引言
事件循環(huán)機(jī)制是 JavaScript 處理異步操作的核心，它確保代碼的執(zhí)行順序與預(yù)期順序一致。JavaScript 是一種單線程語言，這意味著它一次只能執(zhí)行一個(gè)任務(wù)。這可能會導(dǎo)致一個(gè)嚴(yán)重的問題：如果一個(gè)線程被阻塞，整個(gè)程序?qū)⒆兊脽o響應(yīng)。為了解決這個(gè)問題，JavaScript 引入了事件循環(huán)機(jī)制。該機(jī)制允許 JavaScript 在執(zhí)行任務(wù)的同時(shí)處理異步操作，從而提高程序性能并確保代碼執(zhí)行順序與預(yù)期順序匹配。
循環(huán)的本質(zhì)
事件循環(huán)機(jī)制中的“循環(huán)”代表其重復(fù)過程，一直持續(xù)到?jīng)]有更多任務(wù)需要處理為止。
異步編程的基礎(chǔ)
事件循環(huán)機(jī)制是 JavaScript 異步編程的基礎(chǔ)。像 Promises、Generators 和 Async/Await 這些概念都是基于事件循環(huán)機(jī)制的。
基本理論
事件循環(huán)機(jī)制的基本原理
事件循環(huán)機(jī)制的基本原理是 JavaScript 維護(hù)一個(gè)執(zhí)行棧和一個(gè)任務(wù)隊(duì)列。在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，JavaScript 將它們放入執(zhí)行棧中。JavaScript 任務(wù)分為同步任務(wù)和異步任務(wù)。同步任務(wù)直接在執(zhí)行棧中執(zhí)行，而異步任務(wù)則被放入任務(wù)隊(duì)列中等待執(zhí)行。當(dāng)執(zhí)行棧中的所有任務(wù)完成后，JavaScript 引擎從任務(wù)隊(duì)列中讀取一個(gè)任務(wù)并將其放入執(zhí)行棧中執(zhí)行。這個(gè)過程不斷重復(fù)，直到任務(wù)隊(duì)列為空，標(biāo)志著事件循環(huán)機(jī)制的結(jié)束。
用 setTimeout/setInterval 和 XHR/fetch 舉例
讓我們用 setTimeout/setInterval（定時(shí)任務(wù)）和 XHR/fetch（網(wǎng)絡(luò)請求）的例子來說明這個(gè)概念。
當(dāng)執(zhí)行 setTimeout/setInterval 和 XHR/fetch 時(shí)，這些是帶有異步回調(diào)函數(shù)的同步任務(wù)：
- setTimeout/setInterval：當(dāng)遇到 setTimeout/setInterval 時(shí)，JavaScript 引擎通知定時(shí)器觸發(fā)線程有一個(gè)定時(shí)任務(wù)要執(zhí)行，然后繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)的同步任務(wù)。定時(shí)器觸發(fā)線程等待指定的時(shí)間，然后將回調(diào)函數(shù)放入任務(wù)隊(duì)列中執(zhí)行。
- XHR/fetch：當(dāng)遇到 XHR/fetch 時(shí)，JavaScript 引擎通知異步 HTTP 請求線程有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)請求要發(fā)送，然后繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)的同步任務(wù)。異步 HTTP 請求線程等待網(wǎng)絡(luò)請求響應(yīng)。成功后，它將回調(diào)函數(shù)放入任務(wù)隊(duì)列中執(zhí)行。
完成同步任務(wù)后，JavaScript 引擎向事件觸發(fā)線程檢查是否有任何待處理的回調(diào)函數(shù)。如果有，它將回調(diào)函數(shù)放入執(zhí)行棧中執(zhí)行。如果沒有，JavaScript 引擎保持空閑，等待新任務(wù)。這種異步和同步任務(wù)的交錯(cuò)執(zhí)行實(shí)現(xiàn)了高效的任務(wù)管理。
宏任務(wù)和微任務(wù)
宏任務(wù)和微任務(wù)的概念
宏任務(wù)和微任務(wù)是事件循環(huán)機(jī)制中的兩個(gè)關(guān)鍵概念。
- 宏任務(wù)：包括 setTimeout、setInterval、I/O 操作和 UI 渲染等任務(wù)。
- 微任務(wù)：包括 Promise 回調(diào)、MutationObserver 回調(diào)和 process.nextTick 等任務(wù)。
宏任務(wù)和微任務(wù)的執(zhí)行順序
- 宏任務(wù)：宏任務(wù)在事件循環(huán)的每次迭代中按順序執(zhí)行。在每次迭代中，從宏任務(wù)隊(duì)列中取出一個(gè)宏任務(wù)并執(zhí)行。
- 微任務(wù)：微任務(wù)在當(dāng)前宏任務(wù)完成后且在下一個(gè)宏任務(wù)開始前立即執(zhí)行。事件循環(huán)將持續(xù)執(zhí)行微任務(wù)隊(duì)列中的所有微任務(wù)，直到隊(duì)列為空，然后再繼續(xù)執(zhí)行下一個(gè)宏任務(wù)。
這確保了微任務(wù)獲得更高的優(yōu)先級，并在下一個(gè)宏任務(wù)開始之前完成，從而能夠更高效地處理任務(wù)，并在異步操作中獲得更好的性能。
實(shí)用技巧
通過示例熟悉事件循環(huán)機(jī)制
console.log('Start');
setTimeout(() => {
console.log('setTimeout Callback');
}, 0);
Promise.resolve().then(() => {
console.log('Promise then');
});
console.log('End');
分析：
- 遇到 setTimeout，它是一個(gè)宏任務(wù)，所以將其放入宏任務(wù)隊(duì)列稍后執(zhí)行。
- 遇到 Promise.resolve().then，它是一個(gè)微任務(wù)，所以將其放入微任務(wù)隊(duì)列，在當(dāng)前同步代碼完成后執(zhí)行。
- 繼續(xù)執(zhí)行同步代碼，打印“End”。
- 現(xiàn)在檢查微任務(wù)隊(duì)列，有一個(gè)微任務(wù)（Promise.then），所以執(zhí)行它，打印“Promise then”。
- 最后檢查宏任務(wù)隊(duì)列，有一個(gè)宏任務(wù)（setTimeout 回調(diào)），所以執(zhí)行它，打印“setTimeout Callback”。
輸出：
Start
End
Promise then
setTimeout Callback
console.log('Start');
new Promise((resolve) => {
console.log('Promise Executor');
resolve();
}).then(() => {
console.log('Promise then');
});
console.log('End');
分析：
- 遇到 Promise 構(gòu)造函數(shù)，其內(nèi)部的執(zhí)行器函數(shù)立即運(yùn)行（作為當(dāng)前宏任務(wù)的一部分），打印“Promise Executor”。
- then 方法安排一個(gè)微任務(wù)，它將在所有同步代碼完成后運(yùn)行。
- 繼續(xù)執(zhí)行同步代碼，打印“End”。
- 現(xiàn)在檢查微任務(wù)隊(duì)列，有一個(gè)微任務(wù)（Promise.then），所以執(zhí)行它，打印“Promise then”。
輸出：
Start
Promise Executor
End
Promise then
console.log('Start');
async function asyncFunction() {
await new Promise((resolve) => {
console.log('Promise');
setTimeout(resolve, 0);
});
console.log('asyncawait');
}
asyncFunction();
console.log('End');
分析：
- 同步代碼執(zhí)行：首先打印“Start”，因?yàn)檫@是遇到的第一個(gè)同步代碼。
- 進(jìn)入 asyncFunction：接著執(zhí)行 asyncFunction。在 asyncFunction 內(nèi)部，打印“Promise”，因?yàn)?Promise 構(gòu)造函數(shù)的同步部分立即運(yùn)行。
- 遇到 await：當(dāng)執(zhí)行到 await new Promise(...) 時(shí)，asyncFunction 在這里暫停，等待 Promise 被解決。
- 繼續(xù)執(zhí)行全局腳本：在等待 await 時(shí)，控制權(quán)返回給調(diào)用者，所以執(zhí)行 console.log('End')，打印“End”。
- 事件循環(huán)和宏任務(wù)：當(dāng)遇到延遲為 0 毫秒的 setTimeout 時(shí)，其回調(diào)函數(shù)（即 resolve）被放入宏任務(wù)隊(duì)列。一旦當(dāng)前執(zhí)行棧為空且微任務(wù)隊(duì)列被處理，事件循環(huán)檢查宏任務(wù)隊(duì)列并執(zhí)行 setTimeout 回調(diào)，解決 Promise。
- Promise 解決后的微任務(wù)：Promise 解決后，await 后面的代碼（即 console.log('asyncawait')）被放入微任務(wù)隊(duì)列。在下一次事件循環(huán)迭代中，處理微任務(wù)隊(duì)列，打印“asyncawait”。
輸出：
Start
Promise
End
asyncawait
通過分析這些示例，你應(yīng)該對事件循環(huán)機(jī)制有了扎實(shí)的理解。
性能優(yōu)化：利用事件循環(huán)機(jī)制
- 減少 UI 阻塞：將耗時(shí)操作放在微任務(wù)或宏任務(wù)隊(duì)列的末尾，以確保 UI 線程能夠及時(shí)響應(yīng)用戶交互。例如，使用 requestAnimationFrame 進(jìn)行動畫渲染，以與瀏覽器的繪制周期同步，減少頁面重繪開銷。
- 拆分長任務(wù)：如果一個(gè)任務(wù)花費(fèi)時(shí)間過長，考慮將其拆分為較小的任務(wù)，并在其間插入其他任務(wù)，如 UI 更新。這種方法有助于保持應(yīng)用程序的響應(yīng)性。例如，將大數(shù)據(jù)處理分成多個(gè)塊，并在每個(gè)塊之后讓出控制權(quán)。
- 優(yōu)先使用 Promise 和 async/await：與傳統(tǒng)回調(diào)相比，Promise 和 async/await 提供了更清晰的代碼結(jié)構(gòu)和更好的錯(cuò)誤處理。它們還能更有效地管理事件循環(huán)，使異步代碼看起來更像同步代碼，更易于理解和維護(hù)。
- 避免過度使用微任務(wù)：雖然微任務(wù)具有高優(yōu)先級，但過度依賴它們可能導(dǎo)致微任務(wù)隊(duì)列堆積。特別是在遞歸調(diào)用或復(fù)雜邏輯中，可能會無意中造成性能瓶頸。平衡宏任務(wù)和微任務(wù)的使用，以優(yōu)化執(zhí)行效率和響應(yīng)性。
- 利用 nextTick：在 Vue.js 中，nextTick 用于在 Vue 的異步 DOM 更新隊(duì)列清除后執(zhí)行某些操作。Vue.js 使用異步 DOM 更新來提高性能，這意味著數(shù)據(jù)更改不會立即更新視圖。相反，更新在同步代碼執(zhí)行完成后批量進(jìn)行，減少 DOM 操作并提高性能。nextTick 方法依賴于 JavaScript 的事件循環(huán)機(jī)制。
深入探究
Node.js 事件循環(huán)模型
要深入了解 Node.js 事件循環(huán)模型，請參閱官方 Node.js 文檔。以下是一個(gè)簡要概述：
Node.js 事件循環(huán)分為六個(gè)階段，每個(gè)階段都有一個(gè)用于宏任務(wù)的先進(jìn)先出隊(duì)列和一個(gè)用于微任務(wù)的先進(jìn)先出隊(duì)列。在每個(gè)階段之后，循環(huán)檢查微任務(wù)隊(duì)列并處理它，直到隊(duì)列為空，然后再進(jìn)入下一個(gè)階段。
每個(gè)階段處理特定任務(wù)：
- 定時(shí)器：執(zhí)行 setTimeout 和 setInterval 的回調(diào)函數(shù)。
- I/O 回調(diào)：執(zhí)行已完成 I/O 操作的回調(diào)函數(shù)（不包括關(guān)閉、定時(shí)器和 setImmediate 的回調(diào)函數(shù)）。
- 空閑、準(zhǔn)備：由 Node.js 內(nèi)部使用，通常與用戶代碼無關(guān)。
- 輪詢：獲取新的 I/O 事件；在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，Node.js 會在這里阻塞。
- 檢查：執(zhí)行 setImmediate 回調(diào)函數(shù)。
- 關(guān)閉回調(diào)：執(zhí)行關(guān)閉事件回調(diào)函數(shù)。
這個(gè)模型確保了 Node.js 中事件驅(qū)動、異步編程范式的高效運(yùn)行。
瀏覽器事件循環(huán)模型
瀏覽器中的事件循環(huán)模型如前面示例所述進(jìn)行操作。它通過平衡同步任務(wù)、宏任務(wù)和微任務(wù)來維護(hù)執(zhí)行順序。
邊界情況分析
- 微任務(wù)嵌套：微任務(wù)可以嵌套，這意味著一個(gè)微任務(wù)可以向隊(duì)列中添加更多微任務(wù)。這可能導(dǎo)致微任務(wù)堆積，可能會使事件循環(huán)“餓死”宏任務(wù)，延遲它們的執(zhí)行。
- 宏任務(wù)嵌套：直接的宏任務(wù)嵌套（例如，在 setTimeout 回調(diào)中調(diào)用另一個(gè) setTimeout）不會改變執(zhí)行順序，但可能會影響事件循環(huán)的流暢性，特別是如果它們涉及 I/O 操作或密集計(jì)算。
- 定時(shí)器的不準(zhǔn)確性：像 setTimeout 和 setInterval 這樣的定時(shí)器保證在至少指定的時(shí)間后執(zhí)行，但可能會因?yàn)橐韵略蚨舆t執(zhí)行：
- 宏任務(wù)隊(duì)列中有待處理的任務(wù)。
盡管這些環(huán)境在細(xì)節(jié)上有所不同，但它們都遵循宏任務(wù)和微任務(wù)分離的原則。
理解 nextTick
在 Vue.js 中，nextTick 是一個(gè)方法，用于在 Vue 的異步 DOM 更新隊(duì)列清除后執(zhí)行回調(diào)函數(shù)。Vue.js 使用異步 DOM 更新來提高性能，這意味著數(shù)據(jù)更改不會立即更新視圖。相反，更新在同步代碼執(zhí)行完成后批量進(jìn)行，減少 DOM 操作并提高性能。nextTick 方法依賴于 JavaScript 的事件循環(huán)機(jī)制。
nextTick 的使用場景：
- 獲取更新后的 DOM 元素：確保在 nextTick 回調(diào)函數(shù)中獲取最新更新的 DOM 元素。
- 避免不必要的渲染：組合多個(gè)數(shù)據(jù)修改并使用 nextTick 確保 DOM 元素只更新一次，減少渲染次數(shù)并提高性能。
結(jié)論
通過有效地理解和利用事件循環(huán)機(jī)制，你可以顯著提高 JavaScript 應(yīng)用程序的性能和響應(yīng)性。平衡宏任務(wù)和微任務(wù)的使用、避免過度嵌套以及利用 async/await 可以使代碼更易于維護(hù)和高效。
該文章在 2024/11/4 10:43:07 編輯過
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