Цикл подій JavaScript: освоєння пріоритету черг завдань та планування мікрозавдань для розробників з усього світу

У динамічному світі веб-розробки та серверних застосунків розуміння того, як JavaScript виконує код, є першочерговим. Для розробників по всьому світу глибоке занурення в цикл подій JavaScript не просто корисне, а необхідне для створення продуктивних, чутливих і передбачуваних застосунків. Ця стаття розвіє міфи про цикл подій, зосередившись на критичних поняттях пріоритету черги завдань та планування мікрозавдань, надаючи практичні поради для різноманітної міжнародної аудиторії.

Основи: як JavaScript виконує код

Перш ніж заглибитися в тонкощі циклу подій, важливо зрозуміти фундаментальну модель виконання JavaScript. Традиційно JavaScript є однопотоковою мовою. Це означає, що вона може виконувати лише одну операцію за раз. Однак магія сучасного JavaScript полягає в його здатності обробляти асинхронні операції, не блокуючи основний потік, що робить застосунки надзвичайно чутливими.

Це досягається завдяки комбінації:

• Стек викликів (The Call Stack): Тут керуються виклики функцій. Коли функція викликається, вона додається на вершину стека. Коли функція повертає значення, її видаляють з вершини. Синхронне виконання коду відбувається тут.
• Web API (у браузерах) або C++ API (у Node.js): Це функціональні можливості, що надаються середовищем, в якому працює JavaScript (наприклад, setTimeout, події DOM, fetch). Коли зустрічається асинхронна операція, вона передається цим API.
• Черга зворотних викликів (The Callback Queue) або черга завдань (Task Queue): Як тільки асинхронна операція, ініційована Web API, завершується (наприклад, таймер спливає, мережевий запит завершується), її відповідна функція зворотного виклику поміщається в чергу зворотних викликів.
• Цикл подій (The Event Loop): Це оркестратор. Він постійно відстежує стек викликів та чергу зворотних викликів. Коли стек викликів порожній, він бере перший зворотний виклик з черги та поміщає його в стек для виконання.

Ця базова модель пояснює, як обробляються прості асинхронні завдання, такі як setTimeout. Однак з появою промісів (Promises), async/await та інших сучасних функцій виникла більш витончена система, що включає мікрозавдання.

Представляємо мікрозавдання: вищий пріоритет

Традиційну чергу зворотних викликів часто називають чергою макрозавдань (Macrotask Queue) або просто чергою завдань (Task Queue). На противагу цьому, мікрозавдання (Microtasks) представляють собою окрему чергу з вищим пріоритетом, ніж макрозавдання. Ця відмінність є життєво важливою для розуміння точного порядку виконання асинхронних операцій.

Що є мікрозавданням?

• Проміси (Promises): Коллбеки виконання або відхилення промісів плануються як мікрозавдання. Це включає коллбеки, передані в .then(), .catch() та .finally().
• queueMicrotask(): Нативна функція JavaScript, спеціально розроблена для додавання завдань у чергу мікрозавдань.
• Mutation Observers: Використовуються для спостереження за змінами в DOM та асинхронного виклику коллбеків.
• process.nextTick() (специфічно для Node.js): Хоча концептуально схожий, process.nextTick() у Node.js має ще вищий пріоритет і виконується перед будь-якими коллбеками I/O або таймерами, фактично діючи як мікрозавдання вищого рівня.

Розширений цикл подій

Робота циклу подій стає складнішою з введенням черги мікрозавдань. Ось як працює розширений цикл:

1. Виконання поточного стека викликів: Цикл подій спочатку переконується, що стек викликів порожній.
2. Обробка мікрозавдань: Як тільки стек викликів стає порожнім, цикл подій перевіряє чергу мікрозавдань. Він виконує всі мікрозавдання, присутні в черзі, одне за одним, доки черга мікрозавдань не стане порожньою. Це критична відмінність: мікрозавдання обробляються пакетами після кожного макрозавдання або виконання скрипта.
3. Оновлення рендерингу (браузер): Якщо середовищем JavaScript є браузер, він може виконати оновлення рендерингу після обробки мікрозавдань.
4. Обробка макрозавдань: Після того, як усі мікрозавдання виконані, цикл подій обирає наступне макрозавдання (наприклад, з черги зворотних викликів, з черг таймерів, як setTimeout, з черг вводу/виводу) і поміщає його в стек викликів.
5. Повторення: Потім цикл повторюється з кроку 1.

Це означає, що виконання одного макрозавдання може потенційно призвести до виконання численних мікрозавдань, перш ніж буде розглянуто наступне макрозавдання. Це може мати значні наслідки для сприйняття чутливості та порядку виконання.

Розуміння пріоритету черги завдань: практичний погляд

Проілюструймо це на практичних прикладах, актуальних для розробників у всьому світі, розглядаючи різні сценарії:

Приклад 1: `setTimeout` проти `Promise`

Розглянемо наступний фрагмент коду:

            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
              
            
          

Як ви думаєте, яким буде вивід? Для розробників у Лондоні, Нью-Йорку, Токіо чи Сіднеї очікування має бути однаковим:

1. console.log('Start'); виконується негайно, оскільки знаходиться в стеку викликів.
2. Зустрічається setTimeout. Таймер встановлюється на 0 мс, але важливо, що його функція зворотного виклику поміщається в чергу макрозавдань після закінчення таймера (що відбувається негайно).
3. Зустрічається Promise.resolve().then(...). Проміс негайно виконується, і його функція зворотного виклику поміщається в чергу мікрозавдань.
4. console.log('End'); виконується негайно.

Тепер стек викликів порожній. Починається цикл подій:

• Він перевіряє чергу мікрозавдань. Знаходить promiseCallback1 і виконує його.
• Черга мікрозавдань тепер порожня.
• Він перевіряє чергу макрозавдань. Знаходить callback1 (з setTimeout) і поміщає його в стек викликів.
• callback1 виконується, виводячи 'Timeout Callback 1'.

Отже, вивід буде таким:

            Start
End
Promise Callback 1
Timeout Callback 1

            

              
                Copy
              
            
          

Це чітко демонструє, що мікрозавдання (проміси) обробляються перед макрозавданнями (setTimeout), навіть якщо `setTimeout` має затримку 0.

Приклад 2: Вкладені асинхронні операції

Давайте розглянемо складніший сценарій із вкладеними операціями:

            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
              
            
          

Простежимо виконання:

1. console.log('Script Start'); виводить 'Script Start'.
2. Зустрічається перший setTimeout. Його коллбек (назвемо його `timeout1Callback`) додається в чергу як макрозавдання.
3. Зустрічається перший Promise.resolve().then(...). Його коллбек (`promise1Callback`) додається в чергу як мікрозавдання.
4. console.log('Script End'); виводить 'Script End'.

Стек викликів тепер порожній. Цикл подій починає роботу:

Обробка черги мікрозавдань (Раунд 1):

• Цикл подій знаходить `promise1Callback` у черзі мікрозавдань.
• `promise1Callback` виконується:
• Виводить 'Promise 1'.
• Зустрічає setTimeout. Його коллбек (`timeout2Callback`) додається в чергу як макрозавдання.
• Зустрічає ще один Promise.resolve().then(...). Його коллбек (`promise1.2Callback`) додається в чергу як мікрозавдання.
• Черга мікрозавдань тепер містить `promise1.2Callback`.
• Цикл подій продовжує обробку мікрозавдань. Він знаходить `promise1.2Callback` і виконує його.
• Черга мікрозавдань тепер порожня.

Обробка черги макрозавдань (Раунд 1):

• Цикл подій перевіряє чергу макрозавдань. Він знаходить `timeout1Callback`.
• `timeout1Callback` виконується:
• Виводить 'setTimeout 1'.
• Зустрічає Promise.resolve().then(...). Його коллбек (`promise1.1Callback`) додається в чергу як мікрозавдання.
• Зустрічає ще один setTimeout. Його коллбек (`timeout1.1Callback`) додається в чергу як макрозавдання.
• Черга мікрозавдань тепер містить `promise1.1Callback`.

Стек викликів знову порожній. Цикл подій перезапускає свій цикл.

Обробка черги мікрозавдань (Раунд 2):

• Цикл подій знаходить `promise1.1Callback` у черзі мікрозавдань і виконує його.
• Черга мікрозавдань тепер порожня.

Обробка черги макрозавдань (Раунд 2):

• Цикл подій перевіряє чергу макрозавдань. Він знаходить `timeout2Callback` (з вкладеного setTimeout першого setTimeout).
• `timeout2Callback` виконується, виводячи 'setTimeout 2'.
• Черга макрозавдань тепер містить `timeout1.1Callback`.

Стек викликів знову порожній. Цикл подій перезапускає свій цикл.

Обробка черги мікрозавдань (Раунд 3):

• Черга мікрозавдань порожня.

Обробка черги макрозавдань (Раунд 3):

• Цикл подій знаходить `timeout1.1Callback` і виконує його, виводячи 'setTimeout 1.1'.

Черги тепер порожні. Кінцевий вивід буде таким:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Цей приклад підкреслює, як одне макрозавдання може запустити ланцюгову реакцію мікрозавдань, які всі обробляються, перш ніж цикл подій розгляне наступне макрозавдання.

Приклад 3: `requestAnimationFrame` проти `setTimeout`

У браузерних середовищах requestAnimationFrame є ще одним цікавим механізмом планування. Він призначений для анімацій і зазвичай обробляється після макрозавдань, але перед іншими оновленнями рендерингу. Його пріоритет, як правило, вищий, ніж у setTimeout(..., 0), але нижчий, ніж у мікрозавдань.

Розглянемо:

            console.log('Start');

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

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

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

console.log('End');

            

              
                Copy
              
            
          

Очікуваний вивід:

            Start
End
Promise
setTimeout
requestAnimationFrame

            

              
                Copy
              
            
          

Ось чому:

1. Виконання скрипта виводить 'Start', 'End', ставить у чергу макрозавдання для setTimeout і мікрозавдання для промісу.
2. Цикл подій обробляє мікрозавдання: виводиться 'Promise'.
3. Потім цикл подій обробляє макрозавдання: виводиться 'setTimeout'.
4. Після обробки макро- та мікрозавдань вмикається конвеєр рендерингу браузера. Коллбеки requestAnimationFrame зазвичай виконуються на цьому етапі, перед відмальовкою наступного кадру. Отже, виводиться 'requestAnimationFrame'.

Це має вирішальне значення для будь-якого глобального розробника, який створює інтерактивні інтерфейси, забезпечуючи плавність та чутливість анімацій.

Практичні поради для розробників з усього світу

Розуміння механіки циклу подій — це не академічна вправа; воно має відчутні переваги для створення надійних застосунків у всьому світі:

• Передбачувана продуктивність: Знаючи порядок виконання, ви можете передбачити, як поводитиметься ваш код, особливо при роботі з взаємодією користувачів, мережевими запитами або таймерами. Це призводить до більш передбачуваної продуктивності застосунку, незалежно від географічного розташування користувача або швидкості інтернету.
• Уникнення несподіваної поведінки: Нерозуміння пріоритету мікро- та макрозавдань може призвести до несподіваних затримок або виконання не по порядку, що може бути особливо неприємним при налагодженні розподілених систем або застосунків зі складною асинхронною логікою.
• Оптимізація користувацького досвіду: Для застосунків, що обслуговують глобальну аудиторію, чутливість є ключовою. Стратегічно використовуючи проміси та async/await (які покладаються на мікрозавдання) для чутливих до часу оновлень, ви можете забезпечити, що інтерфейс залишається плавним та інтерактивним, навіть коли відбуваються фонові операції. Наприклад, оновлення критичної частини інтерфейсу відразу після дії користувача, перед обробкою менш критичних фонових завдань.
• Ефективне управління ресурсами (Node.js): У середовищах Node.js розуміння process.nextTick() та його зв'язку з іншими мікро- та макрозавданнями є життєво важливим для ефективної обробки асинхронних операцій вводу/виводу, забезпечуючи швидку обробку критичних коллбеків.
• Налагодження складної асинхронності: При налагодженні використання інструментів розробника в браузері (наприклад, вкладка Performance в Chrome DevTools) або інструментів налагодження Node.js може візуально представити діяльність циклу подій, допомагаючи вам виявити вузькі місця та зрозуміти потік виконання.

Найкращі практики для асинхронного коду

• Надавайте перевагу промісам та async/await для негайних продовжень: Якщо результат асинхронної операції має викликати іншу негайну операцію або оновлення, проміси або async/await, як правило, є кращими через їх планування як мікрозавдань, що забезпечує швидше виконання порівняно з setTimeout(..., 0).
• Використовуйте setTimeout(..., 0), щоб поступитися циклу подій: Іноді ви можете захотіти відкласти завдання до наступного циклу макрозавдань. Наприклад, щоб дозволити браузеру відрендерити оновлення або розбити довготривалі синхронні операції.
• Будьте уважні до вкладеної асинхронності: Як видно з прикладів, глибоко вкладені асинхронні виклики можуть ускладнити розуміння коду. Розгляньте можливість спрощення вашої асинхронної логіки, де це можливо, або використовуйте бібліотеки, які допомагають керувати складними асинхронними потоками.
• Розумійте відмінності середовищ: Хоча основні принципи циклу подій схожі, конкретні поведінки (наприклад, process.nextTick() в Node.js) можуть відрізнятися. Завжди будьте в курсі середовища, в якому працює ваш код.
• Тестуйте в різних умовах: Для глобальної аудиторії тестуйте чутливість вашого застосунку в різних мережевих умовах та на пристроях з різними можливостями, щоб забезпечити послідовний досвід.

Висновок

Цикл подій JavaScript з його окремими чергами для мікро- та макрозавдань є тихим двигуном, що живить асинхронну природу JavaScript. Для розробників у всьому світі глибоке розуміння його системи пріоритетів — це не просто питання академічного інтересу, а практична необхідність для створення якісних, чутливих та продуктивних застосунків. Опанувавши взаємодію між стеком викликів, чергою мікрозавдань та чергою макрозавдань, ви зможете писати більш передбачуваний код, оптимізувати користувацький досвід та впевнено вирішувати складні асинхронні завдання в будь-якому середовищі розробки.

Продовжуйте експериментувати, продовжуйте вчитися, і щасливого кодування!