代码,可以是一个包含javascript代码的字符串,也可以是一个函数。第二个参数millisec是以毫秒表示的时间,表示fn需推迟多长时间执行。
调用setTimeout()方法之后,该方法返回一个数字,这个数字是计划执行代码的唯一标识符,可以通过它来取消超时调用。
起初我对 setTimeout()的使用比较简单,对其运行机理也没有深入的理解,直到看到下面代码
var start = new Date; setTimeout(function(){ var end = new Date; console.log('Time elapsed:', end - start, 'ms'); }, 500); while (new Date - start < 1000) {};
在我最初对setTimeout()的认识中,延时设置为500ms,所以输出应该为Time elapsed: 500 ms。因为在直观的理解中,Javascript执行引擎,在执行上述代码过程中,应当是一个由上往下的顺序执行过程,setTimeout函数是先于while语句执行的。可是实际上,上述代码运行多次后,输出至少是延迟了1000ms。
二、根据结果找原因
通过阅读代码不难看出,setTimeout()方法执行在while()循环之前,它声明了“希望”在500ms之后执行一次匿名函数,这一声明,也即对匿名函数的注册,在setTimeout()方法执行后立即生效。代码最后一行的while循环会持续运行1000ms,通过setTimeout()方法注册的匿名函数输出的延迟时间总是大于1000ms,说明对这一匿名函数的实际调用被while()循环阻塞了,实际的调用在while()循环阻塞结束后才真正执行。
使用Timer在Java中实现上述逻辑,运行多次,输出都是Time elapsed: 501 ms。java对于定时任务的解决方案是通过多线程手段实现的,任务对象存储在任务队列,由专门的调度线程,在新的子线程中完成任务的执行。通过schedule()方法注册一个异步任务时,调度线程在子线程立即开始工作,主线程不会阻塞任务的运行。
这就是Javascript与Java/C#之类语言的一大差异,即Javascript的单线程机制。在现有浏览器环境中,Javascript执行引擎是单线程的,主线程的语句和方法,会阻塞定时任务的运行,执行引擎只有在执行完主线程的语句后,定时任务才会实际执行,这期间的时间,可能大于注册任务时设置的延时时间。在这一点上,Javascript与Java/C#的机制很不同。
三、事件循环模型
在单线程的Javascript引擎中,setTimeout()是如何运行的呢,这里就要提到浏览器内核中的事件循环模型了。简单的讲,在Javascript执行引擎之外,有一个任务队列,当在代码中调用setTimeout()方法时,注册的延时方法会交由浏览器内核其他模块(以webkit为例,是webcore模块)处理,当延时方法到达触发条件,即到达设置的延时时间时,这一延时方法被添加至任务队列里。这一过程由浏览器内核其他模块处理,与执行引擎主线程独立,执行引擎在主线程方法执行完毕,到达空闲状态时,会从任务队列中顺序获取任务来执行,这一过程是一个不断循环的过程,称为事件循环模型。
Javascript执行引擎的主线程运行的时候,产生堆(heap)和栈(stack)。程序中代码依次进入栈中等待执行,当调用setTimeout()方法时,即图中右侧WebAPIs方法时,浏览器内核相应模块开始延时方法的处理,当延时方法到达触发条件时,方法被添加到用于回调的任务队列,只要执行引擎栈中的代码执行完毕,主线程就会去读取任务队列,依次执行那些满足触发条件的回调函数。
以示例进一步说明:
以图中代码为例,执行引擎开始执行上述代码时,相当于先讲一个main()方法加入执行栈。继续往下开始console.log('Hi')时,log('Hi')方法入栈,console.log方法是一个webkit内核支持的普通方法,而不是前面图中WebAPIs涉及的方法,所以这里log('Hi')方法立即出栈被引擎执行。
console.log('Hi')语句执行完成后,log()方法出栈执行,输出了Hi。引擎继续往下,将setTimeout(callback,5000)添加到执行栈。setTimeout()方法属于事件循环模型中WebAPIs中的方法,引擎在将setTimeout()方法出栈执行时,将延时执行的函数交给了相应模块,即图右方的timer模块来处理。
执行引擎将setTimeout出栈执行时,将延时处理方法交由了webkit timer模块处理,然后立即继续往下处理后面代码,于是将log('SJS')加入执行栈,接下来log('SJS')出栈执行,输出SJS。而执行引擎在执行万console.log('SJS')后,程序处理完毕,main()方法也出栈。
这时在在setTimeout方法执行5秒后,timer模块检测到延时处理方法到达触发条件,于是将延时处理方法加入任务队列。而此时执行引擎的执行栈为空,所以引擎开始轮询检查任务队列是否有任务需要被执行,就检查到已经到达执行条件的延时方法,于是将延时方法加入执行栈。引擎发现延时方法调用了log()方法,于是又将log()方法入栈。然后对执行栈依次出栈执行,输出there,清空执行栈。
清空执行栈后,执行引擎会继续去轮询任务队列,检查是否还有任务可执行。
四、webkit中timer的实现
到这里已经可以彻底理解下面代码的执行流程,执行引擎先将setTimeout()方法入栈被执行,执行时将延时方法交给内核相应模块处理。引擎继续处理后面代码,while语句将引擎阻塞了1秒,而在这过程中,内核timer模块在0.5秒时已将延时方法添加到任务队列,在引擎执行栈清空后,引擎将延时方法入栈并处理,最终输出的时间超过预期设置的时间。
var start = new Date; setTimeout(function(){ var end = new Date; console.log('Time elapsed:', end - start, 'ms'); }, 500); while (new Date - start < 1000) {};
前面事件循环模型图中提到的WebAPIs部分,提到了DOM事件,AJAX调用和setTimeout方法,图中简单的把它们总结为WebAPIs,而且他们同样都把回调函数添加到任务队列等待引擎执行。这是一个简化的描述,实际上浏览器内核对DOM事件、AJAX调用和setTimeout方法都有相应的模块来处理,webkit内核在Javasctipt执行引擎之外,有一个重要的模块是webcore模块,html的解析,css样式的计算等都由webcore实现。对于图中WebAPIs提到的三种API,webcore分别提供了DOM Binding、network、timer模块来处理底层实现,这里还是继续以setTimeout为例,看下timer模块的实现。
Timer类是webkit 内核的一个必需的基础组件,通过阅读源码可以全面理解其原理,本文对其简化,分析其执行流程。
通过setTimeout()方法注册的延时方法,被传递给webcore组件timer模块处理。timer中关键类为TheadTimers类,其包含两个重要成员,TimerHeap任务队列和SharedTimer方法调度类。延时方法被封装为timer对象,存储在TimerHeap中。和Java.util.Timer任务队列一样,TimerHeap同样采用最小堆的数据结构,以nextFireTime作为关键字排序。SharedTimer作为TimerHeap调度类,在timer对象到达触发条件时,通过浏览器平台相关的接口,将延时方法添加到事件循环模型中提到的任务队列中。
TimerHeap采用最小堆的数据结构,预期延时时间最小的任务最先被执行,同时,预期延时时间相同的两个任务,其执行顺序是按照注册的先后顺序执行。
var start = new Date; setTimeout(function(){ console.log('fn1'); }, 20); setTimeout(function(){ console.log('fn2'); }, 30); setTimeout(function(){ console.log('another fn2'); }, 30); setTimeout(function(){ console.log('fn3'); }, 10); console.log('start while'); while (new Date - start < 1000) {}; console.log('end while');
上述代码输出依次为
start while end while fn3 fn1 fn2 another fn2
转载自AlloyTeam:http://www.alloyteam.com/2015/10/turning-to-javascript-series-from-settimeout-said-the-event-loop-model/
循环间隔:HTML5标准规定了setTimeout()的第二个参数的最小值(最短间隔),不得低于4毫秒,如果低于这个值,就会自动增加。在此之前,老版本的浏 览器都将最短间隔设为10毫秒。另外,对于那些DOM的变动(尤其是涉及页面重新渲染的部分),通常不会立即执行,而是每16毫秒执行一次。这时使用 requestAnimationFrame()的效果要好于setTimeout()。