JavaScript定时器与执行机制详细介绍

JS执行机制

浏览器(或者说JS引擎)执行JS的机制是基于事件循环。

由于JS是单线程,所以同一时间只能执行一个任务,其他任务就得排队,后续任务必须等到前一个任务结束才能开始执行。

为了避免因为某些长时间任务造成的无意义等待,JS引入了异步的概念,用另一个线程来管理异步任务。

同步任务直接在主线程队列中顺序执行,而异步任务会进入另一个任务队列,不会阻塞主线程。等到主线程队列空了(执行完了)的时候,就会去异步队列查询是否有可执行的异步任务了(异步任务通常进入异步队列之后还要等一些条件才能执行,如ajax请求、文件读写),如果某个异步任务可以执行了便加入主线程队列,以此循环。

JS定时器

JS的定时器目前有三个:setTimeoutsetIntervalsetImmediate

定时器也是一种异步任务,通常浏览器都有一个独立的定时器模块,定时器的延迟时间就由定时器模块来管理,当某个定时器到了可执行状态,就会被加入主线程队列。

JS定时器非常实用,做动画的肯定都用到过,也是最常用的异步模型之一。

有时候一些奇奇怪怪的问题,加一个setTimeout(fn, 0)(以下简写setTimeout(0))就解决了。不过,如果对定时器本身不熟悉,也会产生一些奇奇怪怪的问题。

setTimeout

setTimeout(fn, x)表示延迟x毫秒之后执行fn。

使用的时候千万不要太相信预期,延迟的时间严格来说总是大于x毫秒的,至于大多少就要看当时JS的执行情况了。

另外,多个定时器如不及时清除(clearTimeout),会存在干扰,使延迟时间更加捉摸不透。所以,不管定时器有没有执行完,及时清除已经不需要的定时器是个好习惯。

HTML5规范规定最小延迟时间不能小于4ms,即x如果小于4,会被当做4来处理。 不过不同浏览器的实现不一样,比如,Chrome可以设置1ms,IE11/Edge是4ms。

setTimeout注册的函数fn会交给浏览器的定时器模块来管理,延迟时间到了就将fn加入主进程执行队列,如果队列前面还有没有执行完的代码,则又需要花一点时间等待才能执行到fn,所以实际的延迟时间会比设置的长。如在fn之前正好有一个超级大循环,那延迟时间就不是一丁点了。

(function testSetTimeout() {
    const label = 'setTimeout';
    console.time(label);
    setTimeout(() => {
        console.timeEnd(label);
    }, 10);
    for(let i = 0; i < 100000000; i++) {}
})();

结果是:setTimeout: 335.187ms,远远不止10ms。

setInterval

setInterval的实现机制跟setTimeout类似,只不过setInterval是重复执行的。

对于setInterval(fn, 100)容易产生一个误区:并不是上一次fn执行完了之后再过100ms才开始执行下一次fn。 事实上,setInterval并不管上一次fn的执行结果,而是每隔100ms就将fn放入主线程队列,而两次fn之间具体间隔多久就不一定了,跟setTimeout实际延迟时间类似,和JS执行情况有关。

(function testSetInterval() {
    let i = 0;
    const start = Date.now();
    const timer = setInterval(() => {
        i += 1;
        i === 5 && clearInterval(timer);
        console.log(`第${i}次开始`, Date.now() - start);
        for(let i = 0; i < 100000000; i++) {}
        console.log(`第${i}次结束`, Date.now() - start);
    }, 100);
})();

输出

第1次开始 100
第1次结束 1089
第2次开始 1091
第2次结束 1396
第3次开始 1396
第3次结束 1701
第4次开始 1701
第4次结束 2004
第5次开始 2004
第5次结束 2307

可见,虽然每次fn执行时间都很长,但下一次并不是等上一次执行完了再过100ms才开始执行的,实际上早就已经等在队列里了。

另外可以看出,当setInterval的回调函数执行时间超过了延迟时间,已经完全看不出有时间间隔了。

如果setTimeout和setInterval都在延迟100ms之后执行,那么谁先注册谁就先执行回调函数。

setImmediate

这算一个比较新的定时器,目前IE11/Edge支持、Nodejs支持,Chrome不支持,其他浏览器未测试。

从API名字来看很容易联想到setTimeout(0),不过setImmediate应该算是setTimeout(0)的替代版。

在IE11/Edge中,setImmediate延迟可以在1ms以内,而setTimeout有最低4ms的延迟,所以setImmediate比setTimeout(0)更早执行回调函数。不过在Nodejs中,两者谁先执行都有可能,原因是Nodejs的事件循环和浏览器的略有差异。

(function testSetImmediate() {
    const label = 'setImmediate';
    console.time(label);

    setImmediate(() => {
        console.timeEnd(label);
    });
})();

Edge输出:setImmediate: 0.555 毫秒 很明显,setImmediate设计来是为保证让代码在下一次事件循环执行,以前setTimeout(0)这种不可靠的方式可以丢掉了。

其他常用异步模型

requestAnimationFrame

requestAnimationFrame并不是定时器,但和setTimeout很相似,在没有requestAnimationFrame的浏览器一般都是用setTimeout模拟。

requestAnimationFrame跟屏幕刷新同步,大多数屏幕的刷新频率都是60Hz,对应的requestAnimationFrame大概每隔16.7ms触发一次,如果屏幕刷新频率更高,requestAnimationFrame也会更快触发。基于这点,在支持requestAnimationFrame的浏览器还使用setTimeout做动画显然是不明智的。

在不支持requestAnimationFrame的浏览器,如果使用setTimeout/setInterval来做动画,最佳延迟时间也是16.7ms。 如果太小,很可能连续两次或者多次修改dom才一次屏幕刷新,这样就会丢帧,动画就会卡;如果太大,显而易见也会有卡顿的感觉。

有趣的是,第一次触发requestAnimationFrame的时机在不同浏览器也存在差异,Edge中,大概16.7ms之后触发,而Chrome则立即触发,跟setImmediate差不多。按理说Edge的实现似乎更符合常理。

(function testRequestAnimationFrame() {
    const label = 'requestAnimationFrame';
    console.time(label);

    requestAnimationFrame(() => {
        console.timeEnd(label);
    });
})();

Edge输出:requestAnimationFrame: 16.66 毫秒 Chrome输出:requestAnimationFrame: 0.698ms

但相邻两次requestAnimationFrame的时间间隔大概都是16.7ms,这一点是一致的。当然也不是绝对的,如果页面本身性能就比较低,相隔的时间可能会变大,这就意味着页面达不到60fps。

Promise

Promise是很常用的一种异步模型,如果我们想让代码在下一个事件循环执行,可以选择使用setTimeout(0)、setImmediate、requestAnimationFrame(Chrome)和Promise。

而且Promise的延迟比setImmediate更低,意味着Promise比setImmediate先执行。

function testSetImmediate() {
    const label = 'setImmediate';
    console.time(label);

    setImmediate(() => {
        console.timeEnd(label);
    });
}

function testPromise() {
    const label = 'Promise';
    console.time(label);
    new Promise((resolve, reject) => {
        resolve();
    }).then(() => {
        console.timeEnd(label);
    });
}

testSetImmediate();
testPromise();

Edge输出:Promise: 0.33 毫秒 setImmediate: 1.66 毫秒

尽管setImmediate的回调函数比Promise先注册,但还是Promise先执行。

可以肯定的是,在各JS环境中,Promise都是最先执行的,setTimeout(0)、setImmediate和requestAnimationFrame顺序不确定。

process.nextTick

process.nextTick是Nodejs的API,比Promise更早执行。

事实上,process.nextTick是不会进入异步队列的,而是直接在主线程队列尾强插一个任务,虽然不会阻塞主线程,但是会阻塞异步任务的执行,如果有嵌套的process.nextTick,那异步任务就永远没机会被执行到了。

使用的时候要格外小心,除非你的代码明确要在本次事件循环结束之前执行,否则使用setImmediate或者Promise更保险。

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