写一个JavaScript框架:比setTimeout更棒的定时执行

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异步代码执行

你可能比较熟悉 Promise、process.nextTick()、setTimeout(),或许还有 requestAnimationFrame()这些异步执行代码的方式。它们内部都使用了事件循环,但是它们在精确计时方面有一些不同。

在这一章里,我将解释它们之间的不同,然后给大家演示怎样在一个类似NX这样的先进框架里面实现一个定时系统。不用我们重新做一个,我们将使用原生的事件循环来达到我们的目的。

事件循环

事件循环甚至没有在 ES6规范里提到。JavaScript自身只有任务(Job)和任务队列(job queue)。更加复杂的事件循环是在NodeJS和HTML5规范里分别定义的,因为这篇是针对前端的,我会在详细说明后者。

事件循环可以被看做某个条件的循环。它不停的寻找新的任务来运行。这个循环中的一次迭代叫做一个滴答(tick)。在一次滴答期间执行的代码称为一次任务(task)。

while (eventLoop.waitForTask()) {    eventLoop.processNextTask()}任务是同步代码,它可以在循环中调度其它任务。一个简单的调用新任务的方式是 setTimeout(taskFn)。不管怎样,任务可能有很多来源,比如用户事件、网络或者DOM操作。

写一个JavaScript框架:比setTimeout更棒的定时执行

任务队列

更复杂一些的是,事件循环可以有多个任务队列。这里有两个约束条件,相同任务源的事件必须在相同的队列,以及任务必须按插入的顺序进行处理。除此之外,浏览器可以做任何它想做的事情。例如,它可以决定接下来处理哪个任务队列。

while (eventLoop.waitForTask()) {    const taskQueue = eventLoop.selectTaskQueue()  if (taskQueue.hasNextTask()) {    taskQueue.processNextTask()  }}用这个模型,我们不能精确的控制定时。如果用 setTimeout()浏览器可能决定先运行完其它几个队列才运行我们的队列。

微任务队列

幸运的是,事件循环还提供了一个叫做微任务(microtask)队列的单一队列。当前任务结束的时候,微任务队列会清空每个滴答里的任务。

while (eventLoop.waitForTask()) {    const taskQueue = eventLoop.selectTaskQueue()  if (taskQueue.hasNextTask()) {    taskQueue.processNextTask()  }  const microtaskQueue = eventLoop.microTaskQueue  while (microtaskQueue.hasNextMicrotask()) {    microtaskQueue.processNextMicrotask()  }}最简单的调用微任务的方法是 Promise.resolve().then(microtaskFn)。微任务按照插入顺序进行处理,并且由于仅存在一个微任务队列,浏览器不会把时间弄乱了。

此外,微任务可以调度新的微任务,它将插入到同一个队列,并在同一个滴答内处理。

绘制Rendering

最后是绘制Rendering调度,不同于事件处理和分解,绘制并不是在单独的后台任务完成的。它是一个可以运行在每个循环滴答结束时的算法。

在这里浏览器又有了许多自由:它可能在每个任务以后绘制,但是它也可能在好几百个任务都执行了以后也不绘制。

幸运的是,我们有 requestAnimationFrame(),它在下一个绘制之前执行传递的函数。我们最终的事件模型像这样:

while (eventLoop.waitForTask()) {    const taskQueue = eventLoop.selectTaskQueue()  if (taskQueue.hasNextTask()) {    taskQueue.processNextTask()  }  const microtaskQueue = eventLoop.microTaskQueue  while (microtaskQueue.hasNextMicrotask()) {    microtaskQueue.processNextMicrotask()  }  if (shouldRender()) {    applyScrollResizeAndCSS()    runAnimationFrames()    render()  }}现在用我们所知道知识来创建定时系统!

利用事件循环

和大多数现代框架一样,NX 也是基于DOM操作和数据绑定的。批量操作和异步执行以取得更好的性能表现。基于以上理由我们用 Promises、 MutationObservers 和 requestAnimationFrame()。

我们所期望的定时器是这样的:

代码来自于开发者

数据绑定和DOM操作由NX来执行

开发者定义事件钩子

浏览器进行绘制

步骤1

NX寄存器对象基于 ES6代理 以及DOM变动基于MutationObserver (变动观测器)同步运行(下一节详细介绍)。它作为一个微任务延迟直到步骤2执行以后才做出反应。这个延迟已经在Promise.resolve().then(reaction) 进行了对象转换,并且它将通过变动观测器自动运行。

步骤2

来自开发者的代码(任务)运行完成。微任务由NX开始执行所注册。因为它们是微任务,所以按序执行。注意,我们仍然在同一个滴答循环中。

步骤3

开发者通过 requestAnimationFrame(hook) 通知NX运行钩子。这可能在滴答循环后发生。重要的是,钩子运行在下一次绘制之前和所有数据操作之后,并且DOM和CSS改变都已经完成。

步骤4

浏览器绘制下一个视图。这也有可能发生在滴答循环之后,但是绝对不会发生在一个滴答的步骤3之前。

牢记在心里的事情

我们在原生的事件循环之上实现了一个简单而有效的定时系统。理论上讲它运行的很好,但是还是很脆弱,一个轻微的错误可能会导致很严重的BUG。

在一个复杂的系统当中,最重要的就是建立一定的规则并在以后保持它们。在NX中有以下规则:

永远不用 setTimeout(fn, 0) 来进行内部操作

用相同的方法来注册微任务

微任务仅供内部操作

不要干预开发者钩子运行时间

规则1和2

数据反射和DOM操作将按照操作顺序执行。这样只要不混合就可以很好的延迟它们的执行。混合执行会出现莫名其妙的问题。

setTimeout(fn, 0) 的行为完全不可预测。使用不同的方法注册微任务也会发生混乱。例如,下面的例子中microtask2不会正确地在microtask1之前运行。

Promise.resolve().then().then(microtask1)  Promise.resolve().then(microtask2)

规则3和4

分离开发者的代码执行和内部操作的时间窗口是非常重要的。混合这两种行为会导致不可预测的事情发生,并且它会需要开发者了解框架内部。我想很多前台开发者已经有过类似经历。

编译自:https://blog.risingstack.com/writing-a-javascript-framework-execution-timing-beyond-settimeout/作者: Bertalan Miklos

译者: kokialoves

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