حلقه رویداد جاوا اسکریپت: تسلط بر اولویت صف وظایف و زمان‌بندی میکروتسک‌ها برای توسعه‌دهندگان جهانی

در دنیای پویای توسعه وب و برنامه‌های سمت سرور، درک نحوه اجرای کد توسط جاوا اسکریپت امری حیاتی است. برای توسعه‌دهندگان در سراسر جهان، یک شیرجه عمیق به حلقه رویداد جاوا اسکریپت نه تنها مفید، بلکه برای ساخت برنامه‌های کارآمد، واکنش‌گرا و قابل پیش‌بینی ضروری است. این پست، حلقه رویداد را با تمرکز بر مفاهیم حیاتی اولویت صف وظایف و زمان‌بندی میکروتسک‌ها رمزگشایی کرده و بینش‌های عملی را برای مخاطبان متنوع بین‌المللی ارائه می‌دهد.

بنیاد: جاوا اسکریپت چگونه کد را اجرا می‌کند

قبل از اینکه به پیچیدگی‌های حلقه رویداد بپردازیم، درک مدل اجرایی بنیادی جاوا اسکریپت بسیار مهم است. به طور سنتی، جاوا اسکریپت یک زبان تک-رشته‌ای است. این به این معناست که در هر لحظه فقط می‌تواند یک عملیات را انجام دهد. با این حال، جادوی جاوا اسکریپت مدرن در توانایی آن برای مدیریت عملیات ناهمزمان بدون مسدود کردن رشته اصلی نهفته است، که باعث می‌شود برنامه‌ها بسیار واکنش‌گرا به نظر برسند.

این امر از طریق ترکیبی از موارد زیر حاصل می‌شود:

• پشته فراخوانی (The Call Stack): اینجاست که فراخوانی‌های توابع مدیریت می‌شوند. وقتی یک تابع فراخوانی می‌شود، به بالای پشته اضافه می‌شود. وقتی یک تابع بازمی‌گردد، از بالای پشته حذف می‌شود. اجرای کد همزمان در اینجا اتفاق می‌افتد.
• Web APIها (در مرورگرها) یا C++ APIها (در Node.js): این‌ها قابلیت‌هایی هستند که توسط محیطی که جاوا اسکریپت در آن اجرا می‌شود ارائه می‌شوند (مانند setTimeout، رویدادهای DOM، fetch). وقتی یک عملیات ناهمزمان با آن مواجه می‌شود، به این APIها واگذار می‌شود.
• صف بازخوانی (Callback Queue) (یا صف وظایف - Task Queue): هنگامی که یک عملیات ناهمزمان که توسط یک Web API آغاز شده تکمیل می‌شود (مثلاً یک تایمر منقضی می‌شود، یک درخواست شبکه به پایان می‌رسد)، تابع بازخوانی مرتبط با آن در صف بازخوانی قرار می‌گیرد.
• حلقه رویداد (The Event Loop): این همان ارکستراتور است. به طور مداوم پشته فراخوانی و صف بازخوانی را نظارت می‌کند. وقتی پشته فراخوانی خالی است، اولین بازخوانی را از صف بازخوانی برداشته و آن را برای اجرا به پشته فراخوانی منتقل می‌کند.

این مدل ساده توضیح می‌دهد که چگونه وظایف ناهمزمان ساده مانند setTimeout مدیریت می‌شوند. با این حال، معرفی Promiseها، async/await و سایر ویژگی‌های مدرن، یک سیستم ظریف‌تر شامل میکروتسک‌ها را معرفی کرده است.

معرفی میکروتسک‌ها: یک اولویت بالاتر

صف بازخوانی سنتی اغلب به عنوان صف ماکروتسک (Macrotask Queue) یا به سادگی صف وظایف (Task Queue) شناخته می‌شود. در مقابل، میکروتسک‌ها (Microtasks) یک صف جداگانه با اولویت بالاتر نسبت به ماکروتسک‌ها را نشان می‌دهند. این تمایز برای درک ترتیب دقیق اجرای عملیات ناهمزمان حیاتی است.

چه چیزی یک میکروتسک را تشکیل می‌دهد؟

• Promiseها: بازخوانی‌های موفقیت یا شکست Promiseها به عنوان میکروتسک زمان‌بندی می‌شوند. این شامل بازخوانی‌هایی است که به .then()، .catch() و .finally() منتقل می‌شوند.
• queueMicrotask(): یک تابع بومی جاوا اسکریپت که به طور خاص برای افزودن وظایف به صف میکروتسک طراحی شده است.
• Mutation Observerها: این‌ها برای مشاهده تغییرات در DOM و فعال کردن بازخوانی‌ها به صورت ناهمزمان استفاده می‌شوند.
• process.nextTick() (مخصوص Node.js): در حالی که از نظر مفهومی مشابه است، process.nextTick() در Node.js حتی اولویت بالاتری دارد و قبل از هر بازخوانی I/O یا تایمر اجرا می‌شود، و عملاً به عنوان یک میکروتسک با سطح بالاتر عمل می‌کند.

چرخه بهبود یافته حلقه رویداد

عملیات حلقه رویداد با معرفی صف میکروتسک پیچیده‌تر می‌شود. در اینجا نحوه کار چرخه بهبود یافته آمده است:

1. اجرای پشته فراخوانی فعلی: حلقه رویداد ابتدا اطمینان حاصل می‌کند که پشته فراخوانی خالی است.
2. پردازش میکروتسک‌ها: هنگامی که پشته فراخوانی خالی است، حلقه رویداد صف میکروتسک را بررسی می‌کند. این حلقه تمام میکروتسک‌های موجود در صف را، یک به یک، تا زمانی که صف میکروتسک خالی شود، اجرا می‌کند. این تفاوت حیاتی است: میکروتسک‌ها به صورت دسته‌ای پس از هر ماکروتسک یا اجرای اسکریپت پردازش می‌شوند.
3. به‌روزرسانی‌های رندر (مرورگر): اگر محیط جاوا اسکریپت یک مرورگر باشد، ممکن است پس از پردازش میکروتسک‌ها، به‌روزرسانی‌های رندر را انجام دهد.
4. پردازش ماکروتسک‌ها: پس از پاک شدن تمام میکروتسک‌ها، حلقه رویداد ماکروتسک بعدی را (مثلاً از صف بازخوانی، از صف‌های تایمر مانند setTimeout، از صف‌های I/O) انتخاب کرده و آن را به پشته فراخوانی منتقل می‌کند.
5. تکرار: سپس چرخه از مرحله ۱ تکرار می‌شود.

این به این معنی است که یک اجرای ماکروتسک می‌تواند به طور بالقوه منجر به اجرای تعداد زیادی میکروتسک قبل از در نظر گرفتن ماکروتسک بعدی شود. این می‌تواند پیامدهای قابل توجهی برای واکنش‌گرایی درک شده و ترتیب اجرا داشته باشد.

درک اولویت صف وظایف: یک دیدگاه عملی

بیایید با مثال‌های عملی مرتبط با توسعه‌دهندگان در سراسر جهان، با در نظر گرفتن سناریوهای مختلف، این موضوع را توضیح دهیم:

مثال ۱: `setTimeout` در مقابل `Promise`

قطعه کد زیر را در نظر بگیرید:

            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
              
            
          

فکر می‌کنید خروجی چه خواهد بود؟ برای توسعه‌دهندگان در لندن، نیویورک، توکیو یا سیدنی، انتظار باید یکسان باشد:

1. console.log('Start'); بلافاصله اجرا می‌شود زیرا در پشته فراخوانی قرار دارد.
2. با setTimeout مواجه می‌شویم. تایمر روی ۰ میلی‌ثانیه تنظیم می‌شود، اما نکته مهم این است که تابع بازخوانی آن پس از انقضای تایمر (که فوری است) در صف ماکروتسک قرار می‌گیرد.
3. با Promise.resolve().then(...) مواجه می‌شویم. Promise بلافاصله resolve می‌شود و تابع بازخوانی آن در صف میکروتسک قرار می‌گیرد.
4. console.log('End'); بلافاصله اجرا می‌شود.

اکنون، پشته فراخوانی خالی است. چرخه حلقه رویداد شروع می‌شود:

• صف میکروتسک را بررسی می‌کند. promiseCallback1 را پیدا کرده و آن را اجرا می‌کند.
• صف میکروتسک اکنون خالی است.
• صف ماکروتسک را بررسی می‌کند. callback1 (از setTimeout) را پیدا کرده و آن را به پشته فراخوانی منتقل می‌کند.
• callback1 اجرا می‌شود و 'Timeout Callback 1' را لاگ می‌کند.

بنابراین، خروجی خواهد بود:

            Start
End
Promise Callback 1
Timeout Callback 1

            

              
                Copy
              
            
          

این به وضوح نشان می‌دهد که میکروتسک‌ها (Promiseها) قبل از ماکروتسک‌ها (setTimeout) پردازش می‌شوند، حتی اگر setTimeout تأخیر ۰ داشته باشد.

مثال ۲: عملیات ناهمزمان تو در تو

بیایید یک سناریوی پیچیده‌تر شامل عملیات تو در تو را بررسی کنیم:

            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
              
            
          

بیایید اجرا را ردیابی کنیم:

1. console.log('Script Start'); عبارت 'Script Start' را لاگ می‌کند.
2. اولین setTimeout مواجه می‌شود. بازخوانی آن (بیایید آن را timeout1Callback بنامیم) به عنوان یک ماکروتسک در صف قرار می‌گیرد.
3. اولین Promise.resolve().then(...) مواجه می‌شود. بازخوانی آن (promise1Callback) به عنوان یک میکروتسک در صف قرار می‌گیرد.
4. console.log('Script End'); عبارت 'Script End' را لاگ می‌کند.

پشته فراخوانی اکنون خالی است. حلقه رویداد شروع می‌شود:

پردازش صف میکروتسک (دور ۱):

• حلقه رویداد promise1Callback را در صف میکروتسک پیدا می‌کند.
• promise1Callback اجرا می‌شود:
• 'Promise 1' را لاگ می‌کند.
• با یک setTimeout مواجه می‌شود. بازخوانی آن (timeout2Callback) به عنوان یک ماکروتسک در صف قرار می‌گیرد.
• با یک Promise.resolve().then(...) دیگر مواجه می‌شود. بازخوانی آن (promise1.2Callback) به عنوان یک میکروتسک در صف قرار می‌گیرد.
• صف میکروتسک اکنون حاوی promise1.2Callback است.
• حلقه رویداد به پردازش میکروتسک‌ها ادامه می‌دهد. promise1.2Callback را پیدا کرده و آن را اجرا می‌کند.
• صف میکروتسک اکنون خالی است.

پردازش صف ماکروتسک (دور ۱):

• حلقه رویداد صف ماکروتسک را بررسی می‌کند. timeout1Callback را پیدا می‌کند.
• timeout1Callback اجرا می‌شود:
• 'setTimeout 1' را لاگ می‌کند.
• با یک Promise.resolve().then(...) مواجه می‌شود. بازخوانی آن (promise1.1Callback) به عنوان یک میکروتسک در صف قرار می‌گیرد.
• با یک setTimeout دیگر مواجه می‌شود. بازخوانی آن (timeout1.1Callback) به عنوان یک ماکروتسک در صف قرار می‌گیرد.
• صف میکروتسک اکنون حاوی promise1.1Callback است.

پشته فراخوانی دوباره خالی است. حلقه رویداد چرخه خود را دوباره شروع می‌کند.

پردازش صف میکروتسک (دور ۲):

• حلقه رویداد promise1.1Callback را در صف میکروتسک پیدا کرده و آن را اجرا می‌کند.
• صف میکروتسک اکنون خالی است.

پردازش صف ماکروتسک (دور ۲):

• حلقه رویداد صف ماکروتسک را بررسی می‌کند. timeout2Callback (از setTimeout تو در توی اولین setTimeout) را پیدا می‌کند.
• timeout2Callback اجرا شده و 'setTimeout 2' را لاگ می‌کند.
• صف ماکروتسک اکنون حاوی timeout1.1Callback است.

پشته فراخوانی دوباره خالی است. حلقه رویداد چرخه خود را دوباره شروع می‌کند.

پردازش صف میکروتسک (دور ۳):

• صف میکروتسک خالی است.

پردازش صف ماکروتسک (دور ۳):

• حلقه رویداد timeout1.1Callback را پیدا کرده و آن را اجرا می‌کند، و 'setTimeout 1.1' را لاگ می‌کند.

صف‌ها اکنون خالی هستند. خروجی نهایی خواهد بود:

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

            

              
                Copy
              
            
          

این مثال نشان می‌دهد که چگونه یک ماکروتسک می‌تواند یک واکنش زنجیره‌ای از میکروتسک‌ها را آغاز کند، که همگی قبل از اینکه حلقه رویداد ماکروتسک بعدی را در نظر بگیرد، پردازش می‌شوند.

مثال ۳: `requestAnimationFrame` در مقابل `setTimeout`

در محیط‌های مرورگر، requestAnimationFrame یک مکانیزم زمان‌بندی جالب دیگر است. این برای انیمیشن‌ها طراحی شده و معمولاً پس از ماکروتسک‌ها اما قبل از سایر به‌روزرسانی‌های رندر پردازش می‌شود. اولویت آن به طور کلی بالاتر از setTimeout(..., 0) اما پایین‌تر از میکروتسک‌ها است.

در نظر بگیرید:

            console.log('Start');

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

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

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

console.log('End');

            

              
                Copy
              
            
          

خروجی مورد انتظار:

            Start
End
Promise
setTimeout
requestAnimationFrame

            

              
                Copy
              
            
          

دلیل آن این است:

1. اجرای اسکریپت 'Start' و 'End' را لاگ می‌کند، یک ماکروتسک برای setTimeout و یک میکروتسک برای Promise در صف قرار می‌دهد.
2. حلقه رویداد میکروتسک را پردازش می‌کند: 'Promise' لاگ می‌شود.
3. سپس حلقه رویداد ماکروتسک را پردازش می‌کند: 'setTimeout' لاگ می‌شود.
4. پس از اینکه ماکروتسک‌ها و میکروتسک‌ها مدیریت شدند، خط لوله رندر مرورگر وارد عمل می‌شود. بازخوانی‌های requestAnimationFrame معمولاً در این مرحله، قبل از نقاشی فریم بعدی، اجرا می‌شوند. از این رو، 'requestAnimationFrame' لاگ می‌شود.

این برای هر توسعه‌دهنده جهانی که رابط‌های کاربری تعاملی می‌سازد، برای اطمینان از روان و واکنش‌گرا ماندن انیمیشن‌ها، بسیار مهم است.

بینش‌های عملی برای توسعه‌دهندگان جهانی

درک مکانیک حلقه رویداد یک تمرین آکادمیک نیست؛ بلکه مزایای ملموسی برای ساخت برنامه‌های قوی در سراسر جهان دارد:

• عملکرد قابل پیش‌بینی: با دانستن ترتیب اجرا، می‌توانید رفتار کد خود را پیش‌بینی کنید، به ویژه هنگام برخورد با تعاملات کاربر، درخواست‌های شبکه یا تایمرها. این منجر به عملکرد قابل پیش‌بینی‌تر برنامه می‌شود، صرف نظر از موقعیت جغرافیایی کاربر یا سرعت اینترنت.
• اجتناب از رفتار غیرمنتظره: درک نادرست از اولویت میکروتسک در مقابل ماکروتسک می‌تواند به تأخیرهای غیرمنتظره یا اجرای خارج از ترتیب منجر شود، که می‌تواند به ویژه هنگام اشکال‌زدایی سیستم‌های توزیع شده یا برنامه‌هایی با جریان‌های کاری ناهمزمان پیچیده، خسته‌کننده باشد.
• بهینه‌سازی تجربه کاربری: برای برنامه‌هایی که به مخاطبان جهانی خدمات می‌دهند، واکنش‌گرایی کلیدی است. با استفاده استراتژیک از Promiseها و async/await (که به میکروتسک‌ها متکی هستند) برای به‌روزرسانی‌های حساس به زمان، می‌توانید اطمینان حاصل کنید که رابط کاربری روان و تعاملی باقی می‌ماند، حتی زمانی که عملیات پس‌زمینه در حال انجام است. به عنوان مثال، به‌روزرسانی یک بخش حیاتی از UI بلافاصله پس از یک عمل کاربر، قبل از پردازش وظایف پس‌زمینه کمتر حیاتی.
• مدیریت کارآمد منابع (Node.js): در محیط‌های Node.js، درک process.nextTick() و ارتباط آن با سایر میکروتسک‌ها و ماکروتسک‌ها برای مدیریت کارآمد عملیات I/O ناهمزمان حیاتی است، و اطمینان می‌دهد که بازخوانی‌های حیاتی به سرعت پردازش می‌شوند.
• اشکال‌زدایی ناهمزمانی پیچیده: هنگام اشکال‌زدایی، استفاده از ابزارهای توسعه‌دهنده مرورگر (مانند تب Performance در Chrome DevTools) یا ابزارهای اشکال‌زدایی Node.js می‌تواند فعالیت حلقه رویداد را به صورت بصری نمایش دهد و به شما در شناسایی تنگناها و درک جریان اجرا کمک کند.

بهترین شیوه‌ها برای کد ناهمزمان

• Promiseها و async/await را برای ادامه فوری ترجیح دهید: اگر نتیجه یک عملیات ناهمزمان نیاز به راه‌اندازی یک عملیات یا به‌روزرسانی فوری دیگر دارد، Promiseها یا async/await به دلیل زمان‌بندی میکروتسک خود، که اجرای سریع‌تری را در مقایسه با setTimeout(..., 0) تضمین می‌کند، عموماً ترجیح داده می‌شوند.
• از setTimeout(..., 0) برای واگذاری به حلقه رویداد استفاده کنید: گاهی اوقات، ممکن است بخواهید یک وظیفه را به چرخه ماکروتسک بعدی موکول کنید. به عنوان مثال، برای اجازه دادن به مرورگر برای رندر کردن به‌روزرسانی‌ها یا برای شکستن عملیات همزمان طولانی.
• مراقب ناهمزمانی تو در تو باشید: همانطور که در مثال‌ها دیده شد، فراخوانی‌های ناهمزمان عمیقاً تو در تو می‌توانند استدلال در مورد کد را دشوارتر کنند. در نظر بگیرید که منطق ناهمزمان خود را در صورت امکان مسطح کنید یا از کتابخانه‌هایی استفاده کنید که به مدیریت جریان‌های ناهمزمان پیچیده کمک می‌کنند.
• تفاوت‌های محیط را درک کنید: در حالی که اصول اصلی حلقه رویداد مشابه هستند، رفتارهای خاص (مانند process.nextTick() در Node.js) می‌توانند متفاوت باشند. همیشه از محیطی که کد شما در آن اجرا می‌شود آگاه باشید.
• تحت شرایط مختلف تست کنید: برای مخاطبان جهانی، واکنش‌گرایی برنامه خود را تحت شرایط مختلف شبکه و قابلیت‌های دستگاه تست کنید تا از تجربه یکنواخت اطمینان حاصل کنید.

نتیجه‌گیری

حلقه رویداد جاوا اسکریپت، با صف‌های متمایز خود برای میکروتسک‌ها و ماکروتسک‌ها، موتور خاموشی است که ماهیت ناهمزمان جاوا اسکریپت را قدرت می‌بخشد. برای توسعه‌دهندگان در سراسر جهان، درک کامل سیستم اولویت‌بندی آن صرفاً یک موضوع کنجکاوی آکادمیک نیست، بلکه یک ضرورت عملی برای ساخت برنامه‌های با کیفیت بالا، واکنش‌گرا و کارآمد است. با تسلط بر تعامل بین پشته فراخوانی، صف میکروتسک و صف ماکروتسک، می‌توانید کدی قابل پیش‌بینی‌تر بنویسید، تجربه کاربری را بهینه کنید و با اطمینان با چالش‌های پیچیده ناهمزمان در هر محیط توسعه‌ای مقابله کنید.

به آزمایش ادامه دهید، به یادگیری ادامه دهید، و کدنویسی شادی داشته باشید!