Разгадка цикла событий JavaScript: подробное руководство

Введение

Цикл событий JavaScript — это важнейший аспект языка, который позволяет выполнять код асинхронно, позволяя разработчикам создавать мощные и быстро реагирующие веб-приложения. Цель этого руководства — дать глубокое понимание того, как работает Event Loop, зачем он нужен и как он влияет на ваш код JavaScript. Мы рассмотрим все, от основ до более сложных концепций, чтобы у вас было полное понимание этой важной функции.

JavaScript — однопоточный и асинхронный
1.1 — стек вызовов
1.2 — веб-API
1.3 — параллелизм и цикл обработки событий
Объяснение цикла событий
2.1 — Компоненты цикла событий
2.2 — Как работает цикл событий
Таймеры, обратные вызовы и промисы
3.1 — setTimeout и setInterval
3.2 — Обратные вызовы и ад обратных вызовов
3.3 — Промисы и Async/Await
Микрозадачи и макрозадачи
4.1 — Понимание микрозадач
4.2 — Макрозадачи и микрозадачи
Передовые практики и распространенные ошибки
5.1. Как избежать блокировки цикла обработки событий
5.2. Регулирование и устранение дребезга
5.3. Обработка ошибок в асинхронном коде »
Реальные приложения цикла событий
6.1 — Реализация индикатора загрузки
6.2 — Создание функции автозаполнения
6.3 — Оптимизация веб-производительности с помощью RequestAnimationFrame

JavaScript — однопоточный и асинхронный

1.1 Стек вызовов

Стек вызовов является фундаментальной концепцией в JavaScript и играет ключевую роль в понимании асинхронного поведения языка. Это структура данных, известная как стек Last In, First Out (LIFO), которая отвечает за отслеживание вызовов функций и порядка их выполнения. Всякий раз, когда вызывается функция, она добавляется в стек вызовов, а после завершения выполнения удаляется из стека (вроде как).

JavaScript является однопоточным, то есть он имеет только один стек вызовов, который может обрабатывать одну задачу за раз. Вот почему блокировка операций, таких как трудоемкие вычисления или сетевые запросы, может привести к зависанию пользовательского интерфейса браузера до тех пор, пока задача не будет завершена.

1.2 Веб-API

Веб-API предоставляются средой браузера для расширения функциональности JavaScript за пределы его однопоточной природы. Эти API-интерфейсы позволяют разработчикам получать доступ к таким функциям, как DOM, таймеры и сетевые запросы, позволяя JavaScript выполнять задачи асинхронно, не блокируя стек вызовов.

Когда вызывается функция, использующая веб-API, этот API обрабатывает задачу в фоновом режиме и возвращает функцию обратного вызова. Затем этот обратный вызов помещается в очередь, ожидая выполнения после того, как стек вызовов станет пустым.

1.3 Параллелизм и цикл обработки событий

Параллелизм — это концепция выполнения нескольких задач одновременно или в перекрывающиеся периоды времени. Хотя JavaScript является однопоточным, он все же может обеспечить параллелизм с помощью цикла событий, который организует выполнение задач из стека вызовов, веб-API и очереди макрозадач.

Цикл событий постоянно проверяет стек вызовов и очередь макрозадач. Если стек вызовов пуст, он удаляет первую задачу из очереди макрозадач и помещает ее в стек вызовов для выполнения. Этот процесс позволяет JavaScript обрабатывать несколько задач одновременно, не блокируя стек вызовов, обеспечивая основу для асинхронного программирования.

Объяснение цикла событий

2.1 Компоненты цикла событий

Цикл событий — это непрерывный процесс, который координирует выполнение задач в JavaScript. Он состоит из нескольких компонентов, которые работают вместе для облегчения асинхронного программирования:

Стек вызовов. Как обсуждалось ранее, стек вызовов представляет собой структуру данных LIFO, которая отслеживает вызовы функций и порядок их выполнения.
Веб-API. Это предоставляемые браузером API, которые позволяют JavaScript выполнять задачи асинхронно, не блокируя стек вызовов.
Очередь макрозадач (также известная как очередь обратного вызова, очередь задач или очередь сообщений): это структура данных по принципу «первым поступил — первым обслужен» (FIFO), в которой хранятся функции обратного вызова из веб-API, ожидающие выполнения. как только стек вызовов станет пустым. Задачи в очереди макрозадач имеют более низкий приоритет, чем микрозадачи в очереди микрозадач, и выполняются после завершения всех микрозадач. Примерами таких задач являются обратные вызовы setTimeout и setInterval.
Очередь микрозадач. Подобно очереди макрозадач, очередь микрозадач представляет собой структуру данных FIFO, в которой хранятся задачи. В этой очереди хранятся такие вещи, как обратные вызовы разрешения promise. Микрозадачи имеют более высокий приоритет, чем задачи в очереди обратного вызова, и выполняются перед следующей задачей в очереди макрозадач.
Сам цикл событий: это процесс, который постоянно проверяет состояние стека вызовов и очередей, обеспечивая правильный порядок выполнения задач.

Отличный интерактивный визуализатор событийного цикла, созданный Эндрю Диллоном, можно найти здесь: JavaScript Visualizer 9000

2.2. Как работает цикл обработки событий

Цикл событий следует определенной последовательности шагов для управления выполнением задач в JavaScript:

Цикл событий начинается с проверки наличия каких-либо задач в стеке вызовов. Если они есть, он выполняет их один за другим, пока стек не станет пустым.
Если стек вызовов пуст, цикл обработки событий проверяет наличие микрозадач в очереди микрозадач. Если есть, он удаляет микрозадачи из очереди и выполняет их до тех пор, пока очередь микрозадач не опустеет.
Затем цикл обработки событий проверяет очередь макрозадач на наличие задач. Если есть какие-либо макрозадачи, он удаляет следующую задачу из очереди макрозадач, помещает ее в стек вызовов и выполняет.
После выполнения задачи из очереди макрозадач цикл обработки событий снова проверяет очередь микрозадач на наличие новых микрозадач, созданных во время выполнения предыдущей макрозадачи. Если есть новые микрозадачи, он удаляет их из очереди и выполняет, прежде чем перейти к следующей задаче в очереди макрозадач. Это связано с тем, что каждое событие, которое обрабатывается в цикле обработки событий, само по себе может добавлять новые события и задачи в различные очереди.

Цикл событий постоянно повторяет шаги с 1 по 4, гарантируя, что задачи выполняются в правильном порядке, обеспечивая асинхронное поведение JavaScript.

Таймеры, обратные вызовы и обещания

3.1 setTimeout и setInterval

JavaScript предоставляет функции таймера, такие как setTimeout и setInterval, которые являются частью веб-API. Эти функции позволяют разработчикам планировать выполнение задач через определенное время или через равные промежутки времени.

setTimeout: Эта функция принимает два аргумента: функцию обратного вызова и задержку в миллисекундах. Функция обратного вызова выполняется один раз по истечении указанной задержки.

setTimeout(() => {
  console.log('Hello, World!');
}, 1000); // Executes the callback after 1 second

setInterval: Эта функция также принимает функцию обратного вызова и задержку в миллисекундах в качестве аргументов. Однако функция обратного вызова выполняется многократно с указанным интервалом, пока не будет отменена с помощью clearInterval.

const intervalId = setInterval(() => {
  console.log('Hello, World!');
}, 1000); // Executes the callback every 1 second

setTimeout(() => {
  clearInterval(intervalId); // Stops the interval after 5 seconds
}, 5000);

3.2 Обратные вызовы и ад обратного вызова

Обратные вызовы — это функции, которые передаются в качестве аргументов другим функциям и выполняются после завершения конкретной задачи. Хотя обратные вызовы обеспечивают способ обработки асинхронных задач в JavaScript, они могут привести к «аду обратных вызовов», когда несколько асинхронных задач необходимо выполнить в определенном порядке. Это приводит к глубоко вложенному и трудно читаемому коду.

getData('url1', (data1) => {
  processData(data1, (processedData1) => {
    saveData('url2', processedData1, (response1) => {
      // ...more nested callbacks...
    });
  });
});

3.3 Промисы и Async/Await

Промисы — это современный подход к обработке асинхронных задач в JavaScript, представляющий собой альтернативу обратным вызовам. Обещание представляет собой значение, которое может быть еще недоступно, но будет доступно в какой-то момент в будущем. Обещания имеют три состояния: ожидание, выполнено и отклонено.

const fetchData = new Promise((resolve, reject) => {
  // Perform an asynchronous task
  // If successful, call resolve(result)
  // If failed, call reject(error)
});

fetchData
  .then((result) => {
    // Handle the result of the fulfilled promise
  })
  .catch((error) => {
    // Handle the error if the promise is rejected
  });

Async/await — это синтаксический сахар, построенный поверх промисов, который упрощает написание асинхронного кода. Функции, помеченные как async, возвращают обещание, а ключевое слово await используется для ожидания разрешения обещания.

async function fetchData() {
  try {
    const data1 = await getData('url1');
    const processedData1 = await processData(data1);
    const response1 = await saveData('url2', processedData1);
    // ...more await calls...
  } catch (error) {
    // Handle the error
  }
}

Используя Promises и async/await, разработчики могут писать более чистый и удобный для сопровождения асинхронный код, избегая ловушек Callback Hell.

Микрозадачи и макрозадачи

4.1 Понимание микрозадач

Микрозадачи — это категория задач, которые имеют более высокий приоритет в цикле событий по сравнению с обычными задачами, также известными как макрозадачи. Микрозадачи обычно представляют собой короткие быстрые операции, которые необходимо выполнить перед следующей макрозадачей в очереди. Примеры микрозадач включают обратные вызовы разрешения промисов и MutationObserver обратные вызовы.

Когда стек вызовов пуст, цикл событий проверяет и обрабатывает все микрозадачи в очереди микрозадач, прежде чем перейти к следующей макрозадаче в очереди макрозадач. Это гарантирует, что микрозадачи будут выполняться быстро, между макрозадачами.

4.2. Макрозадачи и микрозадачи

Макрозадачи — это задачи, исходящие от веб-API, таких как setTimeout, setInterval и прослушиватели событий. Эти задачи выполняются по одной в том порядке, в котором они поставлены в очередь.

С другой стороны, микрозадачи — это задачи, которые поступают из очереди микрозадач и имеют более высокий приоритет, чем макрозадачи. Как упоминалось ранее, микрозадачи обрабатываются, когда стек вызовов пуст, перед следующей макрозадачей в очереди макрозадач. Это различие позволяет JavaScript более эффективно обрабатывать высокоприоритетные задачи.

Лучшие практики и распространенные ошибки

5.1 Как избежать блокировки цикла событий

Поскольку JavaScript является однопоточным, блокирование цикла событий длительными задачами может привести к зависанию приложений. Чтобы избежать этой проблемы, попробуйте разбить сложные задачи на более мелкие, не блокирующие задачи, используя такие методы, как:

Использование Web Workers для выгрузки ресурсоемких вычислительных задач в отдельный поток.
Реализация разделения кода для загрузки только необходимых частей приложения.

5.2 Регулирование и устранение дребезга

При обработке таких событий, как прокрутка или изменение размера, важно оптимизировать код, чтобы предотвратить избыточные вызовы функций, которые могут повлиять на производительность. Дросселирование и устранение дребезга — два метода, которые могут помочь вам в этом:

Регулирование: ограничение количества раз, которое функция может выполняться в течение определенного периода времени. Это полезно для событий, которые запускаются часто, например, при прокрутке или движении мыши.
Debouncing: отсрочка выполнения функции до тех пор, пока не пройдет определенный период с момента последнего вызова функции. Это полезно для таких событий, как изменение размера или проверка ввода.

5.3 Обработка ошибок в асинхронном коде

Правильная обработка ошибок имеет решающее значение для поддержания надежных приложений. При работе с асинхронным кодом рассмотрите следующие методы обработки ошибок:

В Promises используйте методы .catch() или .finally() для обработки ошибок и очистки ресурсов.
В асинхронных/ожидающих функциях используйте блоки try/catch для обработки ошибок и выполнения необходимой очистки.

Реальные приложения цикла событий

6.1 Внедрение индикатора загрузки

Цикл событий можно использовать для реализации индикатора загрузки приложения. Используя асинхронные функции и промисы, вы можете отображать индикатор загрузки во время выборки данных, а затем скрывать его после загрузки данных:

async function fetchData() {
  showLoadingIndicator();
  try {
    const data = await fetch('https://api.example.com/data');
    const jsonData = await data.json();
    displayData(jsonData);
  } catch (error) {
    showError(error);
  } finally {
    hideLoadingIndicator();
  }
}

6.2 Создание функции автозаполнения

Используя Event Loop, вы можете создать адаптивную функцию автозаполнения для полей ввода. Используя debouncing и promises, вы можете создать функцию поиска, которая извлекает данные по мере ввода пользователем, не перегружая сервер запросами:

let debounceTimeout;

function onInputChange(event) {
  clearTimeout(debounceTimeout);
  debounceTimeout = setTimeout(() => {
    fetchData(event.target.value);
  }, 300);
}

async function fetchData(searchTerm) {
  try {
    const response = await fetch(`https://api.example.com/search?q=${searchTerm}`);
    const results = await response.json();
    updateAutoComplete(results);
  } catch (error) {
    showError(error);
  }
}

6.3 Оптимизация веб-производительности с помощью RequestAnimationFrame

Функция requestAnimationFrame — это веб-API, который использует цикл событий для оптимизации анимации и других визуальных обновлений в веб-приложении. Запланировав визуальные обновления синхронно с циклом рендеринга браузера, requestAnimationFrame может помочь уменьшить зависание и повысить общую производительность:

function animate(element, duration, transformFunction) {
  const startTime = performance.now();

  function step(timestamp) {
    const progress = Math.min((timestamp - startTime) / duration, 1);
    element.style.transform = transformFunction(progress);

    if (progress < 1) {
      requestAnimationFrame(step);
    }
  }

  requestAnimationFrame(step);
}

Заключение

Следуя реальным приложениям и рекомендациям в этом всеобъемлющем руководстве, вы получите глубокое понимание цикла событий JavaScript и его роли в создании эффективных и быстро реагирующих веб-приложений. Обладая этими знаниями, вы будете лучше подготовлены к написанию высокопроизводительного кода JavaScript, избегаете распространенных ошибок и оптимизируете свои приложения для максимально удобного взаимодействия с пользователем.