JavaScript的單線程性質以及定時器的工作原理

最近在寫JavaScript時遇到一些問題，就是當JavaScript多事件連續觸發，JavaScript的單線程引擎是如何控制的。找了一些資料，覺得很有用，在此分享一下。 

雖然不是原創，但是覺得此文章對JavaScript程式員非常有用。翻譯的不是十分精確，但希望對大家有用。

原文：John Resig   http://ejohn.org/blog/how-javascript-timers-work/

How JavaScript Timers Work

 

從基礎的層面來講，理解JavaScript的定時器是如何工作的是非常重要的。計時器的執行常常和我們的直觀想象不同，那是因為JavaScript引擎是單線程的。我們先來認識一下下面三個函數是如何控制計時器的。

• var id = setTimeout(fn, delay); - 初始化一個計時器，然後在指定的時間間隔後執行。該函數返回一個唯一的標誌ID（Number類型），我們可以使用它來取消計時器。
• var id = setInterval(fn, delay); - 和setTimeout有些類似，但它是連續調用一個函數（時間間隔是delay參數）直到它被取消。
• clearInterval(id);, clearTimeout(id); - 使用計時器ID（setTimeout 和 setInterval的傳回值）來取消計時器回調的發生

為了理解計時器的內在執行原理，有一個重要的概念需要加以探討：計時器的延遲(delay)是無法得到保障的。由於所有JavaScript代碼是在一個線程裡執行的，所有非同步事件（例如，滑鼠點擊和計時器）只有擁有執行機會時才會執行。用一個很好的圖表加以說明：

在這個圖表中有許多資訊需要理解，如果完全理解了它們，你會對JavaScript引擎如何?非同步事件有一個很好的認識。這是一個一維的表徵圖：垂直方向表示時間，藍色的區塊表示JavaScript代碼執行塊。例如第一個JavaScript代碼執行塊需要大約18ms，滑鼠點擊所觸發的代碼執行塊需要11ms，等等。

由於JavaScript引擎同一時間只執行一條代碼（這是由於JavaScript單線程的性質），所以每一個JavaScript代碼執行塊會 “阻塞”其它非同步事件的執行。這就意味著當一個非同步事件發生（例如，滑鼠點擊，計時器被觸發，或者Ajax非同步請求）後，這些事件的回呼函數將排在執行隊列的最後等待執行（實際上，排隊的方式根據瀏覽器的不同而不同，所以這裡只是一個簡化）；

從第一個JavaScript執行塊開始研究，在第一個執行塊中兩個計時器被初始化：一個10ms的setTimeout()和一個10ms的setInterval()。依據何時何地計時器被初始化(計時器初始化完畢後就會開始計時)，計時器實際上會在第一個代碼塊執行完畢前被觸發。但是，計時器上綁定的函數不會立即執行（不被立即執行的原因是JavaScript是單線程的）。實際上，被延遲的函數將依次排在執行隊列的最後，等待下一次恰當的時間再執行。

此外，在第一個JavaScript執行塊中我們看到了一個“滑鼠點擊”事件發生了。一個JavaScript回呼函數綁定在這個非同步事件上了（我們從來不知道使用者什麼時候執行這個（點擊）事件，因此認為它是非同步），這個函數不會被立即執行，和上面的計時器一樣，它將排在執行隊列的最後，等待下一次恰當的時候執行。

當第一個JavaScript執行塊執行完畢後，瀏覽器會立即問一個問題：哪個函數（語句）在等待被執行？在這時，一個“滑鼠點擊事件處理函數”和一個“計時器回呼函數”都在等待執行。瀏覽器會選擇一個（實際上選擇了“滑鼠點擊事件的處理函數”，因為由圖可知它是先進隊的）立即執行。而“計時器回呼函數”將等待下次適合的時間執行。

注意，當“滑鼠點擊事件處理函數”執行的時候，setInterval的回呼函數第一次被觸發了。和setTimeout的回呼函數一樣，它將排到執行隊列的最後等待執行。但是，一定要注意這一點：當setInterval回呼函數第二次被觸發時（此時setTimeout函數仍在執行）setTimeout的第一次觸發將被拋棄掉。當一個很長的代碼塊在執行時，可能把所有的setInterval回呼函數都排在執行隊列的後面，代碼塊執行完之後，結果便會是一大串的setInterval回呼函數等待執行，並且這些函數之間沒有間隔，直到全部完成。所以，瀏覽器傾向於的當沒有更多interval的處理函數在排隊時再將下一個處理函數排到隊尾(這是由於間隔的問題)。

我們能夠發現，當第三個setInterval回呼函數被觸發時，之前的setInterval回呼函數仍在執行。這就說明了一個很重要的事實：setInterval不會考慮當前正在執行什麼，而把所有的堵塞的函數排到隊列尾部。這意味著兩次setInterval回呼函數之間的時間間隔會被犧牲掉（縮減）。

最後，當第二個setInterval回呼函數執行完畢後，我們可以看到沒有任何程式等待JavaScript引擎執行了。這就意味著瀏覽器現在在等待一個新的非同步事件的發生。在50ms時一個新的setInterval回呼函數再次被觸發，這時，沒有任何的執行塊阻塞它的執行了。所以它會立刻被執行。

讓我們用一個例子來闡明setTimeout和setInterval之間的區別：

  setTimeout(function(){
    /* Some long block of code... */
    setTimeout(arguments.callee, 10);
  }, 10);
 
  setInterval(function(){
    /* Some long block of code... */
  }, 10); 

這兩句代碼乍一看沒什麼差別，但是它們是不同的。setTimeout回呼函數的執行和上一次執行之間的間隔至少有10ms（可能會更多，但不會少於10ms），而setInterval的回呼函數將嘗試每隔10ms執行一次，不論上次是否執行完畢。

在這裡我們學到了很多知識，總結一下：

• JavaScript引擎是單線程的，強制所有的非同步事件排隊等待執行
• setTimeout 和 setInterval 在執行非同步代碼的時候有著根本的不同
• 如果一個計時器被阻塞而不能立即執行，它將順延強制直到下一次可能執行的時間點才被執行（比期望的時間間隔要長些）
• 如果setInterval回呼函數的執行時間將足夠長（比指定的時間間隔長），它們將連續執行並且彼此之間沒有時間間隔。

上述這些知識點都是非常重要的。瞭解了JavaScript引擎是如何工作的，尤其是大量的非同步事件（連續）發生時，才能為構建進階應用程式程式打好基礎。