JavaScript Event Loop: إتقان أولوية قائمة المهام وجدولة المهام الصغيرة للمطورين العالميين

في عالم تطوير الويب وتطبيقات الخادم الديناميكي، يعد فهم كيفية تنفيذ JavaScript للتعليمات البرمجية أمرًا بالغ الأهمية. بالنسبة للمطورين في جميع أنحاء العالم، فإن الغوص العميق في حلقة أحداث JavaScript ليس مجرد مفيد، بل إنه ضروري لبناء تطبيقات عالية الأداء وسريعة الاستجابة ويمكن التنبؤ بها. ستزيل هذه المقالة الغموض عن حلقة الأحداث، مع التركيز على المفاهيم الحاسمة لأولوية قائمة المهام وجدولة المهام الصغيرة، وتقديم رؤى قابلة للتنفيذ لجمهور دولي متنوع.

الأساس: كيف تنفذ JavaScript التعليمات البرمجية

قبل الخوض في تعقيدات حلقة الأحداث، من الضروري فهم نموذج التنفيذ الأساسي لـ JavaScript. تقليديًا، JavaScript هي لغة ذات مؤشر ترابط واحد. هذا يعني أنه يمكنه فقط إجراء عملية واحدة في كل مرة. ومع ذلك، يكمن سحر JavaScript الحديثة في قدرتها على التعامل مع العمليات غير المتزامنة دون حظر مؤشر الترابط الرئيسي، مما يجعل التطبيقات تبدو سريعة الاستجابة للغاية.

يتم تحقيق ذلك من خلال مجموعة من:

• مكدس الاستدعاء: هذا هو المكان الذي تتم فيه إدارة استدعاءات الوظائف. عند استدعاء دالة، تتم إضافتها إلى أعلى المكدس. عند إرجاع دالة، تتم إزالتها من الأعلى. يحدث تنفيذ التعليمات البرمجية المتزامنة هنا.
• واجهات برمجة تطبيقات الويب (في المتصفحات) أو واجهات برمجة تطبيقات C++ (في Node.js): هذه هي الوظائف التي توفرها البيئة التي تعمل فيها JavaScript (على سبيل المثال، setTimeout، وأحداث DOM، و fetch). عند مواجهة عملية غير متزامنة، يتم تسليمها إلى واجهات برمجة التطبيقات هذه.
• قائمة ردود الاتصال (أو قائمة المهام): بمجرد اكتمال عملية غير متزامنة بدأتها واجهة برمجة تطبيقات الويب (على سبيل المثال، انتهاء صلاحية المؤقت، وانتهاء طلب الشبكة)، يتم وضع دالة رد الاتصال المرتبطة بها في قائمة ردود الاتصال.
• حلقة الأحداث: هذا هو المنسق. يراقب باستمرار مكدس الاستدعاء وقائمة ردود الاتصال. عندما يكون مكدس الاستدعاء فارغًا، فإنه يأخذ رد الاتصال الأول من قائمة ردود الاتصال ويدفعه إلى مكدس الاستدعاء للتنفيذ.

يشرح هذا النموذج الأساسي كيفية التعامل مع المهام غير المتزامنة البسيطة مثل setTimeout. ومع ذلك، فإن إدخال الوعود و async/await والميزات الحديثة الأخرى قد أدخل نظامًا أكثر دقة يتضمن مهامًا صغيرة.

تقديم المهام الصغيرة: أولوية أعلى

غالبًا ما يُشار إلى قائمة ردود الاتصال التقليدية باسم قائمة المهام الكبيرة أو ببساطة قائمة المهام. في المقابل، تمثل المهام الصغيرة قائمة منفصلة ذات أولوية أعلى من المهام الكبيرة. هذا التمييز ضروري لفهم الترتيب الدقيق لتنفيذ العمليات غير المتزامنة.

ما الذي يشكل مهمة صغيرة؟

• الوعود: يتم جدولة ردود الاتصال الخاصة بالوفاء بالوعود أو رفضها كمهام صغيرة. يتضمن ذلك ردود الاتصال التي تم تمريرها إلى .then() و .catch() و .finally().
• queueMicrotask(): دالة JavaScript أصلية مصممة خصيصًا لإضافة مهام إلى قائمة المهام الصغيرة.
• مراقبون الطفرة: تُستخدم هذه لمراقبة التغييرات في DOM وتشغيل ردود الاتصال بشكل غير متزامن.
• process.nextTick() (خاص بـ Node.js): على الرغم من أنها متشابهة في المفهوم، إلا أن process.nextTick() في Node.js لها أولوية أعلى وتعمل قبل أي ردود اتصال أو مؤقتات للإدخال/الإخراج، وتعمل بشكل فعال كمهام صغيرة ذات مستوى أعلى.

دورة حلقة الأحداث المحسنة

تصبح عملية حلقة الأحداث أكثر تعقيدًا مع إدخال قائمة المهام الصغيرة. إليك كيف تعمل الدورة المحسنة:

1. تنفيذ مكدس الاستدعاء الحالي: تضمن حلقة الأحداث أولاً أن يكون مكدس الاستدعاء فارغًا.
2. معالجة المهام الصغيرة: بمجرد أن يكون مكدس الاستدعاء فارغًا، تتحقق حلقة الأحداث من قائمة المهام الصغيرة. تقوم بتنفيذ جميع المهام الصغيرة الموجودة في القائمة، واحدة تلو الأخرى، حتى تصبح قائمة المهام الصغيرة فارغة. هذا هو الفرق الحاسم: تتم معالجة المهام الصغيرة على دفعات بعد كل مهمة كبيرة أو تنفيذ برنامج نصي.
3. تحديثات العرض (المتصفح): إذا كانت بيئة JavaScript متصفحًا، فقد تجري تحديثات العرض بعد معالجة المهام الصغيرة.
4. معالجة المهام الكبيرة: بعد مسح جميع المهام الصغيرة، تلتقط حلقة الأحداث المهمة الكبيرة التالية (على سبيل المثال، من قائمة ردود الاتصال، من قوائم انتظار المؤقت مثل setTimeout، من قوائم انتظار الإدخال/الإخراج) وتدفعها إلى مكدس الاستدعاء.
5. كرر: ثم تتكرر الدورة من الخطوة 1.

هذا يعني أن تنفيذ مهمة كبيرة واحدة يمكن أن يؤدي إلى تنفيذ العديد من المهام الصغيرة قبل النظر في المهمة الكبيرة التالية. يمكن أن يكون لهذا آثار كبيرة على الاستجابة المتصورة وترتيب التنفيذ.

فهم أولوية قائمة المهام: رؤية عملية

دعنا نوضح بأمثلة عملية ذات صلة بالمطورين في جميع أنحاء العالم، مع الأخذ في الاعتبار السيناريوهات المختلفة:

مثال 1: `setTimeout` مقابل `Promise`

ضع في اعتبارك مقتطف الشفرة التالي:

            console.log('Start');

setTimeout(function callback1() {
  console.log('Timeout Callback 1');
}, 0);

Promise.resolve().then(function promiseCallback1() {
  console.log('Promise Callback 1');
});

console.log('End');

            

              
                Copy
              
            
          

ما هو الناتج الذي تعتقد أنه سيكون؟ بالنسبة للمطورين في لندن أو نيويورك أو طوكيو أو سيدني، يجب أن يكون التوقع متسقًا:

1. console.log('Start'); يتم تنفيذه على الفور لأنه موجود في مكدس الاستدعاء.
2. تتم مواجهة setTimeout. يتم تعيين المؤقت على 0 مللي ثانية، ولكن الأهم من ذلك، يتم وضع دالة رد الاتصال الخاصة به في قائمة المهام الكبيرة بعد انتهاء صلاحية المؤقت (وهو فوري).
3. تتم مواجهة Promise.resolve().then(...). يتم حل الوعد على الفور، ويتم وضع دالة رد الاتصال الخاصة به في قائمة المهام الصغيرة.
4. console.log('End'); يتم تنفيذه على الفور.

الآن، مكدس الاستدعاء فارغ. تبدأ دورة حلقة الأحداث:

• يتحقق من قائمة المهام الصغيرة. يجد promiseCallback1 وينفذه.
• قائمة المهام الصغيرة فارغة الآن.
• يتحقق من قائمة المهام الكبيرة. يجد callback1 (من setTimeout) ويدفعه إلى مكدس الاستدعاء.
• يتم تنفيذ callback1، وتسجيل 'Timeout Callback 1'.

لذلك، سيكون الناتج:

            Start
End
Promise Callback 1
Timeout Callback 1

            

              
                Copy
              
            
          

يوضح هذا بوضوح أن المهام الصغيرة (الوعود) تتم معالجتها قبل المهام الكبيرة (setTimeout)، حتى لو كان لدى `setTimeout` تأخير قدره 0.

مثال 2: العمليات غير المتزامنة المتداخلة

دعنا نستكشف سيناريو أكثر تعقيدًا يتضمن عمليات متداخلة:

            console.log('Script Start');

setTimeout(() => {
  console.log('setTimeout 1');
  Promise.resolve().then(() => console.log('Promise 1.1'));
  setTimeout(() => console.log('setTimeout 1.1'), 0);
}, 0);

Promise.resolve().then(() => {
  console.log('Promise 1');
  setTimeout(() => console.log('setTimeout 2'), 0);
  Promise.resolve().then(() => console.log('Promise 1.2'));
});

console.log('Script End');

            

              
                Copy
              
            
          

دعنا نتتبع التنفيذ:

1. console.log('Script Start'); يسجل 'Script Start'.
2. تتم مواجهة setTimeout الأولى. يتم وضع رد الاتصال الخاص بها (دعنا نسميها `timeout1Callback`) في قائمة الانتظار كمهمة كبيرة.
3. تتم مواجهة Promise.resolve().then(...) الأولى. يتم وضع رد الاتصال الخاص بها (`promise1Callback`) في قائمة الانتظار كمهمة صغيرة.
4. console.log('Script End'); يسجل 'Script End'.

مكدس الاستدعاء فارغ الآن. تبدأ حلقة الأحداث:

معالجة قائمة المهام الصغيرة (الجولة 1):

• تجد حلقة الأحداث `promise1Callback` في قائمة المهام الصغيرة.
• يتم تنفيذ `promise1Callback`:
• تسجيل 'Promise 1'.
• يواجه setTimeout. يتم وضع رد الاتصال الخاص بها (`timeout2Callback`) في قائمة الانتظار كمهمة كبيرة.
• يواجه Promise.resolve().then(...) آخر. يتم وضع رد الاتصال الخاص بها (`promise1.2Callback`) في قائمة الانتظار كمهمة صغيرة.
• تحتوي قائمة المهام الصغيرة الآن على `promise1.2Callback`.
• تواصل حلقة الأحداث معالجة المهام الصغيرة. تجد `promise1.2Callback` وتنفذها.
• قائمة المهام الصغيرة فارغة الآن.

معالجة قائمة المهام الكبيرة (الجولة 1):

• تتحقق حلقة الأحداث من قائمة المهام الكبيرة. تجد `timeout1Callback`.
• يتم تنفيذ `timeout1Callback`:
• تسجيل 'setTimeout 1'.
• يواجه Promise.resolve().then(...). يتم وضع رد الاتصال الخاص بها (`promise1.1Callback`) في قائمة الانتظار كمهمة صغيرة.
• يواجه setTimeout آخر. يتم وضع رد الاتصال الخاص بها (`timeout1.1Callback`) في قائمة الانتظار كمهمة كبيرة.
• تحتوي قائمة المهام الصغيرة الآن على `promise1.1Callback`.

مكدس الاستدعاء فارغ مرة أخرى. تعيد حلقة الأحداث تشغيل دورتها.

معالجة قائمة المهام الصغيرة (الجولة 2):

• تجد حلقة الأحداث `promise1.1Callback` في قائمة المهام الصغيرة وتنفذها.
• قائمة المهام الصغيرة فارغة الآن.

معالجة قائمة المهام الكبيرة (الجولة 2):

• تتحقق حلقة الأحداث من قائمة المهام الكبيرة. تجد `timeout2Callback` (من setTimeout المتداخل الأول).
• يتم تنفيذ `timeout2Callback`، وتسجيل 'setTimeout 2'.
• تحتوي قائمة المهام الكبيرة الآن على `timeout1.1Callback`.

مكدس الاستدعاء فارغ مرة أخرى. تعيد حلقة الأحداث تشغيل دورتها.

معالجة قائمة المهام الصغيرة (الجولة 3):

• قائمة المهام الصغيرة فارغة.

معالجة قائمة المهام الكبيرة (الجولة 3):

• تجد حلقة الأحداث `timeout1.1Callback` وتنفذها، وتسجيل 'setTimeout 1.1'.

القوائم فارغة الآن. سيكون الناتج النهائي:

            Script Start
Script End
Promise 1
Promise 1.2
setTimeout 1
setTimeout 2
Promise 1.1
setTimeout 1.1

            

              
                Copy
              
            
          

يوضح هذا المثال كيف يمكن لمهمة كبيرة واحدة أن تؤدي إلى سلسلة من المهام الصغيرة، والتي تتم معالجتها جميعًا قبل أن تفكر حلقة الأحداث في المهمة الكبيرة التالية.

مثال 3: `requestAnimationFrame` مقابل `setTimeout`

في بيئات المتصفح، requestAnimationFrame هي آلية جدولة رائعة أخرى. وهي مصممة للرسوم المتحركة وعادة ما تتم معالجتها بعد المهام الكبيرة ولكن قبل تحديثات العرض الأخرى. تكون أولويتها أعلى بشكل عام من setTimeout(..., 0) ولكنها أقل من المهام الصغيرة.

ضع في اعتبارك:

            console.log('Start');

setTimeout(() => console.log('setTimeout'), 0);

requestAnimationFrame(() => console.log('requestAnimationFrame'));

Promise.resolve().then(() => console.log('Promise'));

console.log('End');

            

              
                Copy
              
            
          

الناتج المتوقع:

            Start
End
Promise
setTimeout
requestAnimationFrame

            

              
                Copy
              
            
          

إليك السبب:

1. يقوم تنفيذ البرنامج النصي بتسجيل 'Start' و 'End' ووضع مهمة كبيرة في قائمة الانتظار لـ setTimeout ووضع مهمة صغيرة في قائمة الانتظار للوعد.
2. تعالج حلقة الأحداث المهمة الصغيرة: يتم تسجيل 'Promise'.
3. ثم تعالج حلقة الأحداث المهمة الكبيرة: يتم تسجيل 'setTimeout'.
4. بعد التعامل مع المهام الكبيرة والصغيرة، تبدأ عملية عرض المتصفح. عادةً ما يتم تنفيذ ردود الاتصال requestAnimationFrame في هذه المرحلة، قبل رسم الإطار التالي. وبالتالي، يتم تسجيل 'requestAnimationFrame'.

هذا أمر بالغ الأهمية لأي مطور عالمي يقوم ببناء واجهات مستخدم تفاعلية، مما يضمن بقاء الرسوم المتحركة سلسة وسريعة الاستجابة.

رؤى قابلة للتنفيذ للمطورين العالميين

إن فهم آليات حلقة الأحداث ليس مجرد تمرين أكاديمي؛ بل له فوائد ملموسة لبناء تطبيقات قوية في جميع أنحاء العالم:

• أداء يمكن التنبؤ به: من خلال معرفة ترتيب التنفيذ، يمكنك توقع كيفية تصرف التعليمات البرمجية الخاصة بك، خاصة عند التعامل مع تفاعلات المستخدم أو طلبات الشبكة أو المؤقتات. يؤدي هذا إلى أداء تطبيق أكثر قابلية للتنبؤ به، بغض النظر عن الموقع الجغرافي للمستخدم أو سرعة الإنترنت.
• تجنب السلوك غير المتوقع: يمكن أن يؤدي سوء فهم أولوية المهام الصغيرة مقابل المهام الكبيرة إلى تأخيرات غير متوقعة أو تنفيذ خارج الترتيب، وهو ما قد يكون محبطًا بشكل خاص عند تصحيح الأنظمة الموزعة أو التطبيقات ذات تدفقات العمل غير المتزامنة المعقدة.
• تحسين تجربة المستخدم: بالنسبة للتطبيقات التي تخدم جمهورًا عالميًا، تعد الاستجابة أمرًا أساسيًا. من خلال الاستخدام الاستراتيجي للوعود و async/await (التي تعتمد على المهام الصغيرة) للتحديثات الحساسة للوقت، يمكنك التأكد من أن واجهة المستخدم تظل سلسة وتفاعلية، حتى عند حدوث عمليات في الخلفية. على سبيل المثال، تحديث جزء مهم من واجهة المستخدم فورًا بعد إجراء المستخدم، قبل معالجة مهام الخلفية الأقل أهمية.
• إدارة الموارد بكفاءة (Node.js): في بيئات Node.js، يعد فهم process.nextTick() وعلاقته بالمهام الصغيرة والكبيرة الأخرى أمرًا حيويًا للتعامل بكفاءة مع عمليات الإدخال/الإخراج غير المتزامنة، مما يضمن معالجة ردود الاتصال الهامة على الفور.
• تصحيح الأخطاء غير المتزامنة المعقدة: عند تصحيح الأخطاء، يمكن أن يساعد استخدام أدوات مطور المتصفح (مثل علامة التبويب "الأداء" في Chrome DevTools) أو أدوات تصحيح أخطاء Node.js في تمثيل نشاط حلقة الأحداث بصريًا، مما يساعدك على تحديد الاختناقات وفهم تدفق التنفيذ.

أفضل الممارسات للشفرة غير المتزامنة

• فضل الوعود و async/await لعمليات المتابعة الفورية: إذا كانت نتيجة العملية غير المتزامنة بحاجة إلى تشغيل عملية أو تحديث فوري آخر، فمن المفضل عمومًا استخدام الوعود أو async/await نظرًا لجدولة المهام الصغيرة الخاصة بها، مما يضمن تنفيذًا أسرع مقارنة بـ setTimeout(..., 0).
• استخدم setTimeout(..., 0) لإفساح المجال لحلقة الأحداث: في بعض الأحيان، قد ترغب في تأجيل مهمة إلى دورة المهام الكبيرة التالية. على سبيل المثال، للسماح للمتصفح بعرض التحديثات أو لتقسيم العمليات المتزامنة طويلة الأمد.
• انتبه إلى عدم التزامن المتداخل: كما هو موضح في الأمثلة، يمكن أن تجعل الاستدعاءات غير المتزامنة المتداخلة بعمق من الصعب التفكير في الشفرة. ضع في اعتبارك تسطيح منطقك غير المتزامن حيثما أمكن ذلك أو استخدام المكتبات التي تساعد في إدارة التدفقات غير المتزامنة المعقدة.
• فهم الاختلافات البيئية: على الرغم من أن المبادئ الأساسية لحلقة الأحداث متشابهة، إلا أن السلوكيات المحددة (مثل process.nextTick() في Node.js) يمكن أن تختلف. كن دائمًا على دراية بالبيئة التي تعمل فيها التعليمات البرمجية الخاصة بك.
• الاختبار في ظل ظروف مختلفة: بالنسبة للجمهور العالمي، اختبر استجابة تطبيقك في ظل ظروف الشبكة وقدرات الجهاز المختلفة لضمان تجربة متسقة.

الخلاصة

تعد حلقة أحداث JavaScript، بقوائم الانتظار المتميزة الخاصة بها للمهام الصغيرة والكبيرة، المحرك الصامت الذي يشغل الطبيعة غير المتزامنة لـ JavaScript. بالنسبة للمطورين في جميع أنحاء العالم، فإن الفهم الشامل لنظام الأولويات الخاص بها ليس مجرد مسألة فضول أكاديمي ولكنه ضرورة عملية لبناء تطبيقات عالية الجودة وسريعة الاستجابة وعالية الأداء. من خلال إتقان التفاعل بين مكدس الاستدعاء وقائمة المهام الصغيرة وقائمة المهام الكبيرة، يمكنك كتابة تعليمات برمجية أكثر قابلية للتنبؤ بها وتحسين تجربة المستخدم ومعالجة التحديات غير المتزامنة المعقدة بثقة في أي بيئة تطوير.

استمر في التجربة، واستمر في التعلم، ونتمنى لك ترميزًا سعيدًا!