JavaScript įvykių ciklo demistifikavimas: asinchroninio apdorojimo supratimas

JavaScript, žinomas dėl savo vienos gijos prigimties, vis tiek gali efektyviai valdyti konkurentiškumą dėka įvykių ciklo. Šis mechanizmas yra labai svarbus norint suprasti, kaip JavaScript valdo asinchronines operacijas, užtikrina jautrumą ir apsaugo nuo blokavimo tiek naršyklės, tiek Node.js aplinkose.

Kas yra JavaScript įvykių ciklas?

Įvykių ciklas yra konkurentiškumo modelis, leidžiantis JavaScript atlikti neblokuojančias operacijas, nepaisant to, kad yra vienos gijos. Jis nuolat stebi iškvietimų dėklą ir užduočių eilę (taip pat žinomą kaip atgalinių iškvietimų eilė) ir perkelia užduotis iš užduočių eilės į iškvietimų dėklą vykdymui. Tai sukuria lygiagretaus apdorojimo iliuziją, nes JavaScript gali inicijuoti kelias operacijas, nelaukdama, kol kiekviena iš jų bus baigta, prieš pradedant kitą.

Pagrindiniai komponentai:

• Iškvietimų dėklas (Call Stack): LIFO (paskutinis įėjo, pirmas išėjo) duomenų struktūra, kuri seka funkcijų vykdymą JavaScript. Kai funkcija iškviečiama, ji įdedama į iškvietimų dėklą. Kai funkcija baigia darbą, ji išimama.
• Užduočių eilė (Task Queue / Callback Queue): Atgalinių iškvietimų funkcijų eilė, laukiančių įvykdymo. Šie atgaliniai iškvietimai paprastai yra susiję su asinchroninėmis operacijomis, tokiomis kaip laikmačiai, tinklo užklausos ir vartotojo įvykiai.
• Web API (arba Node.js API): Tai yra API, kurias teikia naršyklė (kliento pusės JavaScript atveju) arba Node.js (serverio pusės JavaScript atveju), kurios tvarko asinchronines operacijas. Pavyzdžiai apima setTimeout, XMLHttpRequest (arba Fetch API) ir DOM įvykių klausytojus naršyklėje, bei failų sistemos operacijas ar tinklo užklausas Node.js.
• Įvykių ciklas (Event Loop): Pagrindinis komponentas, kuris nuolat tikrina, ar iškvietimų dėklas yra tuščias. Jei jis tuščias ir užduočių eilėje yra užduočių, įvykių ciklas perkelia pirmąją užduotį iš užduočių eilės į iškvietimų dėklą vykdymui.
• Mikroužduočių eilė (Microtask Queue): Eilė, skirta specialiai mikroužduotims, kurios turi aukštesnį prioritetą nei įprastos užduotys. Mikroužduotys paprastai yra susijusios su pažadais (Promises) ir MutationObserver.

Kaip veikia įvykių ciklas: žingsnis po žingsnio paaiškinimas

1. Kodo vykdymas: JavaScript pradeda vykdyti kodą, įdėdama funkcijas į iškvietimų dėklą, kai jos yra iškviečiamos.
2. Asinchroninė operacija: Kai susiduriama su asinchronine operacija (pvz., setTimeout, fetch), ji perduodama Web API (arba Node.js API).
3. Web API apdorojimas: Web API (arba Node.js API) tvarko asinchroninę operaciją fone. Tai neblokuoja JavaScript gijos.
4. Atgalinio iškvietimo įdėjimas: Kai asinchroninė operacija baigiasi, Web API (arba Node.js API) įdeda atitinkamą atgalinio iškvietimo funkciją į užduočių eilę.
5. Įvykių ciklo stebėjimas: Įvykių ciklas nuolat stebi iškvietimų dėklą ir užduočių eilę.
6. Iškvietimų dėklo tuštumo patikrinimas: Įvykių ciklas tikrina, ar iškvietimų dėklas yra tuščias.
7. Užduoties perkėlimas: Jei iškvietimų dėklas tuščias ir užduočių eilėje yra užduočių, įvykių ciklas perkelia pirmąją užduotį iš užduočių eilės į iškvietimų dėklą.
8. Atgalinio iškvietimo vykdymas: Atgalinio iškvietimo funkcija dabar yra vykdoma ir ji, savo ruožtu, gali įdėti daugiau funkcijų į iškvietimų dėklą.
9. Mikroužduoties vykdymas: Po to, kai užduotis (arba sinchroninių užduočių seka) baigiasi ir iškvietimų dėklas yra tuščias, įvykių ciklas patikrina mikroužduočių eilę. Jei yra mikroužduočių, jos vykdomos viena po kitos, kol mikroužduočių eilė ištuštėja. Tik tada įvykių ciklas pereis prie kitos užduoties iš užduočių eilės.
10. Pasikartojimas: Procesas nuolat kartojasi, užtikrinant, kad asinchroninės operacijos būtų tvarkomos efektyviai, neblokuojant pagrindinės gijos.

Praktiniai pavyzdžiai: įvykių ciklo veikimo iliustracija

1 pavyzdys: setTimeout

Šis pavyzdys parodo, kaip setTimeout naudoja įvykių ciklą, kad įvykdytų atgalinio iškvietimo funkciją po nurodyto delsimo.

            
console.log('Start');

setTimeout(() => {
 console.log('Timeout Callback');
}, 0);

console.log('End');

            

              
                Copy
              
            
          

Išvestis:

Start
End
Timeout Callback

Paaiškinimas:

1. console.log('Start') įvykdomas ir išspausdinamas nedelsiant.
2. setTimeout yra iškviečiamas. Atgalinio iškvietimo funkcija ir delsos laikas (0ms) yra perduodami Web API.
3. Web API fone paleidžia laikmatį.
4. console.log('End') įvykdomas ir išspausdinamas nedelsiant.
5. Pasibaigus laikmačiui (net jei delsos laikas yra 0ms), atgalinio iškvietimo funkcija įdedama į užduočių eilę.
6. Įvykių ciklas patikrina, ar iškvietimų dėklas tuščias. Jis tuščias, todėl atgalinio iškvietimo funkcija perkeliama iš užduočių eilės į iškvietimų dėklą.
7. Atgalinio iškvietimo funkcija console.log('Timeout Callback') įvykdoma ir išspausdinama.

2 pavyzdys: Fetch API (pažadai)

Šis pavyzdys parodo, kaip Fetch API naudoja pažadus ir mikroužduočių eilę asinchroninėms tinklo užklausoms tvarkyti.

            
console.log('Requesting data...');

fetch('https://jsonplaceholder.typicode.com/todos/1')
 .then(response => response.json())
 .then(data => console.log('Data received:', data))
 .catch(error => console.error('Error:', error));

console.log('Request sent!');

            

              
                Copy
              
            
          

(Darant prielaidą, kad užklausa sėkminga) Galima išvestis:

Requesting data...
Request sent!
Data received: { userId: 1, id: 1, title: 'delectus aut autem', completed: false }

Paaiškinimas:

1. console.log('Requesting data...') yra įvykdomas.
2. fetch yra iškviečiamas. Užklausa siunčiama į serverį (tvarkoma Web API).
3. console.log('Request sent!') yra įvykdomas.
4. Kai serveris atsako, then atgaliniai iškvietimai įdedami į mikroužduočių eilę (nes naudojami pažadai).
5. Kai dabartinė užduotis (sinchroninė scenarijaus dalis) baigiasi, įvykių ciklas patikrina mikroužduočių eilę.
6. Pirmasis then atgalinis iškvietimas (response => response.json()) yra įvykdomas, analizuojant JSON atsakymą.
7. Antrasis then atgalinis iškvietimas (data => console.log('Data received:', data)) yra įvykdomas, registruojant gautus duomenis.
8. Jei užklausos metu įvyksta klaida, vietoj to vykdomas catch atgalinis iškvietimas.

3 pavyzdys: Node.js failų sistema

Šis pavyzdys demonstruoja asinchroninį failų skaitymą Node.js aplinkoje.

            
const fs = require('fs');

console.log('Reading file...');

fs.readFile('example.txt', 'utf8', (err, data) => {
 if (err) {
 console.error('Error reading file:', err);
 return;
 }
 console.log('File content:', data);
});

console.log('File read operation initiated.');

            

              
                Copy
              
            
          

(Darant prielaidą, kad failas 'example.txt' egzistuoja ir jame yra 'Hello, world!') Galima išvestis:

Reading file...
File read operation initiated.
File content: Hello, world!

Paaiškinimas:

1. console.log('Reading file...') yra įvykdomas.
2. fs.readFile yra iškviečiamas. Failo skaitymo operacija perduodama Node.js API.
3. console.log('File read operation initiated.') yra įvykdomas.
4. Kai failo skaitymas baigtas, atgalinio iškvietimo funkcija įdedama į užduočių eilę.
5. Įvykių ciklas perkelia atgalinį iškvietimą iš užduočių eilės į iškvietimų dėklą.
6. Atgalinio iškvietimo funkcija ((err, data) => { ... }) yra įvykdoma, o failo turinys registruojamas konsolėje.

Mikroužduočių eilės supratimas

Mikroužduočių eilė yra kritinė įvykių ciklo dalis. Ji naudojama trumpalaikėms užduotims, kurios turėtų būti įvykdytos iškart po dabartinės užduoties pabaigos, bet prieš tai, kai įvykių ciklas paims kitą užduotį iš užduočių eilės. Pažadų ir MutationObserver atgaliniai iškvietimai paprastai dedami į mikroužduočių eilę.

Pagrindinės savybės:

• Aukštesnis prioritetas: Mikroužduotys turi aukštesnį prioritetą nei įprastos užduotys užduočių eilėje.
• Nedelsiamas vykdymas: Mikroužduotys vykdomos iškart po dabartinės užduoties ir prieš tai, kai įvykių ciklas apdoroja kitą užduotį iš užduočių eilės.
• Eilės išsėmimas: Įvykių ciklas tęs mikroužduočių vykdymą iš mikroužduočių eilės, kol eilė bus tuščia, prieš pereidamas prie užduočių eilės. Tai apsaugo nuo mikroužduočių „bado“ ir užtikrina, kad jos būtų tvarkomos greitai.

Pavyzdys: pažado išsprendimas (Promise Resolution)

            
console.log('Start');

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

console.log('End');

            

              
                Copy
              
            
          

Išvestis:

Start
End
Promise resolved

Paaiškinimas:

1. console.log('Start') yra įvykdomas.
2. Promise.resolve().then(...) sukuria išspręstą pažadą. then atgalinis iškvietimas įdedamas į mikroužduočių eilę.
3. console.log('End') yra įvykdomas.
4. Kai dabartinė užduotis (sinchroninė scenarijaus dalis) baigiasi, įvykių ciklas patikrina mikroužduočių eilę.
5. then atgalinis iškvietimas (console.log('Promise resolved')) yra įvykdomas, registruojant pranešimą konsolėje.

Async/Await: sintaksinis cukrus pažadams

async ir await raktažodžiai suteikia skaitomesnį ir sinchroniškai atrodantį būdą dirbti su pažadais. Iš esmės tai yra sintaksinis cukrus virš pažadų ir nekeičia pagrindinio įvykių ciklo elgesio.

Pavyzdys: naudojant Async/Await

            
async function fetchData() {
 console.log('Requesting data...');
 try {
 const response = await fetch('https://jsonplaceholder.typicode.com/todos/1');
 const data = await response.json();
 console.log('Data received:', data);
 } catch (error) {
 console.error('Error:', error);
 }
 console.log('Function completed');
}

fetchData();
console.log('Fetch Data function called');

            

              
                Copy
              
            
          

(Darant prielaidą, kad užklausa sėkminga) Galima išvestis:

Requesting data...
Fetch Data function called
Data received: { userId: 1, id: 1, title: 'delectus aut autem', completed: false }
Function completed

Paaiškinimas:

1. fetchData() yra iškviečiama.
2. console.log('Requesting data...') yra įvykdomas.
3. await fetch(...) sustabdo fetchData funkcijos vykdymą, kol fetch grąžintas pažadas bus išspręstas. Valdymas grąžinamas įvykių ciklui.
4. console.log('Fetch Data function called') yra įvykdomas.
5. Kai fetch pažadas išsprendžiamas, fetchData vykdymas atnaujinamas.
6. response.json() yra iškviečiamas, o await raktažodis vėl sustabdo vykdymą, kol bus baigtas JSON analizavimas.
7. console.log('Data received:', data) yra įvykdomas.
8. console.log('Function completed') yra įvykdomas.
9. Jei užklausos metu įvyksta klaida, vykdomas catch blokas.

Įvykių ciklas skirtingose aplinkose: naršyklė vs. Node.js

Įvykių ciklas yra pagrindinė koncepcija tiek naršyklės, tiek Node.js aplinkose, tačiau yra keletas esminių skirtumų jų įgyvendinime ir prieinamose API.

Naršyklės aplinka

• Web API: Naršyklė teikia Web API, tokias kaip setTimeout, XMLHttpRequest (arba Fetch API), DOM įvykių klausytojus (pvz., addEventListener) ir Web Workers.
• Vartotojo sąveikos: Įvykių ciklas yra labai svarbus tvarkant vartotojo sąveikas, tokias kaip paspaudimai, klavišų paspaudimai ir pelės judesiai, neblokuojant pagrindinės gijos.
• Atvaizdavimas (Rendering): Įvykių ciklas taip pat tvarko vartotojo sąsajos atvaizdavimą, užtikrindamas, kad naršyklė išliktų jautri.

Node.js aplinka

• Node.js API: Node.js teikia savo API rinkinį asinchroninėms operacijoms, tokioms kaip failų sistemos operacijos (fs.readFile), tinklo užklausos (naudojant modulius, tokius kaip http ar https) ir duomenų bazių sąveikos.
• I/O operacijos: Įvykių ciklas yra ypač svarbus tvarkant I/O (įvesties/išvesties) operacijas Node.js, nes šios operacijos gali užtrukti ir blokuoti, jei nėra tvarkomos asinchroniškai.
• Libuv: Node.js naudoja biblioteką, pavadintą libuv, kad valdytų įvykių ciklą ir asinchronines I/O operacijas.

Geriausios praktikos dirbant su įvykių ciklu

• Venkite blokuoti pagrindinę giją: Ilgai trunkančios sinchroninės operacijos gali blokuoti pagrindinę giją ir padaryti programą nereaguojančią. Kai tik įmanoma, naudokite asinchronines operacijas. Apsvarstykite galimybę naudoti Web Workers naršyklėse arba worker threads Node.js aplinkoje procesoriui imlioms užduotims.
• Optimizuokite atgalinio iškvietimo funkcijas: Laikykite atgalinio iškvietimo funkcijas trumpas ir efektyvias, kad sumažintumėte jų vykdymo laiką. Jei atgalinio iškvietimo funkcija atlieka sudėtingas operacijas, apsvarstykite galimybę ją suskaidyti į mažesnes, lengviau valdomas dalis.
• Tinkamai tvarkykite klaidas: Visada tvarkykite klaidas asinchroninėse operacijose, kad neapdorotos išimtys nesugadintų programos. Naudokite try...catch blokus arba pažadų catch tvarkykles, kad sėkmingai pagautumėte ir apdorotumėte klaidas.
• Naudokite pažadus ir Async/Await: Pažadai ir async/await suteikia struktūrizuotesnį ir skaitomesnį būdą dirbti su asinchroniniu kodu, palyginti su tradicinėmis atgalinio iškvietimo funkcijomis. Jie taip pat palengvina klaidų tvarkymą ir asinchroninio valdymo srauto valdymą.
• Būkite atidūs mikroužduočių eilei: Supraskite mikroužduočių eilės elgesį ir kaip jis veikia asinchroninių operacijų vykdymo tvarką. Venkite pridėti pernelyg ilgų ar sudėtingų mikroužduočių, nes jos gali atidėti įprastų užduočių vykdymą iš užduočių eilės.
• Apsvarstykite srautų (Streams) naudojimą: Dideliems failams ar duomenų srautams apdoroti naudokite srautus, kad išvengtumėte viso failo įkėlimo į atmintį vienu metu.

Dažniausios klaidos ir kaip jų išvengti

• Atgalinių iškvietimų pragaras (Callback Hell): Giliai įdėtos atgalinio iškvietimo funkcijos gali tapti sunkiai skaitomos ir prižiūrimos. Naudokite pažadus arba async/await, kad išvengtumėte atgalinių iškvietimų pragaro ir pagerintumėte kodo skaitomumą.
• Zalgo: Zalgo reiškia kodą, kuris gali būti vykdomas sinchroniškai arba asinchroniškai, priklausomai nuo įvesties. Šis nenuspėjamumas gali sukelti netikėtą elgesį ir sunkiai derinamas problemas. Užtikrinkite, kad asinchroninės operacijos visada būtų vykdomos asinchroniškai.
• Atminties nutekėjimai (Memory Leaks): Netyčinės nuorodos į kintamuosius ar objektus atgalinio iškvietimo funkcijose gali užkirsti kelią jų surinkimui šiukšlių rinkikliu, sukeliant atminties nutekėjimus. Būkite atsargūs su uždariniais (closures) ir venkite kurti nereikalingų nuorodų.
• Badas (Starvation): Jei mikroužduotys nuolat pridedamos į mikroužduočių eilę, tai gali užkirsti kelią užduočių iš užduočių eilės vykdymui, sukeliant „badą“. Venkite pernelyg ilgų ar sudėtingų mikroužduočių.
• Neapdoroti pažadų atmetimai (Unhandled Promise Rejections): Jei pažadas atmetamas ir nėra catch tvarkyklės, atmetimas liks neapdorotas. Tai gali sukelti netikėtą elgesį ir galimus strigimus. Visada tvarkykite pažadų atmetimus, net jei tai tik klaidos registravimas.

Tarptautinimo (i18n) aspektai

Kuriant programas, kurios tvarko asinchronines operacijas ir įvykių ciklą, svarbu atsižvelgti į tarptautinimą (i18n), siekiant užtikrinti, kad programa tinkamai veiktų vartotojams skirtinguose regionuose ir su skirtingomis kalbomis. Štai keletas aspektų:

• Datos ir laiko formatavimas: Naudokite tinkamą datos ir laiko formatavimą skirtingoms lokalėms, kai tvarkote asinchronines operacijas, susijusias su laikmačiais ar planavimu. Tokios bibliotekos kaip Intl.DateTimeFormat gali padėti. Pavyzdžiui, Japonijoje datos dažnai formatuojamos kaip YYYY/MM/DD, o JAV – MM/DD/YYYY.
• Skaičių formatavimas: Naudokite tinkamą skaičių formatavimą skirtingoms lokalėms, kai tvarkote asinchronines operacijas, susijusias su skaitiniais duomenimis. Tokios bibliotekos kaip Intl.NumberFormat gali padėti. Pavyzdžiui, tūkstančių skyriklis kai kuriose Europos šalyse yra taškas (.), o ne kablelis (,).
• Teksto kodavimas: Užtikrinkite, kad programa naudoja teisingą teksto kodavimą (pvz., UTF-8), kai tvarko asinchronines operacijas, susijusias su tekstiniais duomenimis, pavyzdžiui, skaitant ar rašant failus. Skirtingoms kalboms gali prireikti skirtingų simbolių rinkinių.
• Klaidų pranešimų lokalizavimas: Lokalizuokite klaidų pranešimus, kurie rodomi vartotojui dėl asinchroninių operacijų. Pateikite vertimus į skirtingas kalbas, kad vartotojai suprastų pranešimus savo gimtąja kalba.
• Iš dešinės į kairę (RTL) išdėstymas: Atsižvelkite į RTL išdėstymų poveikį programos vartotojo sąsajai, ypač tvarkant asinchroninius vartotojo sąsajos atnaujinimus. Užtikrinkite, kad išdėstymas teisingai prisitaikytų prie RTL kalbų.
• Laiko juostos: Jei jūsų programa tvarko planavimą ar rodo laikus skirtinguose regionuose, labai svarbu teisingai valdyti laiko juostas, kad išvengtumėte neatitikimų ir painiavos vartotojams. Bibliotekos, tokios kaip Moment Timezone (nors dabar palaikymo režime, reikėtų ieškoti alternatyvų), gali padėti valdyti laiko juostas.

Išvada

JavaScript įvykių ciklas yra asinchroninio programavimo JavaScript pagrindas. Supratimas, kaip jis veikia, yra būtinas norint rašyti efektyvias, jautrias ir neblokuojančias programas. Įvaldę iškvietimų dėklo, užduočių eilės, mikroužduočių eilės ir Web API koncepcijas, kūrėjai gali išnaudoti asinchroninio programavimo galią, kad sukurtų geresnes vartotojo patirtis tiek naršyklės, tiek Node.js aplinkose. Geriausių praktikų taikymas ir dažniausių klaidų vengimas padės sukurti tvirtesnį ir lengviau prižiūrimą kodą. Nuolatinis įvykių ciklo tyrinėjimas ir eksperimentavimas pagilins jūsų supratimą ir leis užtikrintai spręsti sudėtingus asinchroninius iššūkius.