如何通過setTimeout理解JS運行機制詳解


setTimeout()函數:用來指定某個函數或某段代碼在多少毫秒之后執行。它返回一個整數,表示定時器timer的編號,可以用來取消該定時器。

例子

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console.log(1);
setTimeout( function () {
  console.log(2);
}, 0);
console.log(3);

問:最后的打印順序是什么?(如果不了解js的運行機制就會答錯)

正確答案:1 3 2

解析:無論setTimeout的執行時間是0還是1000,結果都是先輸出3后輸出2,這就是面試官常常考查的js運行機制的問題,接下來我們要引入一個概念,JavaScript 是單線程的。

二、 JavaScript 單線程jquery特效

JavasScript引擎是基於事件驅動和單線程執行的,JS引擎一直等待着任務隊列中任務的到來,然后加以處理,瀏覽器無論什么時候都只有一個JS線程在運行程序,即主線程。

通俗的說:JS在同一時間內只能做一件事,這也常被稱為 “阻塞式執行”。

任務隊列

那么單線程的JavasScript是怎么實現“非阻塞執行”呢?

答:異步容易實現非阻塞,所以在JavaScript中對於耗時的操作或者時間不確定的操作,使用異步就成了必然的選擇。
諸如事件點擊觸發回調函數、ajax通信、計時器這種異步處理是如何實現的呢?

答:任務隊列

所有任務可以分成兩種,一種是同步任務(synchronous),另一種是異步任務(asynchronous)。

任務隊列:一個先進先出的隊列,它里面存放着各種事件和任務。

同步任務

同步任務:在主線程上排隊執行的任務,只有前一個任務執行完畢,才能執行后一個任務。

  • 輸出
  • 如:console.log()
  • 變量的聲明
  • 同步函數:如果在函數返回的時候,調用者就能夠拿到預期的返回值或者看到預期的效果,那么這個函數就是同步的。

異步任務

  • setTimeout和setInterval
  • DOM事件
  • Promise
  • process.nextTick
  • fs.readFile
  • http.get
  • 異步函數:如果在函數返回的時候,調用者還不能夠得到預期結果,而是需要在將來通過一定的手段得到,那么這個函數就是異步的。

除此之外,任務隊列又分為macro-task(宏任務)與micro-task(微任務),在ES5標准中,它們被分別稱為task與job。

宏任務

  1. I/O
  2. setTimeout
  3. setInterval
  4. setImmdiate
  5. requestAnimationFrame

微任務

  1. process.nextTick
  2. Promise
  3. Promise.then
  4. MutationObserver

宏任務和微任務的執行順序

一次事件循環中,先執行宏任務隊列里的一個任務,再把微任務隊列里的所有任務執行完畢,再去宏任務隊列取下一個宏任務執行。

注:在當前的微任務沒有執行完成時,是不會執行下一個宏任務的。

三、setTimeout運行機制jQuery插件

setTimeout 和 setInterval的運行機制是將指定的代碼移出本次執行,等到下一輪 Event Loop 時,再檢查是否到了指定時間。如果到了,就執行對應的代碼;如果不到,就等到再下一輪 Event Loop 時重新判斷。

這意味着,setTimeout指定的代碼,必須等到本次執行的所有同步代碼都執行完,才會執行。

優先關系:異步任務要掛起,先執行同步任務,同步任務執行完畢才會響應異步任務。

四、進階

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console.log( 'A' );
setTimeout( function () {
  console.log( 'B' );
}, 0);
while (1) {}

大家再猜一下這段程序輸出的結果會是什么?

答:A

注:建議先注釋掉while循環代碼塊的代碼,執行后強制刪除進程,不然會造成“假死”。

同步隊列輸出A之后,陷入while(true){}的死循環中,異步任務不會被執行。

類似的,有時addEventListener()方法監聽點擊事件click,用戶點了某個按鈕會卡死,就是因為當前JS正在處理同步隊列,無法將click觸發事件放入執行棧,不會執行,出現“假死”。

五、圖片插件定時獲取接口更新數據

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for ( var i = 0; i < 4; i++) {
  setTimeout( function () {
  console.log(i);
  }, 1000);
}

輸出結果為,隔1s后一起輸出:4 4 4 4

for循環是一個同步任務,為什么連續輸出四個4?

答:因為有隊列插入的時間,即使執行時間從1000改成0,還是輸出四個4。

那么這個問題是如何產生和解決的呢?請接着閱讀

異步隊列執行的時間

執行到異步任務的時候,會直接放到異步隊列中嗎?

答案是不一定的。

因為瀏覽器有個定時器(timer)模塊,定時器到了執行時間才會把異步任務放到異步隊列。
for循環體執行的過程中並沒有把setTimeout放到異步隊列中,只是交給定時器模塊了。4個循環體執行速度非常快(不到1毫秒)。定時器到了設置的時間才會把setTimeout語句放到異步隊列中。

即使setTimeout設置的執行時間為0毫秒,也按4毫秒算。

這就解釋了上題為什么會連續輸出四個4的原因。

HTML5 標准規定了setTimeout()的第二個參數的最小值,即最短間隔,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。

利用閉包實現 setTimeout 間歇調用

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for (let i = 0; i < 4; i++) {
  ( function (j) {
  setTimeout( function () {
   console.log(j);
  }, 1000 * i)
  })(i);
}

執行后,會隔1s輸出一個值,分別是:0 1 2 3

  • 此方法巧妙利用IIFE聲明即執行的函數表達式來解決閉包造成的問題。
  • 將var改為let,使用了ES6語法。

這里也可以用setInterval()方法來實現間歇調用。

詳見:setTimeout和setInterval的區別

彈出層插件利用JS中基本類型的參數傳遞是按值傳遞的特征實現

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var output = function (i) {
  setTimeout( function () {
  console.log(i);
 
  }, 1000 * i)
}
for (let i = 0; i < 4; i++) {
  output(i);
}

執行后,會隔1s輸出一個值,分別是:0 1 2 3

實現原理:傳過去的i值被復制了。

基於Promise的解決方案

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const tasks = [];
 
const output = (i) => new Promise((resolve) => {
  setTimeout(() => {
  console.log(i);
  resolve();
  }, 1000 * i);
 
});
 
//生成全部的異步操作
for ( var i = 0; i < 5; i++) {
  tasks.push(output(i));
}
//同步操作完成后,輸出最后的i
Promise.all(tasks).then(() => {
  setTimeout(() => {
  console.log(i);
  }, 1000)
})

執行后,會隔1s輸出一個值,分別是:0 1 2 3 4 5

優點:提高了代碼的可讀性。

注意:如果沒有處理Promise的reject,會導致錯誤被丟進黑洞。

使用ES7中的async await特性的解決方案(推薦)

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const sleep = (timeountMS) => new Promise((resolve) => {
  setTimeout(resolve, timeountMS);
});
 
(async () => { //聲明即執行的async
  for ( var i = 0; i < 5; i++) {
  await sleep(1000);
  console.log(i);
  }
 
  await sleep(1000);
  console.log(i);
 
})();

執行后,會隔1s輸出一個值,分別是:0 1 2 3 4 5

六、事件循環 Event Loop

主線程從任務隊列中讀取事件,這個過程是循環不斷的,所以整個的這種運行機制又稱為Event Loop。

有時候 setTimeout明明寫的延時3秒,實際卻5,6秒才執行函數,這又是因為什么?

答:setTimeout 並不能保證執行的時間,是否及時執行取決於 JavaScript 線程是擁擠還是空閑。

瀏覽器的JS引擎遇到setTimeout,拿走之后不會立即放入異步隊列,同步任務執行之后,timer模塊會到設置時間之后放到異步隊列中。js引擎發現同步隊列中沒有要執行的東西了,即運行棧空了就從異步隊列中讀取,然后放到運行棧中執行。所以setTimeout可能會多了等待線程的時間。

這時setTimeout函數體就變成了運行棧中的執行任務,運行棧空了,再監聽異步隊列中有沒有要執行的任務,如果有就繼續執行,如此循環,就叫Event Loop。

七、總結

JavaScript通過事件循環和瀏覽器各線程協調共同實現異步。同步可以保證順序一致,但是容易導致阻塞;異步可以解決阻塞問題,但是會改變順序性。


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