浏览器中的页面循环系统(下)

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宏任务和微任务:不是所有任务都是一个待遇

微任务可以在实时性和效率之间做一个有效的权衡。从目前的情况来看,微任务已经被广泛地应用,基于微任务的技术有 MutationObserver、Promise 以及以 Promise 为基础开发出来的很多其他的技术。

宏任务

为了协调这些任务有条不紊地在主线程上执行,页面进程引入了消息队列和事件循环机制,渲染进程内部会维护多个消息队列,比如延迟执行队列和普通的消息队列。然后主线程采用一个 for 循环,不断地从这些任务队列中取出任务并执行任务。我们把这些消息队列中的任务称为宏任务

setTimeout 函数触发的回调函数都是宏任务

宏任务的时间粒度比较大,执行的时间间隔是不能精确控制的,对一些高实时性的需求就不太符合了,比如后面要介绍的监听 DOM 变化的需求。

微任务

异步回调的概念,其主要有两种方式

第一种是把异步回调函数封装成一个宏任务,添加到消息队列尾部,当循环系统执行到该任务的时候执行回调函数。

第二种方式的执行时机是在主函数执行结束之后、当前宏任务结束之前执行回调函数,这通常都是以微任务形式体现的。

微任务就是一个需要异步执行的函数,执行时机是在主函数执行结束之后、当前宏任务结束之前

当 JavaScript 执行一段脚本的时候,V8 会为其创建一个全局执行上下文,在创建全局执行上下文的同时,V8 引擎也会在内部创建一个微任务队列

也就是说每个宏任务都关联了一个微任务队列。

在现代浏览器里面,产生微任务有两种方式

第一种方式是使用 MutationObserver 监控某个 DOM 节点,然后再通过 JavaScript 来修改这个节点,或者为这个节点添加、删除部分子节点,当 DOM 节点发生变化时,就会产生 DOM 变化记录的微任务。

第二种方式是使用 Promise,当调用 Promise.resolve() 或者 Promise.reject() 的时候,也会产生微任务。

微任务队列是何时被执行的

通常情况下,在当前宏任务中的 JavaScript 快执行完成时,也就在 JavaScript 引擎准备退出全局执行上下文并清空调用栈的时候,JavaScript 引擎会检查全局执行上下文中的微任务队列,然后按照顺序执行队列中的微任务。WHATWG 把执行微任务的时间点称为检查点

如果在执行微任务的过程中,产生了新的微任务,同样会将该微任务添加到微任务队列中,V8 引擎一直循环执行微任务队列中的任务,直到队列为空才算执行结束。也就是说在执行微任务过程中产生的新的微任务并不会推迟到下个宏任务中执行,而是在当前的宏任务中继续执行。

监听 DOM 变化方法

现在知道了微任务是怎么工作的,那接下来我们再来看看微任务是如何应用在 MutationObserver 中的。MutationObserver 是用来监听 DOM 变化的一套方法,而监听 DOM 变化一直是前端工程师一项非常核心的需求。

首先,MutationObserver 将响应函数改成异步调用,可以不用在每次 DOM 变化都触发异步调用,而是等多次 DOM 变化后,一次触发异步调用,并且还会使用一个数据结构来记录这期间所有的 DOM 变化。这样即使频繁地操纵 DOM,也不会对性能造成太大的影响。

我们通过异步调用和减少触发次数来缓解了性能问题,那么如何保持消息通知的及时性呢?如果采用 setTimeout 创建宏任务来触发回调的话,那么实时性就会大打折扣,因为上面我们分析过,在两个任务之间,可能会被渲染进程插入其他的事件,从而影响到响应的实时性。

这时候,微任务就可以上场了,在每次 DOM 节点发生变化的时候,渲染引擎将变化记录封装成微任务,并将微任务添加进当前的微任务队列中。这样当执行到检查点的时候,V8 引擎就会按照顺序执行微任务了。

综上所述, MutationObserver 采用了“异步 + 微任务”的策略。

Promise:使用Promise,告别回调函数

异步编程的问题:代码逻辑不连续

封装异步代码,让处理流程变得线性

新的问题:回调地狱

Promise:消灭嵌套调用和多次错误处理

首先,Promise 实现了回调函数的延时绑定。

其次,需要将回调函数 onResolve 的返回值穿透到最外层。

Promise 对象的错误具有“冒泡”性质,会一直向后传递,直到被 onReject 函数处理或 catch 语句捕获为止。

async/await:使用同步的方式去写异步代码

ES7 引入了 async/await,这是 JavaScript 异步编程的一个重大改进,提供了在不阻塞主线程的情况下使用同步代码实现异步访问资源的能力,并且使得代码逻辑更加清晰。

生成器 VS 协程

生成器函数是一个带星号函数,而且是可以暂停执行和恢复执行的。

生成器函数的具体使用方式:

  1. 在生成器函数内部执行一段代码,如果遇到 yield 关键字,那么 JavaScript 引擎将返回关键字后面的内容给外部,并暂停该函数的执行。
  2. 外部函数可以通过 next 方法恢复函数的执行。

要搞懂函数为何能暂停和恢复,那你首先要了解协程的概念。协程是一种比线程更加轻量级的存在。你可以把协程看成是跑在线程上的任务,一个线程上可以存在多个协程,但是在线程上同时只能执行一个协程,比如当前执行的是 A 协程,要启动 B 协程,那么 A 协程就需要将主线程的控制权交给 B 协程,这就体现在 A 协程暂停执行,B 协程恢复执行;同样,也可以从 B 协程中启动 A 协程。通常,如果从 A 协程启动 B 协程,我们就把 A 协程称为 B 协程的父协程

正如一个进程可以拥有多个线程一样,一个线程也可以拥有多个协程。最重要的是,协程不是被操作系统内核所管理,而完全是由程序所控制(也就是在用户态执行)。这样带来的好处就是性能得到了很大的提升,不会像线程切换那样消耗资源。

通常,我们把执行生成器的代码封装成一个函数,并把这个执行生成器代码的函数称为执行器

通过使用生成器配合执行器,就能实现使用同步的方式写出异步代码了,这样也大大加强了代码的可读性。

async/await

虽然生成器已经能很好地满足我们的需求了,但是程序员的追求是无止境的,这不又在 ES7 中引入了 async/await,这种方式能够彻底告别执行器和生成器,实现更加直观简洁的代码。其实 async/await 技术背后的秘密就是 Promise 和生成器应用,往低层说就是微任务和协程应用。要搞清楚 async 和 await 的工作原理,我们就得对 async 和 await 分开分析。

1. async

根据 MDN 定义,async 是一个通过异步执行隐式返回 Promise 作为结果的函数。

对 async 函数的理解,这里需要重点关注两个词:异步执行和隐式返回 Promise。

2. await

async function foo() {
    console.log(1)
    let a = await 100
    console.log(a)
    console.log(2)
}
console.log(0)
foo()
console.log(3)

当执行到await 100时,会默认创建一个 Promise 对象,代码如下所示:

let promise_ = new Promise((resolve,reject){
  resolve(100)
})

在这个 promise_ 对象创建的过程中,我们可以看到在 executor 函数中调用了 resolve 函数,JavaScript 引擎会将该任务提交给微任务队列。

然后 JavaScript 引擎会暂停当前协程的执行,将主线程的控制权转交给父协程执行,同时会将 promise_ 对象返回给父协程。

主线程的控制权已经交给父协程了,这时候父协程要做的一件事是调用 promise_.then 来监控 promise 状态的改变。

接下来继续执行父协程的流程,这里我们执行console.log(3),并打印出来 3。随后父协程将执行结束,在结束之前,会进入微任务的检查点,然后执行微任务队列,微任务队列中有resolve(100)的任务等待执行,执行到这里的时候,会触发 promise_.then 中的回调函数。

该回调函数被激活以后,会将主线程的控制权交给 foo 函数的协程,并同时将 value 值传给该协程。

foo 协程激活之后,会把刚才的 value 值赋给了变量 a,然后 foo 协程继续执行后续语句,执行完成之后,将控制权归还给父协程。