JavaScript notikumu cilpas demistifikācija: izpratne par asinhrono apstrādi

JavaScript, kas pazīstams ar savu vienpavediena dabu, joprojām spēj efektīvi apstrādāt vienlaicīgumu, pateicoties notikumu cilpai. Šis mehānisms ir būtisks, lai saprastu, kā JavaScript pārvalda asinhronas operācijas, nodrošinot atsaucību un novēršot bloķēšanu gan pārlūkprogrammas, gan Node.js vidēs.

Kas ir JavaScript notikumu cilpa?

Notikumu cilpa ir vienlaicīguma modelis, kas ļauj JavaScript veikt nebloķējošas operācijas, neskatoties uz to, ka tas ir vienpavediena. Tā nepārtraukti uzrauga izsaukumu steku (Call Stack) un uzdevumu rindu (Task Queue), kas pazīstama arī kā atsauču rinda (Callback Queue), un pārvieto uzdevumus no uzdevumu rindas uz izsaukumu steku izpildei. Tas rada paralēlas apstrādes ilūziju, jo JavaScript var iniciēt vairākas operācijas, negaidot katras pabeigšanu, pirms sākt nākamo.

Galvenās sastāvdaļas:

• Izsaukumu steks (Call Stack): LIFO (Last-In, First-Out) datu struktūra, kas seko līdzi funkciju izpildei JavaScript. Kad funkcija tiek izsaukta, tā tiek ievietota izsaukumu stekā. Kad funkcija pabeidz darbu, tā tiek noņemta.
• Uzdevumu rinda (Task Queue / Callback Queue): Atsauces funkciju rinda, kas gaida izpildi. Šīs atsauces parasti ir saistītas ar asinhronām operācijām, piemēram, taimeriem, tīkla pieprasījumiem un lietotāja notikumiem.
• Web API (vai Node.js API): Tās ir API, ko nodrošina pārlūkprogramma (klienta puses JavaScript gadījumā) vai Node.js (servera puses JavaScript gadījumā), kas apstrādā asinhronas operācijas. Piemēri ietver setTimeout, XMLHttpRequest (vai Fetch API) un DOM notikumu klausītājus pārlūkprogrammā, kā arī failu sistēmas operācijas vai tīkla pieprasījumus Node.js.
• Notikumu cilpa (Event Loop): Galvenā sastāvdaļa, kas pastāvīgi pārbauda, vai izsaukumu steks ir tukšs. Ja tas ir tukšs un uzdevumu rindā ir uzdevumi, notikumu cilpa pārvieto pirmo uzdevumu no uzdevumu rindas uz izsaukumu steku izpildei.
• Mikrouzdevumu rinda (Microtask Queue): Īpaša rinda mikrouzdevumiem, kuriem ir augstāka prioritāte nekā parastajiem uzdevumiem. Mikrouzdevumi parasti ir saistīti ar solījumiem (Promises) un MutationObserver.

Kā darbojas notikumu cilpa: soli pa solim paskaidrojums

1. Koda izpilde: JavaScript sāk izpildīt kodu, ievietojot funkcijas izsaukumu stekā, kad tās tiek izsauktas.
2. Asinhrona operācija: Kad tiek sastapta asinhrona operācija (piem., setTimeout, fetch), tā tiek deleģēta Web API (vai Node.js API).
3. Web API apstrāde: Web API (vai Node.js API) apstrādā asinhrono operāciju fonā. Tā nebloķē JavaScript pavedienu.
4. Atsauces ievietošana: Kad asinhronā operācija ir pabeigta, Web API (vai Node.js API) ievieto atbilstošo atsauces funkciju uzdevumu rindā.
5. Notikumu cilpas uzraudzība: Notikumu cilpa nepārtraukti uzrauga izsaukumu steku un uzdevumu rindu.
6. Izsaukumu steka tukšuma pārbaude: Notikumu cilpa pārbauda, vai izsaukumu steks ir tukšs.
7. Uzdevuma pārvietošana: Ja izsaukumu steks ir tukšs un uzdevumu rindā ir uzdevumi, notikumu cilpa pārvieto pirmo uzdevumu no uzdevumu rindas uz izsaukumu steku.
8. Atsauces izpilde: Atsauces funkcija tagad tiek izpildīta, un tā, savukārt, var ievietot vairāk funkciju izsaukumu stekā.
9. Mikrouzdevumu izpilde: Pēc tam, kad uzdevums (vai sinhronu uzdevumu secība) ir pabeigts un izsaukumu steks ir tukšs, notikumu cilpa pārbauda mikrouzdevumu rindu. Ja ir mikrouzdevumi, tie tiek izpildīti viens pēc otra, līdz mikrouzdevumu rinda ir tukša. Tikai tad notikumu cilpa turpinās, lai paņemtu nākamo uzdevumu no uzdevumu rindas.
10. Atkārtošana: Process nepārtraukti atkārtojas, nodrošinot, ka asinhronās operācijas tiek efektīvi apstrādātas, nebloķējot galveno pavedienu.

Praktiski piemēri: notikumu cilpas darbības ilustrācija

1. piemērs: setTimeout

Šis piemērs demonstrē, kā setTimeout izmanto notikumu cilpu, lai izpildītu atsauces funkciju pēc noteiktas aizkaves.

            
console.log('Start');

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

console.log('End');

            

              
                Copy
              
            
          

Izvade:

Start
End
Timeout Callback

Paskaidrojums:

1. console.log('Start') tiek izpildīts un nekavējoties izdrukāts.
2. Tiek izsaukts setTimeout. Atsauces funkcija un aizkave (0ms) tiek nodota Web API.
3. Web API fonā palaiž taimeri.
4. console.log('End') tiek izpildīts un nekavējoties izdrukāts.
5. Pēc taimera pabeigšanas (pat ja aizkave ir 0ms), atsauces funkcija tiek ievietota uzdevumu rindā.
6. Notikumu cilpa pārbauda, vai izsaukumu steks ir tukšs. Tas ir, tādēļ atsauces funkcija tiek pārvietota no uzdevumu rindas uz izsaukumu steku.
7. Atsauces funkcija console.log('Timeout Callback') tiek izpildīta un izdrukāta.

2. piemērs: Fetch API (Solījumi)

Šis piemērs demonstrē, kā Fetch API izmanto solījumus (Promises) un mikrouzdevumu rindu, lai apstrādātu asinhronus tīkla pieprasījumus.

            
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
              
            
          

(Pieņemot, ka pieprasījums ir veiksmīgs) Iespējamā izvade:

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

Paskaidrojums:

1. Tiek izpildīts console.log('Requesting data...').
2. Tiek izsaukts fetch. Pieprasījums tiek nosūtīts uz serveri (to apstrādā Web API).
3. Tiek izpildīts console.log('Request sent!').
4. Kad serveris atbild, then atsauces tiek ievietotas mikrouzdevumu rindā (jo tiek izmantoti solījumi).
5. Pēc tam, kad pašreizējais uzdevums (skripta sinhronā daļa) ir pabeigts, notikumu cilpa pārbauda mikrouzdevumu rindu.
6. Tiek izpildīta pirmā then atsauce (response => response.json()), kas parsē JSON atbildi.
7. Tiek izpildīta otrā then atsauce (data => console.log('Data received:', data)), kas reģistrē saņemtos datus.
8. Ja pieprasījuma laikā rodas kļūda, tiek izpildīta catch atsauce.

3. piemērs: Node.js failu sistēma

Šis piemērs demonstrē asinhronu failu nolasīšanu Node.js.

            
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
              
            
          

(Pieņemot, ka fails 'example.txt' pastāv un satur 'Hello, world!') Iespējamā izvade:

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

Paskaidrojums:

1. Tiek izpildīts console.log('Reading file...').
2. Tiek izsaukts fs.readFile. Failu nolasīšanas operācija tiek deleģēta Node.js API.
3. Tiek izpildīts console.log('File read operation initiated.').
4. Kad failu nolasīšana ir pabeigta, atsauces funkcija tiek ievietota uzdevumu rindā.
5. Notikumu cilpa pārvieto atsauci no uzdevumu rindas uz izsaukumu steku.
6. Tiek izpildīta atsauces funkcija ((err, data) => { ... }), un faila saturs tiek reģistrēts konsolē.

Mikrouzdevumu rindas izpratne

Mikrouzdevumu rinda ir kritiski svarīga notikumu cilpas daļa. Tā tiek izmantota, lai apstrādātu īslaicīgus uzdevumus, kas jāizpilda nekavējoties pēc pašreizējā uzdevuma pabeigšanas, bet pirms notikumu cilpa paņem nākamo uzdevumu no uzdevumu rindas. Solījumu un MutationObserver atsauces parasti tiek ievietotas mikrouzdevumu rindā.

Galvenās īpašības:

• Augstāka prioritāte: Mikrouzdevumiem ir augstāka prioritāte nekā parastajiem uzdevumiem uzdevumu rindā.
• Tūlītēja izpilde: Mikrouzdevumi tiek izpildīti nekavējoties pēc pašreizējā uzdevuma un pirms notikumu cilpa apstrādā nākamo uzdevumu no uzdevumu rindas.
• Rindas iztukšošana: Notikumu cilpa turpinās izpildīt mikrouzdevumus no mikrouzdevumu rindas, līdz rinda ir tukša, pirms pāriet pie uzdevumu rindas. Tas novērš mikrouzdevumu “badošanos” un nodrošina to tūlītēju apstrādi.

Piemērs: Solījuma atrisināšana

            
console.log('Start');

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

console.log('End');

            

              
                Copy
              
            
          

Izvade:

Start
End
Promise resolved

Paskaidrojums:

1. Tiek izpildīts console.log('Start').
2. Promise.resolve().then(...) izveido atrisinātu solījumu. then atsauce tiek ievietota mikrouzdevumu rindā.
3. Tiek izpildīts console.log('End').
4. Pēc tam, kad pašreizējais uzdevums (skripta sinhronā daļa) ir pabeigts, notikumu cilpa pārbauda mikrouzdevumu rindu.
5. then atsauce (console.log('Promise resolved')) tiek izpildīta, reģistrējot ziņojumu konsolē.

Async/Await: sintaktiskais cukurs solījumiem

Atslēgvārdi async un await nodrošina lasāmāku un sinhronākam kodam līdzīgu veidu, kā strādāt ar solījumiem. Būtībā tie ir sintaktiskais cukurs pār solījumiem un nemaina notikumu cilpas pamatdarbību.

Piemērs: Async/Await izmantošana

            
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
              
            
          

(Pieņemot, ka pieprasījums ir veiksmīgs) Iespējamā izvade:

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

Paskaidrojums:

1. Tiek izsaukta fetchData().
2. Tiek izpildīts console.log('Requesting data...').
3. await fetch(...) aptur fetchData funkcijas izpildi, līdz fetch atgrieztais solījums tiek atrisināts. Vadība tiek atdota notikumu cilpai.
4. Tiek izpildīts console.log('Fetch Data function called').
5. Kad fetch solījums tiek atrisināts, fetchData izpilde atsākas.
6. Tiek izsaukts response.json(), un atslēgvārds await atkal aptur izpildi, līdz JSON parsēšana ir pabeigta.
7. Tiek izpildīts console.log('Data received:', data).
8. Tiek izpildīts console.log('Function completed').
9. Ja pieprasījuma laikā rodas kļūda, tiek izpildīts catch bloks.

Notikumu cilpa dažādās vidēs: pārlūks pret Node.js

Notikumu cilpa ir fundamentāls koncepts gan pārlūkprogrammas, gan Node.js vidēs, taču ir dažas būtiskas atšķirības to implementācijās un pieejamajās API.

Pārlūkprogrammas vide

• Web API: Pārlūkprogramma nodrošina Web API, piemēram, setTimeout, XMLHttpRequest (vai Fetch API), DOM notikumu klausītājus (piem., addEventListener) un Web Workers.
• Lietotāja mijiedarbība: Notikumu cilpa ir ļoti svarīga lietotāja mijiedarbības apstrādei, piemēram, klikšķiem, taustiņu nospiešanai un peles kustībām, nebloķējot galveno pavedienu.
• Attēlošana (Rendering): Notikumu cilpa arī apstrādā lietotāja saskarnes attēlošanu, nodrošinot, ka pārlūkprogramma paliek atsaucīga.

Node.js vide

• Node.js API: Node.js nodrošina savu API kopu asinhronām operācijām, piemēram, failu sistēmas operācijām (fs.readFile), tīkla pieprasījumiem (izmantojot moduļus, piemēram, http vai https) un datu bāzes mijiedarbībai.
• I/O operācijas: Notikumu cilpa ir īpaši svarīga I/O operāciju apstrādei Node.js, jo šīs operācijas var būt laikietilpīgas un bloķējošas, ja tās netiek apstrādātas asinhroni.
• Libuv: Node.js izmanto bibliotēku ar nosaukumu libuv, lai pārvaldītu notikumu cilpu un asinhronās I/O operācijas.

Labākā prakse darbam ar notikumu cilpu

• Izvairieties no galvenā pavediena bloķēšanas: Ilgstošas sinhronās operācijas var bloķēt galveno pavedienu un padarīt lietojumprogrammu nereaģējošu. Kad vien iespējams, izmantojiet asinhronas operācijas. Apsveriet Web Workers izmantošanu pārlūkprogrammās vai worker threads Node.js CPU ietilpīgiem uzdevumiem.
• Optimizējiet atsauces funkcijas: Saglabājiet atsauces funkcijas īsas un efektīvas, lai samazinātu to izpildes laiku. Ja atsauces funkcija veic sarežģītas operācijas, apsveriet tās sadalīšanu mazākos, vieglāk pārvaldāmos gabalos.
• Pareizi apstrādājiet kļūdas: Vienmēr apstrādājiet kļūdas asinhronās operācijās, lai novērstu neapstrādātu izņēmumu izraisītu lietojumprogrammas avāriju. Izmantojiet try...catch blokus vai solījumu catch apstrādātājus, lai eleganti notvertu un apstrādātu kļūdas.
• Izmantojiet solījumus un Async/Await: Solījumi un async/await nodrošina strukturētāku un lasāmāku veidu, kā strādāt ar asinhronu kodu, salīdzinot ar tradicionālajām atsauces funkcijām. Tie arī atvieglo kļūdu apstrādi un asinhronās kontroles plūsmas pārvaldību.
• Esiet uzmanīgi ar mikrouzdevumu rindu: Izprotiet mikrouzdevumu rindas darbību un to, kā tā ietekmē asinhrono operāciju izpildes secību. Izvairieties no pārmērīgi garu vai sarežģītu mikrouzdevumu pievienošanas, jo tie var aizkavēt parasto uzdevumu izpildi no uzdevumu rindas.
• Apsveriet straumju (Streams) izmantošanu: Lieliem failiem vai datu straumēm izmantojiet straumes apstrādei, lai izvairītos no visa faila ielādes atmiņā vienlaikus.

Biežākās kļūdas un kā no tām izvairīties

• Atsauču elle (Callback Hell): Dziļi ligzdotas atsauces funkcijas var kļūt grūti lasāmas un uzturamas. Izmantojiet solījumus vai async/await, lai izvairītos no atsauču elles un uzlabotu koda lasāmību.
• Zalgo: Zalgo apzīmē kodu, kas var izpildīties sinhroni vai asinhroni atkarībā no ievades. Šī neparedzamība var novest pie negaidītas uzvedības un grūti atkļūdojamām problēmām. Nodrošiniet, ka asinhronās operācijas vienmēr tiek izpildītas asinhroni.
• Atmiņas noplūdes: Nejaušas atsauces uz mainīgajiem vai objektiem atsauces funkcijās var novērst to atbrīvošanu no atmiņas (garbage collection), izraisot atmiņas noplūdes. Esiet uzmanīgi ar noslēgumiem (closures) un izvairieties no nevajadzīgu atsauču veidošanas.
• Badošanās (Starvation): Ja mikrouzdevumi tiek nepārtraukti pievienoti mikrouzdevumu rindai, tas var novērst uzdevumu izpildi no uzdevumu rindas, izraisot badošanos. Izvairieties no pārmērīgi gariem vai sarežģītiem mikrouzdevumiem.
• Neapstrādāti solījumu noraidījumi: Ja solījums tiek noraidīts un nav catch apstrādātāja, noraidījums paliks neapstrādāts. Tas var novest pie negaidītas uzvedības un potenciālām avārijām. Vienmēr apstrādājiet solījumu noraidījumus, pat ja tas ir tikai kļūdas reģistrēšanai.

Internacionalizācijas (i18n) apsvērumi

Izstrādājot lietojumprogrammas, kas apstrādā asinhronas operācijas un notikumu cilpu, ir svarīgi apsvērt internacionalizāciju (i18n), lai nodrošinātu, ka lietojumprogramma darbojas pareizi lietotājiem dažādos reģionos un ar dažādām valodām. Šeit ir daži apsvērumi:

• Datuma un laika formatēšana: Izmantojiet atbilstošu datuma un laika formatēšanu dažādām lokalizācijām, apstrādājot asinhronas operācijas, kas saistītas ar taimeriem vai plānošanu. Bibliotēkas, piemēram, Intl.DateTimeFormat, var palīdzēt šajā jautājumā. Piemēram, Japānā datumus bieži formatē kā GGGG/MM/DD, savukārt ASV tos parasti formatē kā MM/DD/GGGG.
• Skaitļu formatēšana: Izmantojiet atbilstošu skaitļu formatēšanu dažādām lokalizācijām, apstrādājot asinhronas operācijas, kas saistītas ar skaitliskiem datiem. Bibliotēkas, piemēram, Intl.NumberFormat, var palīdzēt šajā jautājumā. Piemēram, tūkstošu atdalītājs dažās Eiropas valstīs ir punkts (.), nevis komats (,).
• Teksta kodēšana: Pārliecinieties, ka lietojumprogramma izmanto pareizu teksta kodējumu (piem., UTF-8), apstrādājot asinhronas operācijas ar teksta datiem, piemēram, failu lasīšanu vai rakstīšanu. Dažādām valodām var būt nepieciešami dažādi rakstzīmju komplekti.
• Kļūdu ziņojumu lokalizācija: Lokalizējiet kļūdu ziņojumus, kas tiek parādīti lietotājam asinhronu operāciju rezultātā. Nodrošiniet tulkojumus dažādām valodām, lai lietotāji saprastu ziņojumus savā dzimtajā valodā.
• No labās uz kreiso (RTL) izkārtojums: Apsveriet RTL izkārtojumu ietekmi uz lietojumprogrammas lietotāja saskarni, īpaši apstrādājot asinhronus UI atjauninājumus. Pārliecinieties, ka izkārtojums pareizi pielāgojas RTL valodām.
• Laika joslas: Ja jūsu lietojumprogramma nodarbojas ar laiku plānošanu vai attēlošanu dažādos reģionos, ir ļoti svarīgi pareizi apstrādāt laika joslas, lai izvairītos no neatbilstībām un neskaidrībām lietotājiem. Bibliotēkas, piemēram, Moment Timezone (lai gan tagad uzturēšanas režīmā, jāizpēta alternatīvas), var palīdzēt pārvaldīt laika joslas.

Noslēgums

JavaScript notikumu cilpa ir asinhronās programmēšanas stūrakmens JavaScript valodā. Izpratne par tās darbību ir būtiska, lai rakstītu efektīvas, atsaucīgas un nebloķējošas lietojumprogrammas. Apgūstot izsaukumu steka, uzdevumu rindas, mikrouzdevumu rindas un Web API koncepcijas, izstrādātāji var izmantot asinhronās programmēšanas spēku, lai radītu labāku lietotāja pieredzi gan pārlūkprogrammas, gan Node.js vidēs. Labāko prakšu ievērošana un biežāko kļūdu novēršana novedīs pie robustāka un vieglāk uzturama koda. Nepārtraukta notikumu cilpas izpēte un eksperimentēšana padziļinās jūsu izpratni un ļaus ar pārliecību risināt sarežģītus asinhronus izaicinājumus.