JavaScript Įvykių Kilpos Iššifravimas: Užduočių Eilės ir Mikroužduočių Valdymo Supratimas

JavaScript, nepaisant to, kad yra vienagijė kalba, sugeba efektyviai valdyti lygiagretumą ir asinchronines operacijas. Tai įmanoma dėl išradingos Įvykių Kilpos. Suprasti, kaip ji veikia, yra labai svarbu bet kuriam JavaScript kūrėjui, siekiančiam rašyti našias ir reaguojančias programas. Šiame išsamiame vadove bus nagrinėjami Įvykių Kilpos subtilybės, daugiausia dėmesio skiriant Užduočių Eilei (dar žinomai kaip Atgalinio Iškėlimo Eilė) ir Mikroužduočių Eilei.

Kas yra JavaScript Įvykių Kilpa?

Įvykių Kilpa yra nuolat veikiantis procesas, kuris stebi iškvietimų steką ir užduočių eilę. Pagrindinė jos funkcija yra patikrinti, ar iškvietimų stekas yra tuščias. Jei taip, Įvykių Kilpa paima pirmąją užduotį iš užduočių eilės ir įkelia ją į iškvietimų steką, kad būtų įvykdyta. Šis procesas kartojasi be galo, leidžiant JavaScript vienu metu atlikti kelias operacijas.

Pagalvokite apie tai kaip apie stropų darbuotoją, nuolat tikrinantį du dalykus: "Ar aš šiuo metu dirbu su kažkuo (iškvietimų stekas)?" ir "Ar yra kažkas, kas laukia, kol aš atliksiu (užduočių eilė)?" Jei darbuotojas nedirba (iškvietimų stekas tuščias) ir yra laukiančių užduočių (užduočių eilė nėra tuščia), darbuotojas paima kitą užduotį ir pradeda ją vykdyti.

Iš esmės, Įvykių Kilpa yra variklis, leidžiantis JavaScript atlikti neblokuojančias operacijas. Be jos, JavaScript būtų apribota nuosekliu kodo vykdymu, o tai lemtų prastą vartotojo patirtį, ypač žiniatinklio naršyklėse ir Node.js aplinkose, kurios tvarko įvesties/išvesties operacijas, vartotojo sąveikas ir kitus asinchroninius įvykius.

Iškvietimų Stekas: Kur Vykdomas Kodas

Iškvietimų Stekas yra duomenų struktūra, kuri vadovaujasi Principu Paskutinis Įeina, Pirmas Išeina (LIFO). Tai vieta, kur iš tikrųjų vykdomas JavaScript kodas. Kai funkcija yra iškviečiama, ji įkeliama į Iškvietimų Steką. Kai funkcija baigia savo vykdymą, ji išimama iš steko.

Apsvarstykite šį paprastą pavyzdį:

function firstFunction() {
  console.log('Pirmoji funkcija');
  secondFunction();
}

function secondFunction() {
  console.log('Antroji funkcija');
}

firstFunction();

Štai kaip Iškvietimų Stekas atrodytų vykdymo metu:

1. Iš pradžių Iškvietimų Stekas yra tuščias.
2. firstFunction() yra iškviečiama ir įkeliama į steką.
3. firstFunction() viduje vykdomas console.log('Pirmoji funkcija').
4. secondFunction() yra iškviečiama ir įkeliama į steką (ant firstFunction() viršaus).
5. secondFunction() viduje vykdomas console.log('Antroji funkcija').
6. secondFunction() baigia ir yra išimama iš steko.
7. firstFunction() baigia ir yra išimama iš steko.
8. Iškvietimų Stekas dabar vėl yra tuščias.

Jei funkcija iškviečia save rekursyviai be tinkamos išėjimo sąlygos, tai gali sukelti Steko Persipildymo klaidą, kai Iškvietimų Stekas viršija savo maksimalų dydį, dėl ko programa sugenda.

Užduočių Eilė (Atgalinio Iškėlimo Eilė): Asinchroninių Operacijų Tvarkymas

Užduočių Eilė (dar žinoma kaip Atgalinio Iškėlimo Eilė arba Macrotask Eilė) yra užduočių eilė, laukianti, kol ją apdoros Įvykių Kilpa. Ji naudojama asinchroninėms operacijoms tvarkyti, tokioms kaip:

• setTimeout ir setInterval atgalinio iškvietimo funkcijos
• Įvykių klausytojai (pvz., paspaudimo įvykiai, klavišo paspaudimo įvykiai)
• XMLHttpRequest (XHR) ir fetch atgalinio iškvietimo funkcijos (tinklo užklausoms)
• Vartotojo sąveikos įvykiai

Kai asinchroninė operacija baigiama, jos atgalinio iškvietimo funkcija patalpinama į Užduočių Eilę. Tada Įvykių Kilpa paima šias atgalinio iškvietimo funkcijas po vieną ir vykdo jas Iškvietimų Steke, kai jis yra tuščias.

Pailiustruokime tai su setTimeout pavyzdžiu:

console.log('Pradžia');

setTimeout(() => {
  console.log('Timeout atgalinio iškvietimo funkcija');
}, 0);

console.log('Pabaiga');

Galite tikėtis, kad išvestis bus:

Pradžia
Timeout atgalinio iškvietimo funkcija
Pabaiga

Tačiau tikroji išvestis yra:

Pradžia
Pabaiga
Timeout atgalinio iškvietimo funkcija

Štai kodėl:

1. console.log('Pradžia') yra vykdoma ir įrašo "Pradžia".
2. setTimeout(() => { ... }, 0) yra iškviečiama. Net jei delsa yra 0 milisekundžių, atgalinio iškvietimo funkcija nėra vykdoma iš karto. Vietoj to, ji patalpinama į Užduočių Eilę.
3. console.log('Pabaiga') yra vykdoma ir įrašo "Pabaiga".
4. Iškvietimų Stekas dabar yra tuščias. Įvykių Kilpa patikrina Užduočių Eilę.
5. Atgalinio iškvietimo funkcija iš setTimeout yra perkeliama iš Užduočių Eilės į Iškvietimų Steką ir vykdoma, įrašant "Timeout atgalinio iškvietimo funkcija".

Tai parodo, kad net ir su 0 ms delsa, setTimeout atgalinio iškvietimo funkcijos visada vykdomos asinchroniškai, po to, kai dabartinis sinchroninis kodas baigė veikti.

Mikroužduočių Eilė: Didesnis Prioritetas Nei Užduočių Eilė

Mikroužduočių Eilė yra kita eilė, valdoma Įvykių Kilpos. Ji skirta užduotims, kurios turėtų būti vykdomos kuo greičiau po to, kai dabartinė užduotis baigiama, bet prieš tai, kai Įvykių Kilpa iš naujo atvaizduoja arba tvarko kitus įvykius. Pagalvokite apie tai kaip apie didesnio prioriteto eilę, palyginti su Užduočių Eile.

Dažni mikroužduočių šaltiniai yra:

• Pažadai: Pažadų .then(), .catch() ir .finally() atgalinio iškvietimo funkcijos pridedamos prie Mikroužduočių Eilės.
• MutationObserver: Naudojamas DOM (Document Object Model) pokyčiams stebėti. Mutation observer atgalinio iškvietimo funkcijos taip pat pridedamos prie Mikroužduočių Eilės.
• process.nextTick() (Node.js): Suplanuoja atgalinio iškvietimo funkciją, kuri bus vykdoma po to, kai dabartinė operacija bus baigta, bet prieš tai, kai Įvykių Kilpa tęsis. Nors ji yra galinga, per didelis jos naudojimas gali sukelti įvesties/išvesties badavimą.
• queueMicrotask() (Santykinai naujas naršyklės API): Standartizuotas būdas įtraukti mikroužduotį į eilę.

Pagrindinis skirtumas tarp Užduočių Eilės ir Mikroužduočių Eilės yra tas, kad Įvykių Kilpa apdoroja visas galimas mikroužduotis Mikroužduočių Eilėje prieš paimdama kitą užduotį iš Užduočių Eilės. Tai užtikrina, kad mikroužduotys būtų vykdomos nedelsiant po kiekvienos užduoties pabaigos, sumažinant galimus vėlavimus ir gerinant reaktyvumą.

Apsvarstykite šį pavyzdį, apimantį Pažadus ir setTimeout:

console.log('Pradžia');

Promise.resolve().then(() => {
  console.log('Pažado atgalinio iškvietimo funkcija');
});

setTimeout(() => {
  console.log('Timeout atgalinio iškvietimo funkcija');
}, 0);

console.log('Pabaiga');

Išvestis bus:

Pradžia
Pabaiga
Pažado atgalinio iškvietimo funkcija
Timeout atgalinio iškvietimo funkcija

Štai suskirstymas:

1. console.log('Pradžia') yra vykdoma.
2. Promise.resolve().then(() => { ... }) sukuria išspręstą Pažadą. .then() atgalinio iškvietimo funkcija pridedama prie Mikroužduočių Eilės.
3. setTimeout(() => { ... }, 0) prideda savo atgalinio iškvietimo funkciją prie Užduočių Eilės.
4. console.log('Pabaiga') yra vykdoma.
5. Iškvietimų Stekas yra tuščias. Įvykių Kilpa pirmiausia patikrina Mikroužduočių Eilę.
6. Pažado atgalinio iškvietimo funkcija perkeliama iš Mikroužduočių Eilės į Iškvietimų Steką ir vykdoma, įrašant "Pažado atgalinio iškvietimo funkcija".
7. Mikroužduočių Eilė dabar yra tuščia. Tada Įvykių Kilpa patikrina Užduočių Eilę.
8. setTimeout atgalinio iškvietimo funkcija perkeliama iš Užduočių Eilės į Iškvietimų Steką ir vykdoma, įrašant "Timeout atgalinio iškvietimo funkcija".

Šis pavyzdys aiškiai parodo, kad mikroužduotys (Pažadų atgalinio iškvietimo funkcijos) yra vykdomos prieš užduotis (setTimeout atgalinio iškvietimo funkcijas), net kai setTimeout delsa yra 0.

Prioriteto Svarba: Mikroužduotys prieš Užduotis

Mikroužduočių prioritetas prieš užduotis yra labai svarbus norint išlaikyti reaguojančią vartotojo sąsają. Mikroužduotys dažnai apima operacijas, kurios turėtų būti vykdomos kuo greičiau, kad būtų atnaujintas DOM arba tvarkomi svarbūs duomenų pakeitimai. Apdorodama mikroužduotis prieš užduotis, naršyklė gali užtikrinti, kad šie atnaujinimai būtų greitai atspindėti, pagerinant suvokiamą programos našumą.

Pavyzdžiui, įsivaizduokite situaciją, kai atnaujinate vartotojo sąsają pagal duomenis, gautus iš serverio. Pažadų (kurie naudoja Mikroužduočių Eilę) naudojimas duomenų apdorojimui ir vartotojo sąsajos atnaujinimams užtikrina, kad pakeitimai būtų pritaikyti greitai, suteikiant sklandesnę vartotojo patirtį. Jei naudotumėte setTimeout (kuris naudoja Užduočių Eilę) šiems atnaujinimams, gali būti pastebimas delsimas, dėl kurio programa taptų mažiau reaguojanti.

Badavimas: Kai Mikroužduotys Blokuoja Įvykių Kilpą

Nors Mikroužduočių Eilė yra skirta pagerinti reaktyvumą, svarbu ją naudoti apdairiai. Jei nuolat pridedate mikroužduotis į eilę, neleisdami Įvykių Kilpai pereiti prie Užduočių Eilės arba atvaizduoti atnaujinimų, galite sukelti badavimą. Tai atsitinka, kai Mikroužduočių Eilė niekada netampa tuščia, veiksmingai blokuojant Įvykių Kilpą ir neleidžiant vykdyti kitų užduočių.

Apsvarstykite šį pavyzdį (pirmiausia aktualus tokiose aplinkose kaip Node.js, kur yra process.nextTick, bet koncepciškai taikomas ir kitur):

function starve() {
  Promise.resolve().then(() => {
    console.log('Mikroužduotis įvykdyta');
    starve(); // Rekursyviai pridėkite kitą mikroužduotį
  });
}

starve();

Šiame pavyzdyje starve() funkcija nuolat prideda naujas Pažadų atgalinio iškvietimo funkcijas prie Mikroužduočių Eilės. Įvykių Kilpa bus įstrigusi apdorojant šias mikroužduotis neribotą laiką, neleidžiant vykdyti kitų užduočių ir galimai sukeliant programos užšalimą.

Geriausia Praktika, Kaip Išvengti Badavimo:

• Apribokite mikroužduočių skaičių, sukurtų vienoje užduotyje. Venkite kurti rekursyvių mikroužduočių ciklų, kurie gali blokuoti Įvykių Kilpą.
• Apsvarstykite galimybę naudoti setTimeout mažiau svarbioms operacijoms. Jei operacija nereikalauja nedelsiant įvykdyti, atidėjimas ją į Užduočių Eilę gali užkirsti kelią Mikroužduočių Eilei tapti perkrauta.
• Atsižvelkite į mikroužduočių poveikį našumui. Nors mikroužduotys paprastai yra greitesnės nei užduotys, per didelis naudojimas vis tiek gali turėti įtakos programos našumui.

Realaus Pasaulio Pavyzdžiai ir Naudojimo Atvejai

1 pavyzdys: Asinchroninis Vaizdų Įkėlimas su Pažadais

function loadImage(url) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    const img = new Image();
    img.onload = () => resolve(img);
    img.onerror = () => reject(new Error(`Nepavyko įkelti vaizdo adresu ${url}`));
    img.src = url;
  });
}

// Pavyzdinis naudojimas:
loadImage('https://example.com/image.jpg')
  .then(img => {
    // Vaizdas įkeltas sėkmingai. Atnaujinkite DOM.
    document.body.appendChild(img);
  })
  .catch(error => {
    // Tvarkykite vaizdo įkėlimo klaidą.
    console.error(error);
  });

Šiame pavyzdyje loadImage funkcija grąžina Pažadą, kuris išsprendžiamas, kai vaizdas įkeliamas sėkmingai, arba atmetamas, jei įvyksta klaida. .then() ir .catch() atgalinio iškvietimo funkcijos pridedamos prie Mikroužduočių Eilės, užtikrinant, kad DOM atnaujinimas ir klaidų tvarkymas būtų vykdomi nedelsiant po to, kai vaizdo įkėlimo operacija baigiama.

2 pavyzdys: MutationObserver Naudojimas Dinaminiams Vartotojo Sąsajos Atnaujinimams

const observer = new MutationObserver(mutations => {
  mutations.forEach(mutation => {
    console.log('Pastebėta mutacija:', mutation);
    // Atnaujinkite vartotojo sąsają pagal mutaciją.
  });
});

const elementToObserve = document.getElementById('myElement');

observer.observe(elementToObserve, {
  attributes: true,
  childList: true,
  subtree: true
});

// Vėliau modifikuokite elementą:
elementToObserve.textContent = 'Naujas turinys!';

MutationObserver leidžia stebėti DOM pakeitimus. Kai įvyksta mutacija (pvz., pakeičiamas atributas, pridedamas vaiko mazgas), MutationObserver atgalinio iškvietimo funkcija pridedama prie Mikroužduočių Eilės. Tai užtikrina, kad vartotojo sąsaja būtų greitai atnaujinta reaguojant į DOM pakeitimus.

3 pavyzdys: Tinklo Užklausų Tvarkymas su Fetch API

fetch('https://api.example.com/data')
  .then(response => response.json())
  .then(data => {
    console.log('Gauti duomenys:', data);
    // Apdorokite duomenis ir atnaujinkite vartotojo sąsają.
  })
  .catch(error => {
    console.error('Klaida gaunant duomenis:', error);
    // Tvarkykite klaidą.
  });

Fetch API yra šiuolaikiškas būdas atlikti tinklo užklausas JavaScript. .then() atgalinio iškvietimo funkcijos pridedamos prie Mikroužduočių Eilės, užtikrinant, kad duomenų apdorojimas ir vartotojo sąsajos atnaujinimai būtų vykdomi, kai tik gaunamas atsakymas.

Node.js Įvykių Kilpos Aspektai

Įvykių Kilpa Node.js veikia panašiai kaip naršyklės aplinka, bet turi tam tikrų specifinių funkcijų. Node.js naudoja libuv biblioteką, kuri suteikia Įvykių Kilpos įgyvendinimą kartu su asinchroninėmis įvesties/išvesties galimybėmis.

process.nextTick(): Kaip minėta anksčiau, process.nextTick() yra Node.js specifinė funkcija, leidžianti suplanuoti atgalinio iškvietimo funkciją, kuri bus vykdoma po to, kai dabartinė operacija bus baigta, bet prieš tai, kai Įvykių Kilpa tęsis. Atgalinio iškvietimo funkcijos, pridėtos su process.nextTick(), vykdomos prieš Pažadų atgalinio iškvietimo funkcijas Mikroužduočių Eilėje. Tačiau dėl galimo badavimo process.nextTick() turėtų būti naudojamas saikingai. queueMicrotask() paprastai yra labiau pageidautinas, kai yra prieinamas.

setImmediate(): setImmediate() funkcija suplanuoja atgalinio iškvietimo funkciją, kuri bus vykdoma kitoje Įvykių Kilpos iteracijoje. Ji panaši į setTimeout(() => { ... }, 0), bet setImmediate() yra skirta su įvesties/išvesties susijusioms užduotims. Vykdymo tvarka tarp setImmediate() ir setTimeout(() => { ... }, 0) gali būti nenuspėjama ir priklauso nuo sistemos įvesties/išvesties našumo.

Geriausia Praktika Efektyviam Įvykių Kilpos Valdymui

• Venkite blokuoti pagrindinę giją. Ilgai trunkančios sinchroninės operacijos gali blokuoti Įvykių Kilpą, padarant programą nereaguojančia. Naudokite asinchronines operacijas, kai tik įmanoma.
• Optimizuokite savo kodą. Efektyvus kodas vykdomas greičiau, sumažinant laiką, praleistą Iškvietimų Steke, ir leidžiant Įvykių Kilpai apdoroti daugiau užduočių.
• Naudokite Pažadus asinchroninėms operacijoms. Pažadai suteikia švaresnį ir lengviau valdomą būdą tvarkyti asinchroninį kodą, palyginti su tradicinėmis atgalinio iškvietimo funkcijomis.
• Atsižvelkite į Mikroužduočių Eilę. Venkite kurti per daug mikroužduočių, kurios gali sukelti badavimą.
• Naudokite Web Workers kompiuteriškai intensyvioms užduotims. Web Workers leidžia vykdyti JavaScript kodą atskirose gijose, užkertant kelią pagrindinės gijos blokavimui. (Specifinė naršyklės aplinkai)
• Profilio kurkite savo kodą. Naudokite naršyklės kūrėjo įrankius arba Node.js profiliavimo įrankius, kad nustatytumėte našumo kliūtis ir optimizuotumėte savo kodą.
• Atsisakykite ir ribokite įvykius. Įvykiams, kurie paleidžiami dažnai (pvz., slinkties įvykiai, dydžio keitimo įvykiai), naudokite atsisakymą arba ribojimą, kad apribotumėte, kiek kartų įvykio tvarkytuvas yra vykdomas. Tai gali pagerinti našumą sumažinant apkrovą Įvykių Kilpai.

Išvada

Suprasti JavaScript Įvykių Kilpą, Užduočių Eilę ir Mikroužduočių Eilę yra būtina norint rašyti našias ir reaguojančias JavaScript programas. Suprasdami, kaip veikia Įvykių Kilpa, galite priimti pagrįstus sprendimus dėl to, kaip tvarkyti asinchronines operacijas ir optimizuoti savo kodą, kad pagerintumėte našumą. Atminkite, kad reikia tinkamai nustatyti mikroužduočių prioritetus, vengti badavimo ir visada siekti, kad pagrindinė gija būtų laisva nuo blokuojančių operacijų.

Šiame vadove pateikta išsami JavaScript Įvykių Kilpos apžvalga. Taikydami čia aprašytas žinias ir geriausią praktiką, galite sukurti patikimas ir efektyvias JavaScript programas, kurios suteikia puikią vartotojo patirtį.