JavaScripti sündmuste tsükli lahtiharutamine: asünkroonse töötluse mootor

Dünaamilises veebiarenduse maailmas on JavaScript nurgakivitehnoloogia, mis toidab interaktiivseid kogemusi üle kogu maailma. Oma olemuselt töötab JavaScript ühelõimelisel mudelil, mis tähendab, et see suudab korraga täita ainult ühte ülesannet. See võib tunduda piiravana, eriti kui tegemist on operatsioonidega, mis võivad võtta märkimisväärselt aega, nagu andmete pärimine serverist või kasutaja sisendile reageerimine. Kuid JavaScripti sündmuste tsükli geniaalne disain võimaldab tal neid potentsiaalselt blokeerivaid ülesandeid asünkroonselt käsitleda, tagades, et teie rakendused jäävad kasutajatele üle maailma reageerivaks ja sujuvaks.

Mis on asünkroonne töötlus?

Enne kui süveneme sündmuste tsüklisse endasse, on oluline mõista asünkroonse töötluse kontseptsiooni. Sünkroonses mudelis täidetakse ülesandeid järjestikku. Programm ootab ühe ülesande lõpuleviimist, enne kui liigub järgmise juurde. Kujutage ette kokka, kes valmistab sööki: ta tükeldab köögiviljad, seejärel küpsetab need, siis paneb taldrikule, üks samm korraga. Kui tükeldamine võtab kaua aega, peavad küpsetamine ja taldrikule panek ootama.

Asünkroonne töötlus seevastu võimaldab ülesandeid algatada ja seejärel taustal käsitleda, ilma et see blokeeriks peamist täitmislõime. Mõelge uuesti meie kokale: samal ajal kui pearoog küpseb (potentsiaalselt pikk protsess), saab kokk hakata valmistama kõrvalsalatit. Pearoa küpsetamine ei takista salati valmistamise alustamist. See on eriti väärtuslik veebiarenduses, kus ülesanded nagu võrgupäringud (andmete pärimine API-dest), kasutaja interaktsioonid (nupuvajutused, kerimine) ja taimerid võivad põhjustada viivitusi.

Ilma asünkroonse töötluseta võib lihtne võrgupäring külmutada kogu kasutajaliidese, mis viib masendava kogemuseni kõigile, kes kasutavad teie veebisaiti või rakendust, olenemata nende geograafilisest asukohast.

JavaScripti sündmuste tsükli põhikomponendid

Sündmuste tsükkel ei ole osa JavaScripti mootorist endast (nagu V8 Chrome'is või SpiderMonkey Firefoxis). Selle asemel on see kontseptsioon, mida pakub käituskeskkond, kus JavaScripti koodi käivitatakse, näiteks veebibrauser või Node.js. See keskkond pakub vajalikke API-sid ja mehhanisme asünkroonsete operatsioonide hõlbustamiseks.

Vaatame lähemalt põhikomponente, mis töötavad koos, et muuta asünkroonne töötlus reaalsuseks:

1. Kutsungipinu (Call Stack)

Kutsungipinu (Call Stack), tuntud ka kui täitmispinu (Execution Stack), on koht, kus JavaScript hoiab arvet funktsioonikutsungite üle. Kui funktsioon välja kutsutakse, lisatakse see pinu tippu. Kui funktsioon lõpetab täitmise, eemaldatakse see pinust. JavaScript täidab funktsioone viimasena-sisse-esimesena-välja (LIFO) põhimõttel. Kui kutsungipinus olev operatsioon võtab kaua aega, blokeerib see tõhusalt kogu lõime ja ühtegi teist koodi ei saa käivitada enne, kui see operatsioon on lõpule viidud.

Vaatleme seda lihtsat näidet:

            function first() {
  console.log('Esimene funktsioon kutsutud');
  second();
}

function second() {
  console.log('Teine funktsioon kutsutud');
  third();
}

function third() {
  console.log('Kolmas funktsioon kutsutud');
}

first();

            

              
                Copy
              
            
          

Kui first() kutsutakse, lükatakse see pinu peale. Seejärel kutsub see second(), mis lükatakse first() peale. Lõpuks kutsub second() funktsiooni third(), mis lükatakse kõige peale. Kui iga funktsioon lõpetab, eemaldatakse see pinust, alustades third(), seejärel second() ja lõpuks first().

2. Veebi API-d / Brauseri API-d (brauseritele) ja C++ API-d (Node.js-ile)

Kuigi JavaScript ise on ühelõimeline, pakub brauser (või Node.js) võimsaid API-sid, mis suudavad taustal käsitleda pikalt kestvaid operatsioone. Need API-d on realiseeritud madalama taseme keeles, sageli C++-s, ja ei ole osa JavaScripti mootorist. Näited hõlmavad:

• setTimeout(): Käivitab funktsiooni pärast määratud viivitust.
• setInterval(): Käivitab funktsiooni korduvalt määratud intervalliga.
• fetch(): Võrgupäringute tegemiseks (nt andmete pärimine API-st).
• DOM sündmused: Nagu klõpsamine, kerimine, klaviatuuri sündmused.
• requestAnimationFrame(): Animatsioonide tõhusaks teostamiseks.

Kui kutsute välja ühe neist veebi API-dest (nt setTimeout()), võtab brauser ülesande üle. JavaScripti mootor ei oota selle lõpuleviimist. Selle asemel antakse API-ga seotud tagasikutse funktsioon üle brauseri sisemistele mehhanismidele. Kui operatsioon on lõpule viidud (nt taimer aegub või andmed on kätte saadud), paigutatakse tagasikutse funktsioon järjekorda.

3. Tagasikutsete järjekord (Callback Queue) (ka ülesannete järjekord või makroülesannete järjekord)

Tagasikutsete järjekord on andmestruktuur, mis hoiab tagasikutse funktsioone, mis on valmis käivitamiseks. Kui asünkroonne operatsioon (nagu setTimeout tagasikutse või DOM sündmus) lõpeb, lisatakse sellega seotud tagasikutse funktsioon selle järjekorra lõppu. Mõelge sellele kui ootejärjekorrale ülesannetele, mis on valmis JavaScripti pealõime poolt töötlemiseks.

Oluline on, et sündmuste tsükkel kontrollib tagasikutsete järjekorda ainult siis, kui kutsungipinu on täiesti tühi. See tagab, et käimasolevaid sünkroonseid operatsioone ei katkestata.

4. Mikroülesannete järjekord (Microtask Queue) (ka Job Queue)

Hiljuti JavaScripti lisatud mikroülesannete järjekord hoiab tagasikutseid operatsioonidele, millel on kõrgem prioriteet kui tagasikutsete järjekorras olevatel. Need on tavaliselt seotud lubadustega (Promises) ja async/await süntaksiga.

Mikroülesannete näited hõlmavad:

• Lubaduste (Promises) tagasikutsed (.then(), .catch(), .finally()).
• queueMicrotask().
• MutationObserver tagasikutsed.

Sündmuste tsükkel eelistab mikroülesannete järjekorda. Pärast iga ülesande lõpetamist kutsungipinus kontrollib sündmuste tsükkel mikroülesannete järjekorda ja täidab kõik saadaolevad mikroülesanded, enne kui liigub edasi järgmise ülesande juurde tagasikutsete järjekorrast või teostab renderdamist.

Kuidas sündmuste tsükkel asünkroonseid ülesandeid korraldab

Sündmuste tsükli peamine ülesanne on pidevalt jälgida kutsungipinu ja järjekordi, tagades, et ülesanded täidetakse õiges järjekorras ja rakendus jääb reageerivaks.

Siin on pidev tsükkel:

1. Käivita kood kutsungipinus: Sündmuste tsükkel alustab kontrollimisega, kas on olemas JavaScripti koodi, mida käivitada. Kui on, siis ta käivitab selle, lükates funktsioone kutsungipinu peale ja eemaldades neid sealt, kui need lõpetavad.
2. Kontrolli lõpetatud asünkroonseid operatsioone: JavaScripti koodi käitamise ajal võib see algatada asünkroonseid operatsioone veebi API-de abil (nt fetch, setTimeout). Kui need operatsioonid lõpevad, paigutatakse nende vastavad tagasikutse funktsioonid tagasikutsete järjekorda (makroülesannete jaoks) või mikroülesannete järjekorda (mikroülesannete jaoks).
3. Töötle mikroülesannete järjekorda: Kui kutsungipinu on tühi, kontrollib sündmuste tsükkel mikroülesannete järjekorda. Kui seal on mikroülesandeid, täidab ta neid ükshaaval, kuni mikroülesannete järjekord on tühi. See juhtub enne mis tahes makroülesannete töötlemist.
4. Töötle tagasikutsete järjekorda (makroülesannete järjekord): Pärast mikroülesannete järjekorra tühjendamist kontrollib sündmuste tsükkel tagasikutsete järjekorda. Kui seal on ülesandeid (makroülesandeid), võtab see esimese järjekorrast, lükkab selle kutsungipinu peale ja käivitab selle.
5. Renderdamine (brauserites): Pärast mikroülesannete ja ühe makroülesande töötlemist, kui brauser on renderdamise kontekstis (nt pärast skripti lõpetamist või kasutaja sisestust), võib see teostada renderdamise ülesandeid. Neid renderdamise ülesandeid võib samuti pidada makroülesanneteks ja need alluvad ka sündmuste tsükli ajastamisele.
6. Korda: Sündmuste tsükkel läheb seejärel tagasi 1. sammu juurde, kontrollides pidevalt kutsungipinu ja järjekordi.

See pidev tsükkel on see, mis võimaldab JavaScriptil käsitleda näiliselt samaaegseid operatsioone ilma tõelise mitmelõimelisuseta.

Illustreerivad näited

Illustreerime mõne praktilise näitega, mis toovad esile sündmuste tsükli käitumise.

Näide 1: setTimeout

            console.log('Start');

setTimeout(function callback() {
  console.log('Timeouti tagasikutse käivitatud');
}, 0);

console.log('End');

            

              
                Copy
              
            
          

Oodatav väljund:

            Start
End
Timeouti tagasikutse käivitatud

            

              
                Copy
              
            
          

Selgitus:

• console.log('Start'); käivitatakse kohe ning lükatakse kutsungipinu peale ja eemaldatakse sealt.
• setTimeout(...) kutsutakse välja. JavaScripti mootor edastab tagasikutse funktsiooni ja viivituse (0 millisekundit) brauseri veebi API-le. Veebi API käivitab taimeri.
• console.log('End'); käivitatakse kohe ning lükatakse kutsungipinu peale ja eemaldatakse sealt.
• Sellel hetkel on kutsungipinu tühi. Sündmuste tsükkel kontrollib järjekordi.
• setTimeout poolt seatud taimer, isegi 0-viivitusega, loetakse makroülesandeks. Kui taimer aegub, paigutatakse tagasikutse funktsioon function callback() {...} tagasikutsete järjekorda.
• Sündmuste tsükkel näeb, et kutsungipinu on tühi, ja kontrollib seejärel tagasikutsete järjekorda. See leiab tagasikutse, lükkab selle kutsungipinu peale ja käivitab selle.

Peamine järeldus siin on see, et isegi 0-millisekundiline viivitus не tähenda, et tagasikutse käivitatakse kohe. See on endiselt asünkroonne operatsioon ja see ootab, kuni praegune sünkroonne kood lõpeb ja kutsungipinu tühjeneb.

Näide 2: Lubadused (Promises) ja setTimeout

Kombineerime lubadused setTimeout'iga, et näha mikroülesannete järjekorra prioriteeti.

            console.log('Start');

setTimeout(function setTimeoutCallback() {
  console.log('setTimeout tagasikutse');
}, 0);

Promise.resolve().then(function promiseCallback() {
  console.log('Lubaduse tagasikutse');
});

console.log('End');

            

              
                Copy
              
            
          

Oodatav väljund:

            Start
End
Lubaduse tagasikutse
setTimeout tagasikutse

            

              
                Copy
              
            
          

Selgitus:

• 'Start' logitakse.
• setTimeout ajastab oma tagasikutse tagasikutsete järjekorda.
• Promise.resolve().then(...) loob lahendatud lubaduse (Promise) ja selle .then() tagasikutse ajastatakse mikroülesannete järjekorda.
• 'End' logitakse.
• Kutsungipinu on nüüd tühi. Sündmuste tsükkel kontrollib esmalt mikroülesannete järjekorda.
• See leiab promiseCallback'i, käivitab selle ja logib 'Lubaduse tagasikutse'. Mikroülesannete järjekord on nüüd tühi.
• Seejärel kontrollib sündmuste tsükkel tagasikutsete järjekorda. See leiab setTimeoutCallback'i, lükkab selle kutsungipinu peale ja käivitab selle, logides 'setTimeout tagasikutse'.

See näitab selgelt, et mikroülesandeid, nagu lubaduste tagasikutsed, töödeldakse enne makroülesandeid, nagu setTimeout tagasikutsed, isegi kui viimasel on viivitus 0.

Näide 3: Järjestikused asünkroonsed operatsioonid

Kujutage ette andmete pärimist kahest erinevast lõpp-punktist, kus teine päring sõltub esimesest.

            function fetchData(url) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    console.log(`Andmete pärimine: ${url}`);
    setTimeout(() => {
      // Simuleerime võrgu latentsust
      resolve(`Andmed aadressilt ${url}`);
    }, Math.random() * 1000 + 500); // Simuleerime 0.5s kuni 1.5s latentsust
  });
}

async function processData() {
  console.log('Andmetöötluse alustamine...');

  try {
    const data1 = await fetchData('/api/users');
    console.log('Vastu võetud:', data1);

    const data2 = await fetchData('/api/posts');
    console.log('Vastu võetud:', data2);

    console.log('Andmetöötlus lõpetatud!');
  } catch (error) {
    console.error('Viga andmete töötlemisel:', error);
  }
}

processData();
console.log('Andmetöötlus algatatud.');

            

              
                Copy
              
            
          

Potentsiaalne väljund (pärimise järjekord võib juhuslike ajalõppude tõttu veidi erineda):

            
Andmetöötluse alustamine...
Andmetöötlus algatatud.
Andmete pärimine: /api/users
// ... veidi viivitust ...
Vastu võetud: Andmed aadressilt /api/users
Andmete pärimine: /api/posts
// ... veidi viivitust ...
Vastu võetud: Andmed aadressilt /api/posts
Andmetöötlus lõpetatud!

            

              
                Copy
              
            
          

Selgitus:

• processData() kutsutakse välja ja 'Andmetöötluse alustamine...' logitakse.
• async funktsioon seab üles mikroülesande, et jätkata täitmist pärast esimest await'i.
• fetchData('/api/users') kutsutakse välja. See logib 'Andmete pärimine: /api/users' ja käivitab setTimeout'i veebi API-s.
• console.log('Andmetöötlus algatatud.'); käivitatakse. See on oluline: programm jätkab teiste ülesannete täitmist, samal ajal kui võrgupäringud on pooleli.
• processData() esialgne käivitamine lõpeb, lükates selle sisemise asünkroonse jätkamise (esimese await'i jaoks) mikroülesannete järjekorda.
• Kutsungipinu on nüüd tühi. Sündmuste tsükkel töötleb mikroülesannet processData()'st.
• Esimene await saabub. fetchData tagasikutse (esimesest setTimeout'ist) ajastatakse tagasikutsete järjekorda, kui taimer aegub.
• Sündmuste tsükkel kontrollib seejärel uuesti mikroülesannete järjekorda. Kui seal oleks teisi mikroülesandeid, käivitataks need. Kui mikroülesannete järjekord on tühi, kontrollib see tagasikutsete järjekorda.
• Kui esimene setTimeout fetchData('/api/users') jaoks lõpeb, paigutatakse selle tagasikutse tagasikutsete järjekorda. Sündmuste tsükkel võtab selle, käivitab selle, logib 'Vastu võetud: Andmed aadressilt /api/users' ja jätkab processData async funktsiooni, kohates teist await'i.
• See protsess kordub teise `fetchData` kutse puhul.

See näide toob esile, kuidas await peatab async funktsiooni täitmise, võimaldades teistel koodidel joosta, ja jätkab seda siis, kui oodatud lubadus laheneb. await märksõna, kasutades lubadusi ja mikroülesannete järjekorda, on võimas tööriist asünkroonse koodi haldamiseks loetavamal, järjestikulisel viisil.

Asünkroonse JavaScripti parimad praktikad

Sündmuste tsükli mõistmine annab teile võimaluse kirjutada tõhusamat ja ennustatavamat JavaScripti koodi. Siin on mõned parimad praktikad:

• Võtke omaks lubadused (Promises) ja async/await: Need kaasaegsed funktsioonid muudavad asünkroonse koodi palju puhtamaks ja lihtsamini mõistetavaks kui traditsioonilised tagasikutsed. Need integreeruvad sujuvalt mikroülesannete järjekorraga, pakkudes paremat kontrolli täitmise järjekorra üle.
• Olge teadlik "tagasikutsete põrgust" (Callback Hell): Kuigi tagasikutsed on fundamentaalsed, võivad sügavalt pesastatud tagasikutsed viia hallamatu koodini. Lubadused ja async/await on suurepärased vastumürgid.
• Mõistke järjekordade prioriteeti: Pidage meeles, et mikroülesandeid töödeldakse alati enne makroülesandeid. See on oluline lubaduste aheldamisel või queueMicrotask kasutamisel.
• Vältige pikalt kestvaid sünkroonseid operatsioone: Igasugune JavaScripti kood, mille täitmine kutsungipinus võtab märkimisväärselt aega, blokeerib sündmuste tsükli. Suunake rasked arvutused mujale või kaaluge Web Workerite kasutamist tõeliselt paralleelseks töötlemiseks, kui see on vajalik.
• Optimeerige võrgupäringuid: Kasutage fetch'i tõhusalt. Kaaluge tehnikaid nagu päringute ühendamine või vahemällu salvestamine, et vähendada võrgukutsete arvu.
• Käsitlege vigu sujuvalt: Kasutage try...catch plokke async/await'iga ja .catch()'i lubadustega, et hallata potentsiaalseid vigu asünkroonsete operatsioonide ajal.
• Kasutage animatsioonide jaoks requestAnimationFrame'i: Sujuvate visuaalsete uuenduste jaoks on requestAnimationFrame eelistatud setTimeout'i või setInterval'i ees, kuna see sünkroniseerub brauseri ümberjoonistamise tsükliga.

Globaalsed kaalutlused

JavaScripti sündmuste tsükli põhimõtted on universaalsed, kehtides kõigile arendajatele olenemata nende asukohast või lõppkasutajate asukohast. Siiski on olemas globaalseid kaalutlusi:

• Võrgu latentsus: Kasutajad erinevates maailma osades kogevad andmete pärimisel erinevat võrgu latentsust. Teie asünkroonne kood peab olema piisavalt robustne, et neid erinevusi sujuvalt käsitleda. See tähendab korralike ajalõppude, veakäsitluse ja potentsiaalselt varumehhanismide rakendamist.
• Seadme jõudlus: Vanemad või vähem võimsad seadmed, mis on levinud paljudel arenevatel turgudel, võivad omada aeglasemaid JavaScripti mootoreid ja vähem vaba mälu. Tõhus asünkroonne kood, mis ei raiska ressursse, on hea kasutajakogemuse jaoks kõikjal ülioluline.
• Ajavööndid: Kuigi sündmuste tsüklit ennast ajavööndid otseselt ei mõjuta, võib serveripoolsete operatsioonide ajastamine, millega teie JavaScript suhtleb, seda teha. Veenduge, et teie taustaprogrammi loogika käsitleb ajavööndite teisendusi õigesti, kui see on asjakohane.
• Juurdepääsetavus: Veenduge, et teie asünkroonsed operatsioonid ei mõjuta negatiivselt kasutajaid, kes toetuvad abitehnoloogiatele. Näiteks tagage, et asünkroonsetest operatsioonidest tingitud uuendustest teavitatakse ekraanilugejaid.

Kokkuvõte

JavaScripti sündmuste tsükkel on fundamentaalne kontseptsioon igale JavaScriptiga töötavale arendajale. See on laulmata kangelane, mis võimaldab meie veebirakendustel olla interaktiivsed, reageerivad ja jõudsad, isegi kui tegemist on potentsiaalselt aeganõudvate operatsioonidega. Mõistes kutsungipinu, veebi API-de ja tagasikutsete/mikroülesannete järjekordade koosmõju, saate võimu kirjutada robustsemat ja tõhusamat asünkroonset koodi.

Olenemata sellest, kas ehitate lihtsat interaktiivset komponenti või keerulist ühelehelist rakendust, on sündmuste tsükli valdamine võtmetähtsusega erakordse kasutajakogemuse pakkumisel globaalsele publikule. See on tunnistus elegantsest disainist, et ühelõimeline keel suudab saavutada nii keerukat samaaegsust.

Jätkates oma teekonda veebiarenduses, pidage sündmuste tsüklit meeles. See ei ole lihtsalt akadeemiline kontseptsioon; see on praktiline mootor, mis veab kaasaegset veebi.