JavaScript notikumu cikls: Uzdevumu rindu prioritātes un mikrouzdevumu plānošanas apguve globāliem izstrādātājiem

Dinamiskajā tīmekļa izstrādes un servera puses lietojumprogrammu pasaulē ir ļoti svarīgi saprast, kā JavaScript izpilda kodu. Izstrādātājiem visā pasaulē padziļināta iedziļināšanās JavaScript notikumu ciklā ir ne tikai noderīga, bet arī būtiska, lai veidotu veiktspējīgas, atsaucīgas un paredzamas lietojumprogrammas. Šis raksts demistificēs notikumu ciklu, koncentrējoties uz kritiskiem uzdevumu rindu prioritātes un mikrouzdevumu plānošanas jēdzieniem, sniedzot praktiskas atziņas daudzveidīgai starptautiskai auditorijai.

Pamati: Kā JavaScript izpilda kodu

Pirms iedziļināties notikumu cikla sarežģītībā, ir svarīgi aptvert JavaScript fundamentālo izpildes modeli. Tradicionāli JavaScript ir vienpavediena valoda. Tas nozīmē, ka tā vienlaikus var veikt tikai vienu operāciju. Tomēr mūsdienu JavaScript maģija slēpjas tās spējā apstrādāt asinhronas operācijas, nebloķējot galveno pavedienu, tādējādi lietojumprogrammām radot ļoti atsaucīgu sajūtu.

Tas tiek panākts, kombinējot:

• Izsaukumu steks (Call Stack): Šeit tiek pārvaldīti funkciju izsaukumi. Kad funkcija tiek izsaukta, tā tiek pievienota steka augšpusē. Kad funkcija atgriežas, tā tiek noņemta no augšas. Šeit notiek sinhronā koda izpilde.
• Tīmekļa API (pārlūkprogrammās) vai C++ API (Node.js): Tās ir funkcionalitātes, ko nodrošina vide, kurā darbojas JavaScript (piemēram, setTimeout, DOM notikumi, fetch). Kad tiek sastapta asinhrona operācija, tā tiek nodota šīm API.
• Atzvanu rinda (Callback Queue) (vai Uzdevumu rinda): Kad tīmekļa API iniciēta asinhrona operācija ir pabeigta (piemēram, beidzas taimeris, tīkla pieprasījums ir pabeigts), tās saistītā atzvanīšanas funkcija tiek ievietota atzvanu rindā.
• Notikumu cikls (Event Loop): Tas ir orķestrētājs. Tas nepārtraukti uzrauga izsaukumu steku un atzvanu rindu. Kad izsaukumu steks ir tukšs, tas paņem pirmo atzvanīšanas funkciju no atzvanu rindas un ievieto to izsaukumu stekā izpildei.

Šis pamatmodelis izskaidro, kā tiek apstrādāti vienkārši asinhroni uzdevumi, piemēram, setTimeout. Tomēr Promises, async/await un citu mūsdienu funkciju ieviešana ir radījusi niansētāku sistēmu, kas ietver mikrouzdevumus.

Iepazīstinām ar mikrouzdevumiem: augstāka prioritāte

Tradicionālo atzvanu rindu bieži dēvē par makrouzdevumu rindu vai vienkārši par uzdevumu rindu. Pretstatā tam, mikrouzdevumi ir atsevišķa rinda ar augstāku prioritāti nekā makrouzdevumiem. Šī atšķirība ir vitāli svarīga, lai saprastu precīzu asinhrono operāciju izpildes secību.

Kas veido mikrouzdevumu?

• Promises: Promises izpildes vai noraidīšanas atzvanīšanas funkcijas tiek ieplānotas kā mikrouzdevumi. Tas ietver atzvanīšanas funkcijas, kas nodotas .then(), .catch() un .finally().
• queueMicrotask(): Noderīga JavaScript funkcija, kas īpaši izstrādāta, lai pievienotu uzdevumus mikrouzdevumu rindai.
• Mutāciju novērotāji (Mutation Observers): Tos izmanto, lai novērotu izmaiņas DOM un asinhroni aktivizētu atzvanīšanas funkcijas.
• process.nextTick() (specifisks Node.js): Lai gan koncepcijā līdzīgs, process.nextTick() Node.js vidē ir vēl augstāka prioritāte un tiek izpildīts pirms jebkādiem I/O atzvanījumiem vai taimeriem, efektīvi darbojoties kā augstāka līmeņa mikrouzdevums.

Notikumu cikla uzlabotais cikls

Notikumu cikla darbība kļūst sarežģītāka, ieviešot mikrouzdevumu rindu. Lūk, kā darbojas uzlabotais cikls:

1. Izpildīt pašreizējo izsaukumu steku: Notikumu cikls vispirms pārliecinās, ka izsaukumu steks ir tukšs.
2. Apstrādāt mikrouzdevumus: Kad izsaukumu steks ir tukšs, notikumu cikls pārbauda mikrouzdevumu rindu. Tas izpilda visus rindā esošos mikrouzdevumus, vienu pēc otra, līdz mikrouzdevumu rinda ir tukša. Šī ir kritiskā atšķirība: mikrouzdevumi tiek apstrādāti pa partijām pēc katra makrouzdevuma vai skripta izpildes.
3. Atveidot atjauninājumus (Pārlūkprogramma): Ja JavaScript vide ir pārlūkprogramma, tā var veikt atveidošanas atjauninājumus pēc mikrouzdevumu apstrādes.
4. Apstrādāt makrouzdevumus: Pēc visu mikrouzdevumu notīrīšanas notikumu cikls izvēlas nākamo makrouzdevumu (piemēram, no atzvanu rindas, no taimeru rindām, piemēram, setTimeout, no I/O rindām) un ievieto to izsaukumu stekā.
5. Atkārtot: Cikls pēc tam atkārtojas no 1. soļa.

Tas nozīmē, ka viena makrouzdevuma izpilde potenciāli var izraisīt daudzu mikrouzdevumu izpildi, pirms tiek apsvērts nākamais makrouzdevums. Tam var būt būtiska ietekme uz uztverto atsaucību un izpildes secību.

Izpratne par uzdevumu rindu prioritāti: praktisks skatījums

Ilustrēsim ar praktiskiem piemēriem, kas ir aktuāli izstrādātājiem visā pasaulē, apsverot dažādus scenārijus:

1. piemērs: `setTimeout` pret `Promise`

Apsveriet šādu koda fragmentu:

            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
              
            
          

Kāds, jūsuprāt, būs rezultāts? Izstrādātājiem Londonā, Ņujorkā, Tokijā vai Sidnejā sagaidāmajam rezultātam jābūt konsekventam:

1. console.log('Start'); tiek izpildīts nekavējoties, jo tas ir izsaukumu stekā.
2. setTimeout tiek sastapts. Taimeris ir iestatīts uz 0 ms, bet svarīgi ir tas, ka tā atzvanīšanas funkcija tiek ievietota makrouzdevumu rindā pēc taimera beigām (kas notiek nekavējoties).
3. Promise.resolve().then(...) tiek sastapts. Promise nekavējoties atrisinās, un tā atzvanīšanas funkcija tiek ievietota mikrouzdevumu rindā.
4. console.log('End'); tiek izpildīts nekavējoties.

Tagad izsaukumu steks ir tukšs. Notikumu cikls sāk savu darbību:

• Tas pārbauda mikrouzdevumu rindu. Tas atrod promiseCallback1 un izpilda to.
• Mikrouzdevumu rinda tagad ir tukša.
• Tas pārbauda makrouzdevumu rindu. Tas atrod callback1 (no setTimeout) un ievieto to izsaukumu stekā.
• callback1 izpildās, žurnālā ierakstot 'Timeout Callback 1'.

Tāpēc rezultāts būs:

            Start
End
Promise Callback 1
Timeout Callback 1

            

              
                Copy
              
            
          

Tas skaidri parāda, ka mikrouzdevumi (Promises) tiek apstrādāti pirms makrouzdevumiem (setTimeout), pat ja `setTimeout` aizkave ir 0.

2. piemērs: Ligzdotas asinhronas operācijas

Izpētīsim sarežģītāku scenāriju, kas ietver ligzdotas operācijas:

            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
              
            
          

Izsekosim izpildi:

1. console.log('Script Start'); žurnālā ieraksta 'Script Start'.
2. Tiek sastapts pirmais setTimeout. Tā atzvanīšanas funkcija (nosauksim to par `timeout1Callback`) tiek ievietota rindā kā makrouzdevums.
3. Tiek sastapts pirmais Promise.resolve().then(...). Tā atzvanīšanas funkcija (`promise1Callback`) tiek ievietota rindā kā mikrouzdevums.
4. console.log('Script End'); žurnālā ieraksta 'Script End'.

Izsaukumu steks tagad ir tukšs. Sākas notikumu cikls:

Mikrouzdevumu rindas apstrāde (1. kārta):

• Notikumu cikls atrod `promise1Callback` mikrouzdevumu rindā.
• `promise1Callback` izpildās:
• Žurnālā ieraksta 'Promise 1'.
• Sastop setTimeout. Tā atzvanīšanas funkcija (`timeout2Callback`) tiek ievietota rindā kā makrouzdevums.
• Sastop vēl vienu Promise.resolve().then(...). Tā atzvanīšanas funkcija (`promise1.2Callback`) tiek ievietota rindā kā mikrouzdevums.
• Mikrouzdevumu rinda tagad satur `promise1.2Callback`.
• Notikumu cikls turpina apstrādāt mikrouzdevumus. Tas atrod `promise1.2Callback` un izpilda to.
• Mikrouzdevumu rinda tagad ir tukša.

Makrouzdevumu rindas apstrāde (1. kārta):

• Notikumu cikls pārbauda makrouzdevumu rindu. Tas atrod `timeout1Callback`.
• `timeout1Callback` izpildās:
• Žurnālā ieraksta 'setTimeout 1'.
• Sastop Promise.resolve().then(...). Tā atzvanīšanas funkcija (`promise1.1Callback`) tiek ievietota rindā kā mikrouzdevums.
• Sastop vēl vienu setTimeout. Tā atzvanīšanas funkcija (`timeout1.1Callback`) tiek ievietota rindā kā makrouzdevums.
• Mikrouzdevumu rinda tagad satur `promise1.1Callback`.

Izsaukumu steks atkal ir tukšs. Notikumu cikls atsāk savu darbību.

Mikrouzdevumu rindas apstrāde (2. kārta):

• Notikumu cikls atrod `promise1.1Callback` mikrouzdevumu rindā un izpilda to.
• Mikrouzdevumu rinda tagad ir tukša.

Makrouzdevumu rindas apstrāde (2. kārta):

• Notikumu cikls pārbauda makrouzdevumu rindu. Tas atrod `timeout2Callback` (no pirmā setTimeout ligzdotā setTimeout).
• `timeout2Callback` izpildās, žurnālā ierakstot 'setTimeout 2'.
• Makrouzdevumu rinda tagad satur `timeout1.1Callback`.

Izsaukumu steks atkal ir tukšs. Notikumu cikls atsāk savu darbību.

Mikrouzdevumu rindas apstrāde (3. kārta):

• Mikrouzdevumu rinda ir tukša.

Makrouzdevumu rindas apstrāde (3. kārta):

• Notikumu cikls atrod `timeout1.1Callback` un izpilda to, žurnālā ierakstot 'setTimeout 1.1'.

Rindas tagad ir tukšas. Galīgais rezultāts būs:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Šis piemērs parāda, kā viens makrouzdevums var izraisīt mikrouzdevumu ķēdes reakciju, kas visi tiek apstrādāti, pirms notikumu cikls apsver nākamo makrouzdevumu.

3. piemērs: `requestAnimationFrame` pret `setTimeout`

Pārlūkprogrammu vidēs requestAnimationFrame ir vēl viens aizraujošs plānošanas mehānisms. Tas ir paredzēts animācijām un parasti tiek apstrādāts pēc makrouzdevumiem, bet pirms citiem atveidošanas atjauninājumiem. Tā prioritāte parasti ir augstāka nekā setTimeout(..., 0), bet zemāka nekā mikrouzdevumiem.

Apsveriet:

            console.log('Start');

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

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

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

console.log('End');

            

              
                Copy
              
            
          

Sagaidāmais rezultāts:

            Start
End
Promise
setTimeout
requestAnimationFrame

            

              
                Copy
              
            
          

Lūk, kāpēc:

1. Skripta izpilde žurnālā ieraksta 'Start', 'End', ievieto rindā makrouzdevumu priekš setTimeout un mikrouzdevumu priekš Promise.
2. Notikumu cikls apstrādā mikrouzdevumu: tiek žurnālā ierakstīts 'Promise'.
3. Notikumu cikls pēc tam apstrādā makrouzdevumu: tiek žurnālā ierakstīts 'setTimeout'.
4. Pēc makrouzdevumu un mikrouzdevumu apstrādes tiek iedarbināta pārlūkprogrammas atveidošanas cauruļvads. requestAnimationFrame atzvanīšanas funkcijas parasti tiek izpildītas šajā posmā, pirms tiek uzzīmēts nākamais kadrs. Tādējādi tiek žurnālā ierakstīts 'requestAnimationFrame'.

Tas ir ļoti svarīgi jebkuram globālam izstrādātājam, kurš veido interaktīvas lietotāja saskarnes, nodrošinot, ka animācijas paliek plūstošas un atsaucīgas.

Praktiskas atziņas globāliem izstrādātājiem

Notikumu cikla mehānikas izpratne nav akadēmisks vingrinājums; tai ir taustāmi ieguvumi, veidojot robustas lietojumprogrammas visā pasaulē:

• Paredzama veiktspēja: Zinot izpildes secību, jūs varat paredzēt, kā jūsu kods uzvedīsies, īpaši strādājot ar lietotāju mijiedarbību, tīkla pieprasījumiem vai taimeriem. Tas nodrošina paredzamāku lietojumprogrammas veiktspēju neatkarīgi no lietotāja ģeogrāfiskās atrašanās vietas vai interneta ātruma.
• Izvairīšanās no neparedzētas uzvedības: Nepareiza mikrouzdevumu un makrouzdevumu prioritātes izpratne var novest pie neparedzētām aizkavēm vai nepareizas izpildes secības, kas var būt īpaši nomācoši, atkļūdojot sadalītas sistēmas vai lietojumprogrammas ar sarežģītām asinhronām darbplūsmām.
• Lietotāja pieredzes optimizēšana: Lietojumprogrammām, kas apkalpo globālu auditoriju, atsaucība ir galvenais. Stratēģiski izmantojot Promises un async/await (kas balstās uz mikrouzdevumiem) laika jutīgiem atjauninājumiem, jūs varat nodrošināt, ka lietotāja saskarne paliek plūstoša un interaktīva, pat ja notiek fona operācijas. Piemēram, atjauninot kritisku lietotāja saskarnes daļu tūlīt pēc lietotāja darbības, pirms tiek apstrādāti mazāk svarīgi fona uzdevumi.
• Efektīva resursu pārvaldība (Node.js): Node.js vidēs izpratne par process.nextTick() un tā saistību ar citiem mikrouzdevumiem un makrouzdevumiem ir vitāli svarīga efektīvai asinhrono I/O operāciju apstrādei, nodrošinot, ka kritiskie atzvanījumi tiek apstrādāti ātri.
• Sarežģītas asinhronitātes atkļūdošana: Atkļūdošanas laikā pārlūkprogrammas izstrādātāju rīku (piemēram, Chrome DevTools cilnes Performance) vai Node.js atkļūdošanas rīku izmantošana var vizuāli attēlot notikumu cikla darbību, palīdzot identificēt vājās vietas un saprast izpildes plūsmu.

Labākā prakse asinhronam kodam

• Dodiet priekšroku Promises un async/await tūlītējiem turpinājumiem: Ja asinhronas operācijas rezultātam ir jāizsauc cita tūlītēja operācija vai atjauninājums, Promises vai async/await parasti ir priekšroka to mikrouzdevumu plānošanas dēļ, kas nodrošina ātrāku izpildi salīdzinājumā ar setTimeout(..., 0).
• Izmantojiet setTimeout(..., 0), lai nodotu kontroli notikumu ciklam: Dažreiz jūs varētu vēlēties atlikt uzdevumu uz nākamo makrouzdevumu ciklu. Piemēram, lai ļautu pārlūkprogrammai atveidot atjauninājumus vai sadalīt ilgstošas sinhronas operācijas.
• Esiet uzmanīgi ar ligzdotu asinhronitāti: Kā redzams piemēros, dziļi ligzdoti asinhroni izsaukumi var padarīt kodu grūtāk saprotamu. Apsveriet iespēju saplacināt savu asinhrono loģiku, kur tas ir iespējams, vai izmantot bibliotēkas, kas palīdz pārvaldīt sarežģītas asinhronas plūsmas.
• Izprotiet vides atšķirības: Lai gan notikumu cikla pamatprincipi ir līdzīgi, specifiskas uzvedības (piemēram, process.nextTick() Node.js vidē) var atšķirties. Vienmēr apzinieties vidi, kurā jūsu kods darbojas.
• Testējiet dažādos apstākļos: Globālai auditorijai testējiet savas lietojumprogrammas atsaucību dažādos tīkla apstākļos un ierīču iespējās, lai nodrošinātu konsekventu pieredzi.

Noslēgums

JavaScript notikumu cikls ar tā atšķirīgajām mikrouzdevumu un makrouzdevumu rindām ir klusais dzinējs, kas nodrošina JavaScript asinhrono dabu. Izstrādātājiem visā pasaulē rūpīga tā prioritāšu sistēmas izpratne nav tikai akadēmiskas intereses jautājums, bet gan praktiska nepieciešamība, lai veidotu augstas kvalitātes, atsaucīgas un veiktspējīgas lietojumprogrammas. Apgūstot mijiedarbību starp izsaukumu steku, mikrouzdevumu rindu un makrouzdevumu rindu, jūs varat rakstīt paredzamāku kodu, optimizēt lietotāja pieredzi un pārliecinoši risināt sarežģītus asinhronus izaicinājumus jebkurā izstrādes vidē.

Turpiniet eksperimentēt, turpiniet mācīties un veiksmīgu kodēšanu!