并发模型与事件循环
并发模型与事件循环
JavaScript 有一个基于事件循环的并发模型,事件循环负责执行代码、收集和处理事件以及执行队列中的子任务。这个模型与其他语言中的模型截然不同,比如 C 和 Java。
运行时概念
接下来的内容解释了这个理论模型。现代 JavaScript 引擎实现并着重优化了以下描述的这些语义。
可视化描述
栈
函数调用形成了一个由若干帧组成的栈。
JSCopy to Clipboard
function foo(b) {
let a = 10;
return a + b + 11;
}
function bar(x) {
let y = 3;
return foo(x * y);
}
console.log(bar(7)); // 返回 42
当调用 bar
时,第一个帧被创建并压入栈中,帧中包含了 bar
的参数和局部变量。当 bar
调用 foo
时,第二个帧被创建并被压入栈中,放在第一个帧之上,帧中包含 foo
的参数和局部变量。当 foo
执行完毕然后返回时,第二个帧就被弹出栈(剩下 bar
函数的调用帧)。当 bar
也执行完毕然后返回时,第一个帧也被弹出,栈就被清空了。
堆
对象被分配在堆中,堆是一个用来表示一大块(通常是非结构化的)内存区域的计算机术语。
队列
一个 JavaScript 运行时包含了一个待处理消息的消息队列。每一个消息都关联着一个用以处理这个消息的回调函数。
在 事件循环 期间的某个时刻,运行时会从最先进入队列的消息开始处理队列中的消息。被处理的消息会被移出队列,并作为输入参数来调用与之关联的函数。正如前面所提到的,调用一个函数总是会为其创造一个新的栈帧。
函数的处理会一直进行到执行栈再次为空为止;然后事件循环将会处理队列中的下一个消息(如果还有的话)。
事件循环
之所以称之为 事件循环,是因为它经常按照类似如下的方式来被实现:
JSCopy to Clipboard
while (queue.waitForMessage()) {
queue.processNextMessage();
}
queue.waitForMessage()
会同步地等待消息到达 (如果当前没有任何消息等待被处理)。
"执行至完成"
每一个消息完整地执行后,其他消息才会被执行。这为程序的分析提供了一些优秀的特性,包括:当一个函数执行时,它不会被抢占,只有在它运行完毕之后才会去运行任何其他的代码,才能修改这个函数操作的数据。这与 C 语言不同,例如,如果函数在线程中运行,它可能在任何位置被终止,然后在另一个线程中运行其他代码。
这个模型的一个缺点在于当一个消息需要太长时间才能处理完毕时,Web 应用程序就无法处理与用户的交互,例如点击或滚动。为了缓解这个问题,浏览器一般会弹出一个“这个脚本运行时间过长”的对话框。一个良好的习惯是缩短单个消息处理时间,并在可能的情况下将一个消息裁剪成多个消息。
添加消息
在浏览器里,每当一个事件发生并且有一个事件监听器绑定在该事件上时,一个消息就会被添加进消息队列。如果没有事件监听器,这个事件将会丢失。所以当一个带有点击事件处理器的元素被点击时,就会像其他事件一样产生一个类似的消息。
函数 setTimeout
接受两个参数:待加入队列的消息和一个时间值(可选,默认为 0)。这个时间值代表了消息被实际加入到队列的最小延迟时间。如果队列中没有其他消息并且栈为空,在这段延迟时间过去之后,消息会被马上处理。但是,如果有其他消息,setTimeout
消息必须等待其他消息处理完。因此第二个参数仅仅表示最少延迟时间,而非确切的等待时间。
下面的例子演示了这个概念(setTimeout
并不会在计时器到期之后直接执行):
JSCopy to Clipboard
const s = new Date().getSeconds();
setTimeout(function () {
// 输出 "2",表示回调函数并没有在 500 毫秒之后立即执行
console.log("Ran after " + (new Date().getSeconds() - s) + " seconds");
}, 500);
while (true) {
if (new Date().getSeconds() - s >= 2) {
console.log("Good, looped for 2 seconds");
break;
}
}
零延迟
零延迟并不意味着回调会立即执行。以 0 为第二参数调用 setTimeout
并不表示在 0 毫秒后就立即调用回调函数。
其等待的时间取决于队列里待处理的消息数量。在下面的例子中,"这是一条消息"
将会在回调获得处理之前输出到控制台,这是因为延迟参数是运行时处理请求所需的最小等待时间,但并不保证是准确的等待时间。
基本上,setTimeout
需要等待当前队列中所有的消息都处理完毕之后才能执行,即使已经超出了由第二参数所指定的时间。
JSCopy to Clipboard
(function () {
console.log("这是开始");
setTimeout(function cb() {
console.log("这是来自第一个回调的消息");
});
console.log("这是一条消息");
setTimeout(function cb1() {
console.log("这是来自第二个回调的消息");
}, 0);
console.log("这是结束");
})();
// "这是开始"
// "这是一条消息"
// "这是结束"
// "这是来自第一个回调的消息"
// "这是来自第二个回调的消息"
多个运行时互相通信
一个 web worker 或者一个跨域的 iframe
都有自己的栈、堆和消息队列。两个不同的运行时只能通过 postMessage
方法进行通信。如果另一个运行时侦听 message
事件,则此方法会向该运行时添加消息。
永不阻塞
JavaScript 的事件循环模型与许多其他语言不同的一个非常有趣的特性是,它永不阻塞。处理 I/O 通常通过事件和回调来执行,所以当一个应用正等待一个 IndexedDB 查询返回或者一个 XHR 请求返回时,它仍然可以处理其他事情,比如用户输入。
由于历史原因有一些例外,如 alert
或者同步 XHR,但应该尽量避免使用它们。注意,例外的例外也是存在的(但通常是实现错误而非其他原因)。