JavaScript notikumu cilpas atšķetināšana: Asinhronās apstrādes dzinējs

Dinamiskajā tīmekļa izstrādes pasaulē JavaScript ir stūrakmens tehnoloģija, kas nodrošina interaktīvu pieredzi visā pasaulē. Savā būtībā JavaScript darbojas pēc viena pavediena modeļa, kas nozīmē, ka tas vienlaikus var izpildīt tikai vienu uzdevumu. Tas varētu šķist ierobežojoši, īpaši, ja jātiek galā ar operācijām, kas var aizņemt ievērojamu laiku, piemēram, datu ielāde no servera vai reakcija uz lietotāja ievadi. Tomēr ģeniālais JavaScript notikumu cilpas dizains ļauj tam asinhroni apstrādāt šos potenciāli bloķējošos uzdevumus, nodrošinot, ka jūsu lietojumprogrammas paliek atsaucīgas un plūstošas lietotājiem visā pasaulē.

Kas ir asinhronā apstrāde?

Pirms iedziļināmies pašā notikumu cilpā, ir svarīgi saprast asinhronās apstrādes jēdzienu. Sinhronā modelī uzdevumi tiek izpildīti secīgi. Programma gaida, kad viens uzdevums tiks pabeigts, pirms pāriet pie nākamā. Iedomājieties šefpavāru, kurš gatavo maltīti: viņš sagriež dārzeņus, pēc tam tos pagatavo, tad liek uz šķīvja – soli pa solim. Ja dārzeņu griešana aizņem ilgu laiku, gatavošanai un servēšanai ir jāgaida.

Asinhronā apstrāde, no otras puses, ļauj uzdevumus uzsākt un pēc tam apstrādāt fonā, nebloķējot galveno izpildes pavedienu. Iedomājieties mūsu šefpavāru vēlreiz: kamēr galvenais ēdiens gatavojas (potenciāli ilgs process), šefpavārs var sākt gatavot sānu salātus. Galvenā ēdiena gatavošana netraucē sākt salātu gatavošanu. Tas ir īpaši vērtīgi tīmekļa izstrādē, kur uzdevumi, piemēram, tīkla pieprasījumi (datu ielāde no API), lietotāju mijiedarbība (pogu klikšķi, ritināšana) un taimeri, var radīt aizkaves.

Bez asinhronās apstrādes vienkāršs tīkla pieprasījums varētu iesaldēt visu lietotāja saskarni, radot nepatīkamu pieredzi ikvienam, kas lieto jūsu vietni vai lietojumprogrammu, neatkarīgi no viņu ģeogrāfiskās atrašanās vietas.

JavaScript notikumu cilpas galvenās sastāvdaļas

Notikumu cilpa nav daļa no paša JavaScript dzinēja (piemēram, V8 pārlūkprogrammā Chrome vai SpiderMonkey pārlūkprogrammā Firefox). Tā vietā tā ir koncepcija, ko nodrošina izpildes vide, kurā tiek izpildīts JavaScript kods, piemēram, tīmekļa pārlūkprogramma vai Node.js. Šī vide nodrošina nepieciešamās API un mehānismus, lai veicinātu asinhronas operācijas.

Apskatīsim galvenās sastāvdaļas, kas sadarbojas, lai padarītu asinhrono apstrādi par realitāti:

1. Izsaukumu steks (Call Stack)

Izsaukumu steks (Call Stack), pazīstams arī kā izpildes steks, ir vieta, kur JavaScript seko līdzi funkciju izsaukumiem. Kad funkcija tiek izsaukta, tā tiek pievienota steka augšpusē. Kad funkcija pabeidz izpildi, tā tiek noņemta no steka. JavaScript izpilda funkcijas pēc "pēdējais iekšā, pirmais ārā" (Last-In, First-Out jeb LIFO) principa. Ja operācija izsaukumu stekā aizņem ilgu laiku, tā efektīvi bloķē visu pavedienu, un cits kods nevar tikt izpildīts, kamēr šī operācija nav pabeigta.

Apsveriet šo vienkāršo piemēru:

            function first() {
  console.log('First function called');
  second();
}

function second() {
  console.log('Second function called');
  third();
}

function third() {
  console.log('Third function called');
}

first();

            

              
                Copy
              
            
          

Kad tiek izsaukta funkcija first(), tā tiek ievietota stekā. Pēc tam tā izsauc second(), kas tiek ievietota virs first(). Visbeidzot, second() izsauc third(), kas tiek ievietota augšpusē. Kad katra funkcija pabeidz savu darbu, tā tiek noņemta no steka, sākot ar third(), pēc tam second() un visbeidzot first().

2. Web API / Pārlūkprogrammas API (pārlūkprogrammām) un C++ API (Node.js)

Lai gan pats JavaScript ir viena pavediena, pārlūkprogramma (vai Node.js) nodrošina jaudīgas API, kas var apstrādāt ilgstošas operācijas fonā. Šīs API ir ieviestas zemāka līmeņa valodā, bieži C++, un nav daļa no JavaScript dzinēja. Piemēri ietver:

• setTimeout(): Izpilda funkciju pēc noteikta laika aizkaves.
• setInterval(): Atkārtoti izpilda funkciju noteiktā intervālā.
• fetch(): Tīkla pieprasījumu veikšanai (piem., datu izgūšanai no API).
• DOM notikumi: Piemēram, klikšķi, ritināšana, tastatūras notikumi.
• requestAnimationFrame(): Efektīvai animāciju veikšanai.

Kad jūs izsaucat kādu no šīm Web API (piemēram, setTimeout()), pārlūkprogramma pārņem uzdevumu. JavaScript dzinējs negaida, kad tas tiks pabeigts. Tā vietā ar API saistītā atzvanīšanas funkcija tiek nodota pārlūkprogrammas iekšējiem mehānismiem. Kad operācija ir pabeigta (piemēram, taimeris beidzas vai dati ir ielādēti), atzvanīšanas funkcija tiek ievietota rindā.

3. Atzvanīšanas rinda (Callback Queue, arī uzdevumu rinda vai makrouzdevumu rinda)

Atzvanīšanas rinda ir datu struktūra, kas satur atzvanīšanas funkcijas, kuras ir gatavas izpildei. Kad asinhrona operācija (piemēram, setTimeout atzvanīšana vai DOM notikums) pabeidzas, ar to saistītā atzvanīšanas funkcija tiek pievienota šīs rindas beigās. Iedomājieties to kā gaidīšanas rindu uzdevumiem, kas ir gatavi apstrādei galvenajā JavaScript pavedienā.

Būtiski, ka notikumu cilpa pārbauda atzvanīšanas rindu tikai tad, kad izsaukumu steks ir pilnībā tukšs. Tas nodrošina, ka notiekošās sinhronās operācijas netiek pārtrauktas.

4. Mikrouzdevumu rinda (Microtask Queue, arī Job Queue)

Mikrouzdevumu rinda, kas ieviesta salīdzinoši nesen JavaScript, satur atzvanīšanas funkcijas operācijām, kurām ir augstāka prioritāte nekā tām, kas atrodas atzvanīšanas rindā. Tās parasti ir saistītas ar solījumiem (Promises) un async/await sintaksi.

Mikrouzdevumu piemēri:

• Atzvanīšanas funkcijas no solījumiem (.then(), .catch(), .finally()).
• queueMicrotask().
• MutationObserver atzvanīšanas funkcijas.

Notikumu cilpa prioritizē mikrouzdevumu rindu. Pēc katra uzdevuma pabeigšanas izsaukumu stekā, notikumu cilpa pārbauda mikrouzdevumu rindu un izpilda visus pieejamos mikrouzdevumus, pirms pāriet pie nākamā uzdevuma no atzvanīšanas rindas vai veic renderēšanu.

Kā notikumu cilpa organizē asinhronos uzdevumus

Notikumu cilpas galvenais uzdevums ir nepārtraukti uzraudzīt izsaukumu steku un rindas, nodrošinot, ka uzdevumi tiek izpildīti pareizā secībā un lietojumprogramma paliek atsaucīga.

Lūk, nepārtrauktais cikls:

1. Koda izpilde izsaukumu stekā: Notikumu cilpa sāk, pārbaudot, vai ir kāds JavaScript kods, ko izpildīt. Ja ir, tā to izpilda, ievietojot funkcijas izsaukumu stekā un noņemot tās, kad tās pabeidz darbu.
2. Pabeigto asinhrono operāciju pārbaude: Kamēr JavaScript kods darbojas, tas var iniciēt asinhronas operācijas, izmantojot Web API (piem., fetch, setTimeout). Kad šīs operācijas tiek pabeigtas, to attiecīgās atzvanīšanas funkcijas tiek ievietotas atzvanīšanas rindā (makrouzdevumiem) vai mikrouzdevumu rindā (mikrouzdevumiem).
3. Mikrouzdevumu rindas apstrāde: Tiklīdz izsaukumu steks ir tukšs, notikumu cilpa pārbauda mikrouzdevumu rindu. Ja ir kādi mikrouzdevumi, tā tos izpilda vienu pēc otra, līdz mikrouzdevumu rinda ir tukša. Tas notiek pirms jebkādu makrouzdevumu apstrādes.
4. Atzvanīšanas rindas (makrouzdevumu rindas) apstrāde: Pēc tam, kad mikrouzdevumu rinda ir tukša, notikumu cilpa pārbauda atzvanīšanas rindu. Ja ir kādi uzdevumi (makrouzdevumi), tā paņem pirmo no rindas, ievieto to izsaukumu stekā un izpilda.
5. Renderēšana (pārlūkprogrammās): Pēc mikrouzdevumu un makrouzdevuma apstrādes, ja pārlūkprogramma ir renderēšanas kontekstā (piemēram, pēc skripta izpildes beigām vai pēc lietotāja ievades), tā var veikt renderēšanas uzdevumus. Šos renderēšanas uzdevumus var uzskatīt arī par makrouzdevumiem, un tie arī ir pakļauti notikumu cilpas plānošanai.
6. Atkārtot: Tad notikumu cilpa atgriežas pie 1. soļa, nepārtraukti pārbaudot izsaukumu steku un rindas.

Šis nepārtrauktais cikls ir tas, kas ļauj JavaScript apstrādāt šķietami vienlaicīgas operācijas bez patiesas daudzpavedienu darbības.

Ilustratīvi piemēri

Ilustrēsim to ar dažiem praktiskiem piemēriem, kas izceļ notikumu cilpas darbību.

1. piemērs: setTimeout

            console.log('Start');

setTimeout(function callback() {
  console.log('Timeout callback executed');
}, 0);

console.log('End');

            

              
                Copy
              
            
          

Gaidāmais rezultāts:

            Start
End
Timeout callback executed

            

              
                Copy
              
            
          

Skaidrojums:

• console.log('Start'); tiek izpildīts nekavējoties un ievietots/izņemts no izsaukumu steka.
• Tiek izsaukts setTimeout(...). JavaScript dzinējs nodod atzvanīšanas funkciju un aizkavi (0 milisekundes) pārlūkprogrammas Web API. Web API sāk taimeri.
• console.log('End'); tiek izpildīts nekavējoties un ievietots/izņemts no izsaukumu steka.
• Šajā brīdī izsaukumu steks ir tukšs. Notikumu cilpa pārbauda rindas.
• Taimeris, ko iestatījis setTimeout, pat ar 0 aizkavi, tiek uzskatīts par makrouzdevumu. Tiklīdz taimeris beidzas, atzvanīšanas funkcija function callback() {...} tiek ievietota atzvanīšanas rindā.
• Notikumu cilpa redz, ka izsaukumu steks ir tukšs, un pēc tam pārbauda atzvanīšanas rindu. Tā atrod atzvanīšanas funkciju, ievieto to izsaukumu stekā un izpilda to.

Galvenā atziņa šeit ir tāda, ka pat 0 milisekunžu aizkave nenozīmē, ka atzvanīšanas funkcija tiek izpildīta nekavējoties. Tā joprojām ir asinhrona operācija, un tā gaida, kamēr pašreizējais sinhronais kods pabeigsies un izsaukumu steks būs tukšs.

2. piemērs: Solījumi (Promises) un setTimeout

Apvienosim solījumus ar setTimeout, lai redzētu mikrouzdevumu rindas prioritāti.

            console.log('Start');

setTimeout(function setTimeoutCallback() {
  console.log('setTimeout callback');
}, 0);

Promise.resolve().then(function promiseCallback() {
  console.log('Promise callback');
});

console.log('End');

            

              
                Copy
              
            
          

Gaidāmais rezultāts:

            Start
End
Promise callback
setTimeout callback

            

              
                Copy
              
            
          

Skaidrojums:

• Tiek reģistrēts 'Start'.
• setTimeout ieplāno savu atzvanīšanas funkciju atzvanīšanas rindai.
• Promise.resolve().then(...) izveido izpildītu solījumu, un tā .then() atzvanīšanas funkcija tiek ieplānota mikrouzdevumu rindai.
• Tiek reģistrēts 'End'.
• Izsaukumu steks tagad ir tukšs. Notikumu cilpa vispirms pārbauda mikrouzdevumu rindu.
• Tā atrod promiseCallback, izpilda to un reģistrē 'Promise callback'. Mikrouzdevumu rinda tagad ir tukša.
• Pēc tam notikumu cilpa pārbauda atzvanīšanas rindu. Tā atrod setTimeoutCallback, ievieto to izsaukumu stekā un izpilda, reģistrējot 'setTimeout callback'.

Tas skaidri parāda, ka mikrouzdevumi, piemēram, solījumu atzvanīšanas funkcijas, tiek apstrādāti pirms makrouzdevumiem, piemēram, setTimeout atzvanīšanas funkcijām, pat ja pēdējam ir 0 aizkave.

3. piemērs: Secīgas asinhronas operācijas

Iedomājieties, ka dati tiek ielādēti no diviem dažādiem galapunktiem, kur otrais pieprasījums ir atkarīgs no pirmā.

            function fetchData(url) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    console.log(`Fetching data from: ${url}`);
    setTimeout(() => {
      // Simulate network latency
      resolve(`Data from ${url}`);
    }, Math.random() * 1000 + 500); // Simulate 0.5s to 1.5s latency
  });
}

async function processData() {
  console.log('Starting data processing...');

  try {
    const data1 = await fetchData('/api/users');
    console.log('Received:', data1);

    const data2 = await fetchData('/api/posts');
    console.log('Received:', data2);

    console.log('Data processing complete!');
  } catch (error) {
    console.error('Error processing data:', error);
  }
}

processData();
console.log('Initiated data processing.');

            

              
                Copy
              
            
          

Potenciālais rezultāts (ielādes secība var nedaudz atšķirties nejaušo taimautu dēļ):

            
Starting data processing...
Initiated data processing.
Fetching data from: /api/users
Fetching data from: /api/posts
// ... some delay ...
Received: Data from /api/users
Received: Data from /api/posts
Data processing complete!

            

              
                Copy
              
            
          

Skaidrojums:

• Tiek izsaukta processData(), un tiek reģistrēts 'Starting data processing...'.
• async funkcija iestata mikrouzdevumu, lai atsāktu izpildi pēc pirmā await.
• Tiek izsaukta fetchData('/api/users'). Tas reģistrē 'Fetching data from: /api/users' un sāk setTimeout Web API.
• Tiek izpildīts console.log('Initiated data processing.');. Tas ir būtiski: programma turpina izpildīt citus uzdevumus, kamēr tīkla pieprasījumi tiek apstrādāti.
• Sākotnējā processData() izpilde beidzas, ievietojot tās iekšējo asinhrono turpinājumu (pirmajam await) mikrouzdevumu rindā.
• Izsaukumu steks tagad ir tukšs. Notikumu cilpa apstrādā mikrouzdevumu no processData().
• Tiek sasniegts pirmais await. fetchData atzvanīšanas funkcija (no pirmā setTimeout) tiek ieplānota atzvanīšanas rindai, kad taimauts beidzas.
• Notikumu cilpa tad atkal pārbauda mikrouzdevumu rindu. Ja būtu citi mikrouzdevumi, tie tiktu izpildīti. Kad mikrouzdevumu rinda ir tukša, tā pārbauda atzvanīšanas rindu.
• Kad pirmais setTimeout priekš fetchData('/api/users') beidzas, tā atzvanīšanas funkcija tiek ievietota atzvanīšanas rindā. Notikumu cilpa to paņem, izpilda, reģistrē 'Received: Data from /api/users' un atsāk processData asinhrono funkciju, sastopot otro await.
• Šis process atkārtojas otrajam `fetchData` izsaukumam.

Šis piemērs izceļ, kā await aptur async funkcijas izpildi, ļaujot darboties citam kodam, un pēc tam to atsāk, kad gaidītais solījums tiek izpildīts. Atslēgvārds await, izmantojot solījumus un mikrouzdevumu rindu, ir spēcīgs rīks asinhronā koda pārvaldīšanai lasāmākā, secīgā veidā.

Labākā prakse asinhronam JavaScript

Izpratne par notikumu cilpu dod jums iespēju rakstīt efektīvāku un paredzamāku JavaScript kodu. Šeit ir dažas labākās prakses:

• Izmantojiet solījumus (Promises) un async/await: Šīs modernās funkcijas padara asinhrono kodu daudz tīrāku un vieglāk saprotamu nekā tradicionālās atzvanīšanas funkcijas. Tās nevainojami integrējas ar mikrouzdevumu rindu, nodrošinot labāku kontroli pār izpildes secību.
• Uzmanieties no atzvanīšanas elles (Callback Hell): Lai gan atzvanīšanas funkcijas ir fundamentālas, dziļi ligzdotas atzvanīšanas funkcijas var novest pie nepārvaldāma koda. Solījumi un async/await ir lieliski pretlīdzekļi.
• Izprotiet rindu prioritāti: Atcerieties, ka mikrouzdevumi vienmēr tiek apstrādāti pirms makrouzdevumiem. Tas ir svarīgi, veidojot solījumu ķēdes vai izmantojot queueMicrotask.
• Izvairieties no ilgstošām sinhronām operācijām: Jebkurš JavaScript kods, kas aizņem ievērojamu laiku, lai izpildītos izsaukumu stekā, bloķēs notikumu cilpu. Pārnesiet smagus aprēķinus uz citurieni vai apsveriet Web Workers izmantošanu patiesi paralēlai apstrādei, ja nepieciešams.
• Optimizējiet tīkla pieprasījumus: Efektīvi izmantojiet fetch. Apsveriet tādas tehnikas kā pieprasījumu apvienošana vai kešatmiņas izmantošana, lai samazinātu tīkla izsaukumu skaitu.
• Graciozi apstrādājiet kļūdas: Izmantojiet try...catch blokus ar async/await un .catch() ar solījumiem, lai pārvaldītu potenciālās kļūdas asinhrono operāciju laikā.
• Izmantojiet requestAnimationFrame animācijām: Lai nodrošinātu plūstošus vizuālos atjauninājumus, requestAnimationFrame ir priekšroka pār setTimeout vai setInterval, jo tas sinhronizējas ar pārlūkprogrammas pārkrāsošanas ciklu.

Globālie apsvērumi

JavaScript notikumu cilpas principi ir universāli, attiecināmi uz visiem izstrādātājiem neatkarīgi no viņu atrašanās vietas vai gala lietotāju atrašanās vietas. Tomēr ir daži globāli apsvērumi:

• Tīkla latentums: Lietotāji dažādās pasaules daļās piedzīvos atšķirīgu tīkla latentumu, ielādējot datus. Jūsu asinhronajam kodam jābūt pietiekami robustam, lai graciozi apstrādātu šīs atšķirības. Tas nozīmē pareizu taimautu, kļūdu apstrādes un, iespējams, rezerves mehānismu ieviešanu.
• Ierīces veiktspēja: Vecākām vai mazāk jaudīgām ierīcēm, kas ir izplatītas daudzos jaunattīstības tirgos, var būt lēnāki JavaScript dzinēji un mazāk pieejama atmiņa. Efektīvs asinhronais kods, kas nenoslogo resursus, ir būtisks labai lietotāja pieredzei visur.
• Laika joslas: Lai gan pašu notikumu cilpu laika joslas tieši neietekmē, servera puses operāciju plānošana, ar kurām jūsu JavaScript varētu mijiedarboties, var būt atkarīga no tām. Nodrošiniet, ka jūsu aizmugures loģika pareizi apstrādā laika joslu konvertēšanu, ja tas ir aktuāli.
• Pieejamība: Pārliecinieties, ka jūsu asinhronās operācijas negatīvi neietekmē lietotājus, kuri paļaujas uz palīgtehnoloģijām. Piemēram, nodrošiniet, ka atjauninājumi, kas radušies asinhrono operāciju rezultātā, tiek paziņoti ekrāna lasītājiem.

Noslēgums

JavaScript notikumu cilpa ir fundamentāls jēdziens jebkuram izstrādātājam, kurš strādā ar JavaScript. Tas ir neapdziedātais varonis, kas ļauj mūsu tīmekļa lietojumprogrammām būt interaktīvām, atsaucīgām un veiktspējīgām, pat saskaroties ar potenciāli laikietilpīgām operācijām. Izprotot mijiedarbību starp izsaukumu steku, Web API un atzvanīšanas/mikrouzdevumu rindām, jūs iegūstat spēju rakstīt robustāku un efektīvāku asinhrono kodu.

Neatkarīgi no tā, vai jūs veidojat vienkāršu interaktīvu komponentu vai sarežģītu vienas lapas lietojumprogrammu, notikumu cilpas apgūšana ir atslēga, lai nodrošinātu izcilu lietotāja pieredzi globālai auditorijai. Tā ir liecība elegantam dizainam, ka viena pavediena valoda var sasniegt tik sarežģītu vienlaicīgumu.

Turpinot savu ceļu tīmekļa izstrādē, paturiet prātā notikumu cilpu. Tas nav tikai akadēmisks jēdziens; tas ir praktiskais dzinējs, kas virza moderno tīmekli.