瀏覽器事件循環原理

通過一道題進入瀏覽器事件循環原理:

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')

可以先試一下,手寫出執行結果,然後看完這篇文章以後,在運行一下這段代碼,看結果和預期是否一樣

單線程

定義

單線程意味着所有的任務需要排隊,前一個任務結束,才能夠執行後一個任務。如果前一個任務耗時很長,後面一個任務不得不一直等着。

原因

javascript的單線程,與它的用途有關。作爲瀏覽器腳本語言,javascript的主要用途是與用戶互動,以及操作DOM。這決定了它只能是單線程,否則會帶來很複雜的同步問題。比如,假定javascript同時有兩個線程,一個在添加DOM節點,另外一個是刪除DOM節點,那瀏覽器應該應該以哪個爲準,如果在增加一個線程進行管理多個線程,雖然解決了問題,但是增加了複雜度,爲什麼不使用單線程呢,執行有個先後順序,某個時間只執行單個事件。
爲了利用多核CPU的計算能力,HTML5提出Web Worker標準,運行javascript創建多個線程,但是子線程完全受主線程控制,且不得操作DOM。所以,這個標準並沒有改變javascript單線程的本質

瀏覽器中的Event Loop

js的執行環境是一個單線程,會按照順序執行代碼,但是javaScript又可以是異步,這兩者感覺有衝突。如果理解瀏覽器的事件循環機制,就會覺得不衝突。

macroTaskmicroTask

宏隊列,macroTask也叫tasks。包含同步任務,和一些異步任務的回調會依次進入macro task queue中,macroTask包含:

  • script代碼塊
  • setTimeout
  • requestAnimationFrame
  • I/O
  • UI rendering

微隊列, microtask,也叫jobs。另外一些異步任務的回調會依次進入micro task queue,等待後續被調用,這些異步任務包含:

  • Promise.then
  • MutationObserver

下面是Event Loop的示意圖

一段javascript執行的具體流程就是如下:

  1. 首先執行宏隊列中取出第一個,一段script就是相當於一個macrotask,所以他先會執行同步代碼,當遇到例如setTimeout的時候,就會把這個異步任務推送到宏隊列隊尾中。
  2. 當前macrotask執行完成以後,就會從微隊列中取出位於頭部的異步任務進行執行,然後微隊列中任務的長度減一。
  3. 然後繼續從微隊列中取出任務,直到整個隊列中沒有任務。如果在執行微隊列任務的過程中,又產生了microtask,那麼會加入整個隊列的隊尾,也會在當前的週期中執行
  4. 當微隊列的任務爲空了,那麼就需要執行下一個macrotask,執行完成以後再執行微隊列,以此反覆。

13的過程就是一個循環,也就是咱們下面講到的tick,所謂的事件循環就是重複一個一個的tick

示例分析

在前面給出了一道題,現在來對這道題進行分析。下面是這段代碼的流程分析圖:

首先整個代碼塊是一個task所以,先運行同步代碼,當執行到setTimeout的時候,會向宏隊列隊尾中推入整個異步任務,這時候宏隊列就有兩個任務,當同步任務執行完成以後,也就是第一個task執行完成以後,會執行微隊列中的任務。Promise是屬於microtask,所以會推入微隊列中。所以輸出結果如下:

script start
script end
promise1
promise2
setTimeout

Vue nextTick原理

Vue內部實現了nextTick函數,傳入一個cb函數,這個cb會存儲到一個隊列中,在下一個tick中觸發隊列中所有的cb事件。
首先定義一個數組callbacks來存儲下一個tick需要執行的任務,pending是一個標誌位,保證在下一個tick之前只執行一次。timeFunc是一個函數指針,針對瀏覽器支持情況,使用不同的方法

function nextTick() {
  const callbacks = [];
  let pending = false;
  let timeFunc
}
function nextTickHandler() {
  pending = false;
  const copies = callbacks.slice(0)
  callbacks.length = 0
  for (let i = 0; i < copies.length; i++) {
    copies[i]()
  }
}

nextTickHandler的作用就是將callbacks存儲的函數都調用一遍。下面再來看timeFunc的實現:

if (typeof Promise !== 'undefined') {
  timeFunc = () => {
    Promise.resolve()
      .then(nextTickHandler)
  }
} else if (typeof MutationObserver !== 'undefined') {
  // ...
} else {
  timeFunc = () => {
    setTimeout(nextTickHandler, 0)
  }
}

優先使用PromiseMutationObserver因爲這兩個方法的回調函數都會在microtask中執行,他們會比setTimeout更早執行,所以優先使用。下面是MutationObserver的實現:

const counter = 1;
const observer = new MutationObserver(nextTickHandler)
const textNode = document.createTextNode(counter)
observer.observe(textNode, {
    characterData: true,
})
timeFunc = () => {
    couter = (counter + 1) % 2;
    textNode.data = String(counter)
}

每次調用timeFunc,都會更改counter的值,改變DOM的值後,觸發observer從而實現回調。
如果上述兩種方法都不支持的環境則會使用setTimeoutsetTimeout會在下一個tick中執行。爲什麼使用這種方式,根據HTML Standard,每個task運行完以後,UI都會重新渲染,那麼在microtask中完成數據更新,當前task結束後就可以得到最新的UI了,否則就需要等到下一個tick進行數據更新,但是此時已經渲染了兩次

Vue的批量異步更新策略

注意:這個部分需要對Vue源碼有一定的瞭解
下面有一個示例,點擊按鈕,會讓count0增加到1000。如果每次count的修改都會觸發DOM的更新,那麼DOM都會更新1000次,那手機就卡死了。

<div>{{count}}</div>
<button @click="addCount">click</button>
data () {
    return {
        count: 0,
    }
},
methods: {
    addCount() {
        for (let i = 0; i < 1000; i++ ){
            this.count += 1;
        }
    }
}

那麼Vue是如何避免這種事情的,每次觸發某個數據的setter方法後,對應的Watcher對象就會被push進一個隊列queue中,Watcher對象用來觸發真實DOM的更新。

let id = 0;
class Watcher {
    constructor() {
        this.id = id++;
    }
    update() {
        console.log('update:' + id);
        queueWatcher(this);
    }
    run() {
        console.log('run:' + id);
    }
}

當觸發setter會觸發Watcher對象的updaterun方法用來更新頁面。

當某個數據發生改變時,就會往queue中加入屬於這個數據的watcher,每個watcher都有專屬的id,這樣就避免重複添加同一個watcherwaiting是一個標誌位,在下一個tick的時候執行flushSchedulerQueue來執行隊列queue中所有的watcher對象的run方法

const has = {};
const queue = [];
let waiting = false;
function queueWatcher(watcher) {
    const id = watcher.id;
    if (has[id] == null) {
        queue.push(watcher)
        has[id] = true;
    }
    if (!waiting) {
        waiting = true;
        nextTick(flushScheulerQueue)
    }
}
function flushScheulerQueue() {
    for (index = 0; index < queue.length; index++) {
        watcher = queue[index]
        id = watcher.id;
        has[id] = null;
        watcher.run();
    }
    wating = false;
}

這樣當一個值多次發生改變時,實際上只會往這個queue隊列中加入一個,然後在nextTick中進行回調,遍歷queue對頁面進行更新,這樣也就實現了多次更改data的時候只會更新一次DOM,但是在項目中也需要儘量避免這種多次更改的情況。
例如以下代碼:

const watcher1 = new Watcher();
const wather2 = new Watcher();

watcher1.update();
watcher2.update();
watcher2.update();

一個watcher觸發了兩次update,但是輸出結果如下:

update: 1
update: 2
update: 2
run: 1
run: 2

雖然watcher2觸發了兩次update,但是因爲Vue對相同的Watcher進行了過濾,所以在queue中只會存在一個watcherrun方法的調用會在nextTick中調用,也就是先前提到的microtask中進行調用。從而輸出了上面的結果

本文講了js的事件輪詢機制,是不是對同步異步瞭解的更加清晰。並且在尤大也是巧妙的運行了這種思路,對這個知識點進行了落地。學一個知識點最重要的對其進行落地,可以自己多嘗試一下,更加深入瞭解事件輪詢機制。github求關注,感謝。

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