js: 從setTimeout說事件循環模型

一、從setTimeout說起

　　setTimeout()方法不是ecmascript規范定義的內容，而是屬於BOM提供的功能。查看w3school對setTimeout()方法的定義，setTimeout() 方法用於在指定的毫秒數后調用函數或計算表達式。 

　　語法setTimeout(fn,millisec)，其中fn表示要執行的代碼，可以是一個包含javascript代碼的字符串，也可以是一個函數。第二個參數millisec是以毫秒表示的時間，表示fn需推遲多長時間執行。 

　　調用setTimeout()方法之后，該方法返回一個數字，這個數字是計划執行代碼的唯一標識符，可以通過它來取消超時調用。

　　起初我對 setTimeout()的使用比較簡單，對其運行機理也沒有深入的理解，直到看到下面代碼

var start = new Date;
setTimeout(function(){
var end = new Date;
console.log('Time elapsed:', end - start, 'ms');
}, 500);
while (new Date - start < 1000) {};

 　　在我最初對setTimeout()的認識中，延時設置為500ms，所以輸出應該為Time elapsed: 500 ms。因為在直觀的理解中，Javascript執行引擎，在執行上述代碼過程中，應當是一個由上往下的順序執行過程，setTimeout函數是先於while語句執行的。可是實際上，上述代碼運行多次后，輸出至少是延遲了1000ms。

 二、根據結果找原因

 　　通過閱讀代碼不難看出，setTimeout()方法執行在while()循環之前，它聲明了“希望”在500ms之后執行一次匿名函數，這一聲明，也即對匿名函數的注冊，在setTimeout()方法執行后立即生效。代碼最后一行的while循環會持續運行1000ms，通過setTimeout()方法注冊的匿名函數輸出的延遲時間總是大於1000ms，說明對這一匿名函數的實際調用被while()循環阻塞了，實際的調用在while()循環阻塞結束后才真正執行。

　　使用Timer在Java中實現上述邏輯，運行多次，輸出都是Time elapsed: 501 ms。java對於定時任務的解決方案是通過多線程手段實現的，任務對象存儲在任務隊列，由專門的調度線程，在新的子線程中完成任務的執行。通過schedule()方法注冊一個異步任務時，調度線程在子線程立即開始工作，主線程不會阻塞任務的運行。

　　這就是Javascript與Java/C#之類語言的一大差異，即Javascript的單線程機制。在現有瀏覽器環境中，Javascript執行引擎是單線程的，主線程的語句和方法，會阻塞定時任務的運行，執行引擎只有在執行完主線程的語句后，定時任務才會實際執行，這期間的時間，可能大於注冊任務時設置的延時時間。在這一點上，Javascript與Java/C#的機制很不同。

三、事件循環模型

 　　在單線程的Javascript引擎中，setTimeout()是如何運行的呢，這里就要提到瀏覽器內核中的事件循環模型了。簡單的講，在Javascript執行引擎之外，有一個任務隊列，當在代碼中調用setTimeout()方法時，注冊的延時方法會交由瀏覽器內核其他模塊（以webkit為例，是webcore模塊）處理，當延時方法到達觸發條件，即到達設置的延時時間時，這一延時方法被添加至任務隊列里。這一過程由瀏覽器內核其他模塊處理，與執行引擎主線程獨立，執行引擎在主線程方法執行完畢，到達空閑狀態時，會從任務隊列中順序獲取任務來執行，這一過程是一個不斷循環的過程，稱為事件循環模型。

　　Javascript執行引擎的主線程運行的時候，產生堆（heap）和棧（stack）。程序中代碼依次進入棧中等待執行，當調用setTimeout()方法時，即圖中右側WebAPIs方法時，瀏覽器內核相應模塊開始延時方法的處理，當延時方法到達觸發條件時，方法被添加到用於回調的任務隊列，只要執行引擎棧中的代碼執行完畢，主線程就會去讀取任務隊列，依次執行那些滿足觸發條件的回調函數。

　　以示例進一步說明：

 

　　以圖中代碼為例，執行引擎開始執行上述代碼時，相當於先講一個main()方法加入執行棧。繼續往下開始console.log('Hi')時，log('Hi')方法入棧，console.log方法是一個webkit內核支持的普通方法，而不是前面圖中WebAPIs涉及的方法，所以這里log('Hi')方法立即出棧被引擎執行。

 

　　console.log('Hi')語句執行完成后，log()方法出棧執行，輸出了Hi。引擎繼續往下，將setTimeout(callback,5000)添加到執行棧。setTimeout()方法屬於事件循環模型中WebAPIs中的方法，引擎在將setTimeout()方法出棧執行時，將延時執行的函數交給了相應模塊，即圖右方的timer模塊來處理。

　　執行引擎將setTimeout出棧執行時，將延時處理方法交由了webkit timer模塊處理，然后立即繼續往下處理后面代碼，於是將log('SJS')加入執行棧，接下來log('SJS')出棧執行，輸出SJS。而執行引擎在執行萬console.log('SJS')后，程序處理完畢，main()方法也出棧。

 　　

　　這時在在setTimeout方法執行5秒后，timer模塊檢測到延時處理方法到達觸發條件，於是將延時處理方法加入任務隊列。而此時執行引擎的執行棧為空，所以引擎開始輪詢檢查任務隊列是否有任務需要被執行，就檢查到已經到達執行條件的延時方法，於是將延時方法加入執行棧。引擎發現延時方法調用了log()方法，於是又將log()方法入棧。然后對執行棧依次出棧執行，輸出there，清空執行棧。

　　清空執行棧后，執行引擎會繼續去輪詢任務隊列，檢查是否還有任務可執行。

四、webkit中timer的實現

　　到這里已經可以徹底理解下面代碼的執行流程，執行引擎先將setTimeout()方法入棧被執行，執行時將延時方法交給內核相應模塊處理。引擎繼續處理后面代碼，while語句將引擎阻塞了1秒，而在這過程中，內核timer模塊在0.5秒時已將延時方法添加到任務隊列，在引擎執行棧清空后，引擎將延時方法入棧並處理，最終輸出的時間超過預期設置的時間。

var start = new Date;
setTimeout(function(){
var end = new Date;
console.log('Time elapsed:', end - start, 'ms');
}, 500);
while (new Date - start < 1000) {};

 

　　前面事件循環模型圖中提到的WebAPIs部分，提到了DOM事件，AJAX調用和setTimeout方法，圖中簡單的把它們總結為WebAPIs，而且他們同樣都把回調函數添加到任務隊列等待引擎執行。這是一個簡化的描述，實際上瀏覽器內核對DOM事件、AJAX調用和setTimeout方法都有相應的模塊來處理，webkit內核在Javasctipt執行引擎之外，有一個重要的模塊是webcore模塊，html的解析，css樣式的計算等都由webcore實現。對於圖中WebAPIs提到的三種API，webcore分別提供了DOM Binding、network、timer模塊來處理底層實現，這里還是繼續以setTimeout為例，看下timer模塊的實現。

　　Timer類是webkit 內核的一個必需的基礎組件，通過閱讀源碼可以全面理解其原理，本文對其簡化，分析其執行流程。

　　通過setTimeout()方法注冊的延時方法，被傳遞給webcore組件timer模塊處理。timer中關鍵類為TheadTimers類，其包含兩個重要成員，TimerHeap任務隊列和SharedTimer方法調度類。延時方法被封裝為timer對象，存儲在TimerHeap中。和Java.util.Timer任務隊列一樣，TimerHeap同樣采用最小堆的數據結構，以nextFireTime作為關鍵字排序。SharedTimer作為TimerHeap調度類，在timer對象到達觸發條件時，通過瀏覽器平台相關的接口，將延時方法添加到事件循環模型中提到的任務隊列中。

　　TimerHeap采用最小堆的數據結構，預期延時時間最小的任務最先被執行，同時，預期延時時間相同的兩個任務，其執行順序是按照注冊的先后順序執行。

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');

　　上述代碼輸出依次為

start while
end while
fn3
fn1
fn2
another fn2

 

 

轉載自AlloyTeam：http://www.alloyteam.com/2015/10/turning-to-javascript-series-from-settimeout-said-the-event-loop-model/

循環間隔:HTML5標准規定了setTimeout()的第二個參數的最小值（最短間隔），不得低於4毫秒，如果低於這個值，就會自動增加。在此之前，老版本的瀏 覽器都將最短間隔設為10毫秒。另外，對於那些DOM的變動（尤其是涉及頁面重新渲染的部分），通常不會立即執行，而是每16毫秒執行一次。這時使用 requestAnimationFrame()的效果要好於setTimeout()。

 轉載:http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/10/event-loop.html