JavaScript Event Loop: การเรียนรู้ลำดับความสำคัญของ Task Queue และการจัดตาราง Microtask สำหรับนักพัฒนาระดับโลก

ในโลกที่ไม่หยุดนิ่งของการพัฒนาเว็บและแอปพลิเคชันฝั่งเซิร์ฟเวอร์ การทำความเข้าใจวิธีการที่ JavaScript ประมวลผลโค้ดเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง สำหรับนักพัฒนาทั่วโลก การเจาะลึก JavaScript Event Loop ไม่ใช่แค่เป็นประโยชน์เท่านั้น แต่ยังจำเป็นสำหรับการสร้างแอปพลิเคชันที่มีประสิทธิภาพ ตอบสนอง และคาดการณ์ได้ โพสต์นี้จะไขความลับของ Event Loop โดยเน้นที่แนวคิดที่สำคัญของลำดับความสำคัญของ Task Queue และการจัดตาราง Microtask โดยให้ข้อมูลเชิงลึกที่นำไปปฏิบัติได้จริงสำหรับผู้ฟังนานาชาติที่หลากหลาย

พื้นฐาน: JavaScript ประมวลผลโค้ดอย่างไร

ก่อนที่เราจะเจาะลึกความซับซ้อนของ Event Loop สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจรูปแบบการดำเนินการพื้นฐานของ JavaScript ตามธรรมเนียมแล้ว JavaScript เป็นภาษา Single-threaded ซึ่งหมายความว่าสามารถดำเนินการได้ครั้งละหนึ่งรายการเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ความมหัศจรรย์ของ JavaScript สมัยใหม่อยู่ที่ความสามารถในการจัดการการดำเนินการ Asynchronous โดยไม่บล็อก Main Thread ทำให้แอปพลิเคชันรู้สึกตอบสนองได้ดี

สิ่งนี้ทำได้โดยการรวมกันของ:

• The Call Stack: นี่คือที่ที่การเรียกฟังก์ชันได้รับการจัดการ เมื่อมีการเรียกฟังก์ชัน ฟังก์ชันนั้นจะถูกเพิ่มลงในส่วนบนสุดของ Stack เมื่อฟังก์ชันส่งคืน ฟังก์ชันนั้นจะถูกลบออกจากส่วนบนสุด การดำเนินการโค้ด Synchronous จะเกิดขึ้นที่นี่
• The Web APIs (ในเบราว์เซอร์) หรือ C++ APIs (ใน Node.js): นี่คือฟังก์ชันที่จัดทำโดยสภาพแวดล้อมที่ JavaScript ทำงาน (เช่น setTimeout, DOM events, fetch) เมื่อพบกับการดำเนินการ Asynchronous การดำเนินการนั้นจะถูกส่งต่อไปยัง API เหล่านี้
• The Callback Queue (หรือ Task Queue): เมื่อการดำเนินการ Asynchronous ที่เริ่มต้นโดย Web API เสร็จสมบูรณ์ (เช่น ตัวจับเวลาหมดอายุ คำขอเครือข่ายเสร็จสิ้น) ฟังก์ชัน Callback ที่เกี่ยวข้องจะถูกวางไว้ใน Callback Queue
• The Event Loop: นี่คือผู้ควบคุมวงออเคสตรา มันจะตรวจสอบ Call Stack และ Callback Queue อย่างต่อเนื่อง เมื่อ Call Stack ว่างเปล่า มันจะนำ Callback แรกจาก Callback Queue และผลักดันไปยัง Call Stack เพื่อดำเนินการ

โมเดลพื้นฐานนี้อธิบายวิธีการจัดการ Task Asynchronous อย่างง่าย เช่น setTimeout อย่างไรก็ตาม การนำ Promises, async/await และคุณสมบัติที่ทันสมัยอื่น ๆ มาใช้ ได้แนะนำระบบที่ละเอียดอ่อนยิ่งขึ้นซึ่งเกี่ยวข้องกับ Microtasks

แนะนำ Microtasks: ลำดับความสำคัญที่สูงกว่า

Callback Queue แบบดั้งเดิมมักเรียกว่า Macrotask Queue หรือเพียงแค่ Task Queue ในทางตรงกันข้าม Microtasks แสดงถึง Queue แยกต่างหากที่มีลำดับความสำคัญสูงกว่า Macrotasks ความแตกต่างนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำความเข้าใจลำดับการดำเนินการที่แม่นยำสำหรับการดำเนินการ Asynchronous

อะไรคือ Microtask

• Promises: Fulfillment หรือ Rejection Callback ของ Promises ถูกกำหนดตารางเวลาเป็น Microtasks ซึ่งรวมถึง Callback ที่ส่งไปยัง .then(), .catch() และ .finally()
• queueMicrotask(): ฟังก์ชัน JavaScript ดั้งเดิมที่ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อเพิ่ม Task ลงใน Microtask Queue
• Mutation Observers: สิ่งเหล่านี้ใช้เพื่อสังเกตการเปลี่ยนแปลง DOM และทริกเกอร์ Callback แบบ Asynchronous
• process.nextTick() (เฉพาะ Node.js): แม้ว่าจะมีแนวคิดคล้ายกัน process.nextTick() ใน Node.js มีลำดับความสำคัญที่สูงกว่า และทำงานก่อน I/O Callback หรือ Timers ใด ๆ ทำหน้าที่เป็น Microtask ระดับสูงกว่าอย่างมีประสิทธิภาพ

วงจรขั้นสูงของ Event Loop

การทำงานของ Event Loop มีความซับซ้อนมากขึ้นด้วยการแนะนำ Microtask Queue นี่คือวิธีการทำงานของวงจรขั้นสูง:

1. Execute Current Call Stack: Event Loop จะตรวจสอบให้แน่ใจว่า Call Stack ว่างเปล่าก่อน
2. Process Microtasks: เมื่อ Call Stack ว่างเปล่า Event Loop จะตรวจสอบ Microtask Queue มันจะดำเนินการ all Microtasks ที่อยู่ใน Queue ทีละรายการจนกว่า Microtask Queue จะว่างเปล่า นี่คือความแตกต่างที่สำคัญ: Microtasks จะถูกประมวลผลเป็นชุดหลังจาก Macrotask หรือการดำเนินการ Script แต่ละครั้ง
3. Render Updates (Browser): หากสภาพแวดล้อม JavaScript เป็นเบราว์เซอร์ มันอาจทำการ Render Updates หลังจากประมวลผล Microtasks
4. Process Macrotasks: หลังจาก Microtasks ทั้งหมดถูกล้าง Event Loop จะเลือก Macrotask ถัดไป (เช่น จาก Callback Queue จาก Timer Queue เช่น setTimeout จาก I/O Queue) และผลักดันไปยัง Call Stack
5. Repeat: จากนั้นวงจรจะวนซ้ำจากขั้นตอนที่ 1

ซึ่งหมายความว่าการดำเนินการ Macrotask เดียวสามารถนำไปสู่การดำเนินการ Microtasks จำนวนมากก่อนที่จะพิจารณา Macrotask ถัดไป สิ่งนี้อาจมีนัยสำคัญต่อการรับรู้ถึงการตอบสนองและลำดับการดำเนินการ

ทำความเข้าใจลำดับความสำคัญของ Task Queue: มุมมองเชิงปฏิบัติ

ลองยกตัวอย่างเชิงปฏิบัติที่เกี่ยวข้องกับนักพัฒนาทั่วโลก โดยพิจารณาสถานการณ์ที่แตกต่างกัน:

ตัวอย่างที่ 1: `setTimeout` vs. `Promise`

พิจารณาส่วนย่อยของโค้ดต่อไปนี้:

            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
              
            
          

คุณคิดว่าผลลัพธ์จะเป็นอย่างไร สำหรับนักพัฒนาในลอนดอน นิวยอร์ก โตเกียว หรือซิดนีย์ ความคาดหวังควรสอดคล้องกัน:

1. console.log('Start'); จะถูกดำเนินการทันทีเนื่องจากอยู่ใน Call Stack
2. setTimeout ถูกพบ ตัวจับเวลาถูกตั้งค่าเป็น 0ms แต่ที่สำคัญ ฟังก์ชัน Callback จะถูกวางไว้ใน Macrotask Queue หลังจากที่ตัวจับเวลาหมดอายุ (ซึ่งเป็นทันที)
3. Promise.resolve().then(...) ถูกพบ Promise จะแก้ไขทันที และฟังก์ชัน Callback จะถูกวางไว้ใน Microtask Queue
4. console.log('End'); จะถูกดำเนินการทันที

ตอนนี้ Call Stack ว่างเปล่า วงจรของ Event Loop เริ่มต้นขึ้น:

• มันตรวจสอบ Microtask Queue พบ promiseCallback1 และดำเนินการ
• ตอนนี้ Microtask Queue ว่างเปล่า
• มันตรวจสอบ Macrotask Queue พบ callback1 (จาก setTimeout) และผลักดันไปยัง Call Stack
• callback1 ดำเนินการ โดยบันทึก 'Timeout Callback 1'

ดังนั้น ผลลัพธ์จะเป็น:

            Start
End
Promise Callback 1
Timeout Callback 1

            

              
                Copy
              
            
          

สิ่งนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่า Microtasks (Promises) จะถูกประมวลผลก่อน Macrotasks (setTimeout) แม้ว่า `setTimeout` จะมีความล่าช้า 0

ตัวอย่างที่ 2: Nested Asynchronous Operations

ลองสำรวจสถานการณ์ที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นที่เกี่ยวข้องกับการดำเนินการ Nested:

            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
              
            
          

มาติดตามการดำเนินการกัน:

1. console.log('Script Start'); บันทึก 'Script Start'
2. พบ setTimeout ครั้งแรก Callback (ให้เราเรียกว่า `timeout1Callback`) ถูกจัดคิวเป็น Macrotask
3. พบ Promise.resolve().then(...) ครั้งแรก Callback (`promise1Callback`) ถูกจัดคิวเป็น Microtask
4. console.log('Script End'); บันทึก 'Script End'

ตอนนี้ Call Stack ว่างเปล่า Event Loop เริ่มต้นขึ้น:

Microtask Queue Processing (รอบที่ 1):

• Event Loop พบ `promise1Callback` ใน Microtask Queue
• `promise1Callback` ดำเนินการ:
• บันทึก 'Promise 1'
• พบ setTimeout Callback (`timeout2Callback`) ถูกจัดคิวเป็น Macrotask
• พบ Promise.resolve().then(...) อีก Callback (`promise1.2Callback`) ถูกจัดคิวเป็น Microtask
• ตอนนี้ Microtask Queue มี `promise1.2Callback`
• Event Loop ดำเนินการประมวลผล Microtasks ต่อ พบ `promise1.2Callback` และดำเนินการ
• ตอนนี้ Microtask Queue ว่างเปล่า

Macrotask Queue Processing (รอบที่ 1):

• Event Loop ตรวจสอบ Macrotask Queue พบ `timeout1Callback`
• `timeout1Callback` ดำเนินการ:
• บันทึก 'setTimeout 1'
• พบ Promise.resolve().then(...) Callback (`promise1.1Callback`) ถูกจัดคิวเป็น Microtask
• พบ setTimeout อีก Callback (`timeout1.1Callback`) ถูกจัดคิวเป็น Macrotask
• ตอนนี้ Microtask Queue มี `promise1.1Callback`

Call Stack ว่างเปล่าอีกครั้ง Event Loop รีสตาร์ทวงจร

Microtask Queue Processing (รอบที่ 2):

• Event Loop พบ `promise1.1Callback` ใน Microtask Queue และดำเนินการ
• ตอนนี้ Microtask Queue ว่างเปล่า

Macrotask Queue Processing (รอบที่ 2):

• Event Loop ตรวจสอบ Macrotask Queue พบ `timeout2Callback` (จาก setTimeout ที่ซ้อนกันของ setTimeout แรก)
• `timeout2Callback` ดำเนินการ บันทึก 'setTimeout 2'
• ตอนนี้ Macrotask Queue มี `timeout1.1Callback`

Call Stack ว่างเปล่าอีกครั้ง Event Loop รีสตาร์ทวงจร

Microtask Queue Processing (รอบที่ 3):

• Microtask Queue ว่างเปล่า

Macrotask Queue Processing (รอบที่ 3):

• Event Loop พบ `timeout1.1Callback` และดำเนินการ บันทึก 'setTimeout 1.1'

ตอนนี้ Queue ว่างเปล่า ผลลัพธ์สุดท้ายจะเป็น:

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

            

              
                Copy
              
            
          

ตัวอย่างนี้เน้นว่า Macrotask เดียวสามารถทริกเกอร์ปฏิกิริยาลูกโซ่ของ Microtasks ซึ่งทั้งหมดจะถูกประมวลผลก่อนที่ Event Loop จะพิจารณา Macrotask ถัดไปได้อย่างไร

ตัวอย่างที่ 3: `requestAnimationFrame` vs. `setTimeout`

ในสภาพแวดล้อมของเบราว์เซอร์ requestAnimationFrame เป็นกลไกการจัดตารางเวลาที่น่าสนใจอีกอย่างหนึ่ง มันได้รับการออกแบบมาสำหรับแอนิเมชัน และโดยทั่วไปจะถูกประมวลผลหลังจาก Macrotasks แต่ก่อน Render Updates อื่น ๆ โดยทั่วไปลำดับความสำคัญจะสูงกว่า setTimeout(..., 0) แต่ต่ำกว่า Microtasks

พิจารณา:

            console.log('Start');

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

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

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

console.log('End');

            

              
                Copy
              
            
          

ผลลัพธ์ที่คาดหวัง:

            Start
End
Promise
setTimeout
requestAnimationFrame

            

              
                Copy
              
            
          

นี่คือเหตุผล:

1. การดำเนินการ Script บันทึก 'Start', 'End', จัดคิว Macrotask สำหรับ setTimeout และจัดคิว Microtask สำหรับ Promise
2. Event Loop ประมวลผล Microtask: 'Promise' ถูกบันทึก
3. จากนั้น Event Loop ประมวลผล Macrotask: 'setTimeout' ถูกบันทึก
4. หลังจากจัดการ Macrotasks และ Microtasks แล้ว Pipeline การ Render ของเบราว์เซอร์จะเริ่มทำงาน โดยทั่วไป requestAnimationFrame Callback จะถูกดำเนินการในขั้นตอนนี้ ก่อนที่จะวาด Frame ถัดไป ดังนั้น 'requestAnimationFrame' จึงถูกบันทึก

สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับนักพัฒนาระดับโลกที่สร้าง UI แบบโต้ตอบ เพื่อให้มั่นใจว่าแอนิเมชันยังคงราบรื่นและตอบสนองได้

ข้อมูลเชิงลึกที่นำไปปฏิบัติได้จริงสำหรับนักพัฒนาระดับโลก

การทำความเข้าใจกลไกของ Event Loop ไม่ใช่แบบฝึกหัดเชิงวิชาการ มันมีประโยชน์ที่จับต้องได้สำหรับการสร้างแอปพลิเคชันที่แข็งแกร่งทั่วโลก:

• Predictable Performance: ด้วยการทราบลำดับการดำเนินการ คุณสามารถคาดการณ์ได้ว่าโค้ดของคุณจะมีลักษณะอย่างไร โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องจัดการกับการโต้ตอบของผู้ใช้ คำขอเครือข่าย หรือตัวจับเวลา สิ่งนี้นำไปสู่ประสิทธิภาพของแอปพลิเคชันที่คาดการณ์ได้มากขึ้น โดยไม่คำนึงถึงตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ของผู้ใช้หรือความเร็วอินเทอร์เน็ต
• Avoiding Unexpected Behavior: การเข้าใจผิดเกี่ยวกับ Microtask vs. Macrotask Priority อาจนำไปสู่ความล่าช้าที่ไม่คาดคิดหรือการดำเนินการที่ผิดลำดับ ซึ่งอาจทำให้หงุดหงิดเป็นพิเศษเมื่อ Debugging ระบบ Distributed หรือแอปพลิเคชันที่มีเวิร์กโฟลว์ Asynchronous ที่ซับซ้อน
• Optimizing User Experience: สำหรับแอปพลิเคชันที่ให้บริการผู้ชมทั่วโลก การตอบสนองเป็นสิ่งสำคัญ ด้วยการใช้ Promises และ async/await (ซึ่งอาศัย Microtasks) อย่างมีกลยุทธ์สำหรับการอัปเดตที่ละเอียดอ่อนต่อเวลา คุณสามารถมั่นใจได้ว่า UI ยังคงลื่นไหลและโต้ตอบได้ แม้ว่าการดำเนินการเบื้องหลังจะเกิดขึ้น ตัวอย่างเช่น การอัปเดตส่วนสำคัญของ UI ทันทีหลังจากการกระทำของผู้ใช้ ก่อนที่จะประมวลผล Task เบื้องหลังที่สำคัญน้อยกว่า
• Efficient Resource Management (Node.js): ในสภาพแวดล้อม Node.js การทำความเข้าใจ process.nextTick() และความสัมพันธ์กับ Microtasks และ Macrotasks อื่น ๆ เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการจัดการการดำเนินการ I/O Asynchronous อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อให้มั่นใจว่า Callback ที่สำคัญจะถูกประมวลผลทันที
• Debugging Complex Asynchronicity: เมื่อ Debugging การใช้ Browser Developer Tools (เช่น แท็บ Performance ของ Chrome DevTools) หรือเครื่องมือ Debugging Node.js สามารถแสดงกิจกรรมของ Event Loop ได้อย่างเห็นภาพ ช่วยให้คุณระบุ Bottleneck และทำความเข้าใจ Flow ของการดำเนินการ

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับโค้ด Asynchronous

• Prefer Promises and async/await for immediate continuations: หากผลลัพธ์ของการดำเนินการ Asynchronous จำเป็นต้องทริกเกอร์การดำเนินการหรืออัปเดตทันที Promises หรือ async/await โดยทั่วไปจะได้รับการตั้งค่าตามกำหนดการ Microtask ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ถึงการดำเนินการที่เร็วกว่าเมื่อเทียบกับ setTimeout(..., 0)
• Use setTimeout(..., 0) to yield to the Event Loop: บางครั้งคุณอาจต้องการเลื่อน Task ไปยัง Macrotask Cycle ถัดไป ตัวอย่างเช่น เพื่ออนุญาตให้เบราว์เซอร์ Render Updates หรือเพื่อแบ่งการดำเนินการ Synchronous ที่ใช้เวลานาน
• Be Mindful of Nested Asynchronicity: ดังที่เห็นในตัวอย่าง การเรียก Asynchronous ที่ซ้อนกันอย่างลึกซึ้งสามารถทำให้โค้ดเข้าใจยากขึ้น พิจารณา Flattening ตรรกะ Asynchronous ของคุณ หากเป็นไปได้ หรือใช้ Library ที่ช่วยจัดการ Flow Asynchronous ที่ซับซ้อน
• Understand Environment Differences: แม้ว่าหลักการ Event Loop หลักจะคล้ายกัน พฤติกรรมเฉพาะ (เช่น process.nextTick() ใน Node.js) อาจแตกต่างกันไป ตระหนักถึงสภาพแวดล้อมที่โค้ดของคุณทำงานอยู่เสมอ
• Test Across Different Conditions: สำหรับผู้ชมทั่วโลก ให้ทดสอบการตอบสนองของแอปพลิเคชันของคุณภายใต้สภาวะเครือข่ายและความสามารถของอุปกรณ์ที่หลากหลาย เพื่อให้มั่นใจถึงประสบการณ์ที่สอดคล้องกัน

บทสรุป

JavaScript Event Loop พร้อม Queue ที่แตกต่างกันสำหรับ Microtasks และ Macrotasks คือเครื่องยนต์เงียบ ๆ ที่ขับเคลื่อนลักษณะ Asynchronous ของ JavaScript สำหรับนักพัฒนาทั่วโลก การทำความเข้าใจระบบลำดับความสำคัญอย่างละเอียด ไม่ใช่แค่เรื่องความอยากรู้อยากเห็นทางวิชาการ แต่เป็นความจำเป็นเชิงปฏิบัติในการสร้างแอปพลิเคชันคุณภาพสูง ตอบสนอง และมีประสิทธิภาพ ด้วยการเรียนรู้การทำงานร่วมกันระหว่าง Call Stack, Microtask Queue และ Macrotask Queue คุณสามารถเขียนโค้ดที่คาดการณ์ได้มากขึ้น ปรับปรุงประสบการณ์ของผู้ใช้ และจัดการกับความท้าทาย Asynchronous ที่ซับซ้อนได้อย่างมั่นใจในทุกสภาพแวดล้อมการพัฒนา

ทดลองต่อไป เรียนรู้ต่อไป และมีความสุขกับการเขียนโค้ด!