事件循环是如何影响页面渲染的?
栏目: JavaScript · 发布时间: 5年前
内容简介:JavaScript 是单线程的,但提供了很多异步调用方式比如JavaScript 的异步机制由上述异步 API 的分类依据的是最新标准或最新实现。存在一些例外,比如:Node < 9 的 process.nextTick 实现的是 Task 语义(而非 Microtask);IE8 中的 postMessage 是同步的;Edge 浏览器在点击事件处理函数之间不会清空 Microtask Queue。
JavaScript 是单线程的,但提供了很多异步调用方式比如 setTimeout
, setInterval
, setImmediate
, Promise.prototype.then
, postMessage
, requestAnimationFrame
,
I/O,DOM 事件等。
这些异步调用的实现都是 事件循环
,但根据插入的队列不同和取任务的时机不同他们的表现也不同。
尤其在涉及与页面渲染的关系时。
TL;DR
- 页面渲染/交互任务也会插入在 Task Queue 中,会与各种异步机制插入的任务交错执行。
- Microtask Queue 会在下一个任务开始之前清空。
- 单个耗时任务和 Microtask Queue 都会阻塞页面交互,Task Queue 则不影响。
- 渲染时机可以通过 requestAnimationFrame 精确控制。
- setImmediate 与 setTimeout 一样使用 Task Queue,但克服了 4ms 限制。
任务与队列的概念
JavaScript 的异步机制由 事件循环 实现,这些 API 的不同表现在进入和离开任务队列的时机。 为了讨论方便,先解释几个概念。
- 任务与调用栈 。由于单线程的特性,每个 JavaScript 执行上下文只有一个调用栈,其中保存着当前任务中所有未执行完的函数。只要调用栈非空,JavaScript 引擎就会持续地、不被打断地(从进程内的角度来看)执行完当前栈中的所有函数,因此 JavaScript 有 “run-to-completion” 的特性。调用栈被清空时意味着当前任务执行结束。
- Task Queue 是事件循环的主要数据结构。当前调用栈为空时(上一个任务已经完成),事件循环机制会持续地轮询 Task Queue,只要队列中有任务就拿出来执行。在任务执行期间插入的任务会进入 Task Queue 尾部。会加入 Task 队列的包括:setTimeout, setInterval, setImmediate,postMessage,MessageChannel,UI 事件,I/O,页面渲染。
- Microtask Queue 在 Task Queue 的每个任务执行结束后,下一个任务执行开始前,会执行并清空 Microtask Queue 中的所有任务。在 Microtask 执行期间插入的任务也会进入当前 Microtask Queue。会加入 MicroTask 队列的包括:Promise, MutationObserver,process.nextTick。
上述异步 API 的分类依据的是最新标准或最新实现。存在一些例外,比如:Node < 9 的 process.nextTick 实现的是 Task 语义(而非 Microtask);IE8 中的 postMessage 是同步的;Edge 浏览器在点击事件处理函数之间不会清空 Microtask Queue。
无论是 Task Queue 还是 Microtask Queue,其中的 task 和 microtask 的执行都是异步的。 为了对上述两个队列有更直观的认识,这里举个例子:
setTimeout(() => console.log('setTimeout')); Promise.resolve().then(() => { console.log('Promise'); Promise.resolve().then(() => console.log('Promise queued by Promise')); }); console.log('stack');
上述代码片段中有两个Task(stack, setTimeout),两个 Microtask(Promise、Promise queued by Promise)。 stack 是当前任务会先执行;setTimeout 是第二个任务,在它执行前会清空 Microtask Queue。 这时 Microtask Queue 只有一个 Microtask(Promise), 在它执行的过程中会插入第二个 Microtask(Promise queued by Promise)。 这些 Microtask 都会在下一个 Task(setTimeout)之前执行。因此输出为:
stack Promise Promise queued by Promise setTimeout
-
注意与
.then
的回调不同,new Promise
的回调是同步执行的。可参考Promise 回调的执行 一文。 - 在 Jake 的 Tasks, microtasks, queues and schedules 一文中有更加详细的例子,感兴趣的读者可前往观摩。
何时会阻塞 UI
UI 渲染和交互的处理是通过 Task Queue 来调度的,因此耗时任务会导致渲染和交互任务得不到调用,也就是页面“卡死”。 典型的浏览器会在每秒插入 60 个渲染帧,也就是说每 16ms 需要一次渲染。 如果存在一个任务在 16ms 内未能执行结束,页面就会掉帧给人卡顿的感觉。 渲染帧的详细讨论可以参考浏览器的 16ms 渲染帧 一文, 这里 Harttle 给一个例子:
http://harttle.github.io/async-and-render
在 “Loop for 10 seconds” 部分我们写了 4 种不同的循环,它们的表现如下:
循环 API | 队列类型 | 期间页面能否交互 * | 每秒执行次数 |
---|---|---|---|
while(true) | 当前任务 | 否 | 701665.8 |
Promise | Microtask Queue | 否 | 609555.4 |
setTimeout | Task Queue | 是 | 208.3 |
requestAnimationFrame | Task Queue | 是 | 59 |
- 页面不可交互是指:无法点击其他按钮、无法操作输入控件、无法选择/赋值页面文本。
- 以 PC Chrome 为例,iOS Safari 尤其是UIWebview 的表现可能会不同。
单个的耗时任务和 Microtask Queue 都会阻塞页面交互,Task 则不影响。
因为 Task 之间浏览器有机会会插入 UI 任务。
这里还可以观察到 setTimeout
虽然设置了 0 延时但调用次数远小于 while,甚至远小于 Microtask。
下文 setImmediate 章节会详细讨论原因。
渲染任务的时机
有时我们希望精确地控制浏览器在每一帧的绘制,这时就要了解浏览器绘制的时机。 首先举个例子,我们希望页面背景闪现一下红色:
document.body.style.background = 'red'; document.body.style.background = 'white';
上述代码一定达不到效果,背景会稳定地呈现白色。 因为 JavaScript “run-to-completion” 的特性,在上述两行代码之间不可能插入渲染任务。 这时可能有人想到 setTimeout:
document.body.style.background = 'red'; setTimeout(function () { document.body.style.background = 'white'; })
这样两次背景设置会在不同的任务中执行,如果这两个任务之间插入了渲染任务背景就会发生闪动。 但渲染任务是 16ms 一次,你怎么知道浏览器会正好插入在这两个任务之间? 因此上述代码只会几率性起作用,背景闪动的几率大概 4/16.67 = 25%。 16.67 是渲染帧间隔,那为什么是 4ms 呢?请看下文 setImmediate。
想要增大几率到 100% 怎么办?setTimeout 100ms 呗… 其实 HTML5 中给出了 requestAnimationFrame API,使得脚本有机会精确地控制动画:
requestAnimationFrame(function () { document.body.style.background = 'red'; requestAnimationFrame(function () { document.body.style.background = 'white'; }) })
插入的任务会在每次渲染任务 之前 执行,因此等待渲染之后需要调用两次来插入到第二次渲染之前。 这样背景一定会闪现红色。同样下面页面的 “Switch background red and white” 部分给了例子,可以点点看:
http://harttle.github.io/async-and-render
所以 setImmediate 是啥
setImmediate 是由 IE 提出的, 目前尚未形成标准。当前状态是 Proposal 且只有 IE 有实现。 setImmediate 是为了让脚本更快地执行,与 setTimeout 一样都使用 Task Queue。 为了解 setImmediate 的用途,我们先看 setTimeout 为什么不够快。 下面的文本来自 HTML5 Living Standard 的 timer initialization steps:
- If timeout is less than 0, then set timeout to 0.
- If nesting level is greater than 5, and timeout is less than 4, then set timeout to 4.
- Increment nesting level by one.
其中 nesting level 是指 timer nesting level , 每一级可能是 setTimeout 也可能是 setInterval。也就是说在嵌套 5 层以上时,会设置最小 4ms 的延迟。 setImmediate 意在让脚本有机会在 UA 事件和渲染发生后立即得到调用,从渲染的角度上类似于渲染之后调用的 requestAnimationFrame。 由于没有广泛实现,使用 setImmediate 需要引入 Polyfill。请参考:
https://github.com/YuzuJS/setImmediate/blob/master/README.md
以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持 码农网
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