從setTimeout-setInterval看JS線程

最近項目中遇到了一個場景，其實很常見，就是定時獲取接口刷新數據。那麼問題來了，假設我設置的定時時間爲1s，而數據接口返回大於1s，應該用同步阻塞仍是異步？咱們先整理下js中定時器的相關知識，再來看這個問題。

初識setTimeout 與 setInterval

先來簡單認識，後面咱們試試用setTimeout 實現 setInterval 的功能

• setTimeout 延遲一段時間執行一次 (Only one)

setTimeout(function, milliseconds, param1, param2, ...)
clearTimeout() // 阻止定時器運行

e.g.
setTimeout(function(){ alert("Hello"); }, 3000); // 3s後彈出

• setInterval 每隔一段時間執行一次 (Many times)

setInterval(function, milliseconds, param1, param2, ...)

e.g.
setInterval(function(){ alert("Hello"); }, 3000); // 每隔3s彈出

setTimeout和setInterval的延時最小間隔是4ms（W3C在HTML標準中規定）；在JavaScript中沒有任何代碼是馬上執行的，但一旦進程空閒就儘快執行。這意味着不管是setTimeout仍是setInterval，所設置的時間都只是n毫秒被添加到隊列中，而不是過n毫秒後當即執行。

進程與線程，傻傻分不清楚

爲了講清楚這兩個抽象的概念，咱們借用阮大大借用的比喻，先來模擬一個場景:

• 這裏有一個大型工廠
• 工廠裏有若干車間，每次只能有一個車間在做業
• 每一個車間裏有若干房間，有若干工人在流水線做業

那麼：

• 一個工廠對應的就是計算機的一個CPU，平時講的多核就表明多個工廠
• 每一個工廠裏的車間，就是進程，意味着同一時刻一個CPU只運行一個進程，其他進程在怠工
• 這個運行的車間（進程）裏的工人，就是線程，能夠有多個工人（線程）協同完成一個任務
• 車間（進程）裏的房間，表明內存。

再深刻點：

• 車間（進程）裏工人能夠隨意在多個房間（內存）之間走動，意味着一個進程裏，多個線程能夠共享內存
• 部分房間（內存）有限，只容許一個工人（線程）使用，此時其餘工人（線程）要等待
• 房間裏有工人進去後上鎖，其餘工人須要等房間（內存）裏的工人（線程）開鎖出來後，才能才進去，這就是互斥鎖（Mutual exclusion，縮寫 Mutex）
• 有些房間只能容納部分的人，意味着部份內存只能給有限的線程

再再深刻:

• 若是同時有多個車間做業，就是多進程
• 若是一個車間裏有多個工人協同做業，就是多線程
• 固然不一樣車間之間的工人也能夠有相互協做，就須要協調機制

JavaScript 單線程

總所周知，JavaScript 這門語言的核心特徵，就是單線程（是指在JS引擎中負責解釋和執行JavaScript代碼的線程只有一個）。這和 JavaScript 最初設計是做爲一門 GUI 編程語言有關，最初用於瀏覽器端，單一線程控制 GUI 是很廣泛的作法。但這裏特別要劃個重點，雖然JavaScript是單線程，但瀏覽器是多線程的！！！例如Webkit或是Gecko引擎，可能有javascript引擎線程、界面渲染線程、瀏覽器事件觸發線程、Http請求線程，讀寫文件的線程(例如在Node.js中)。ps：可能要總結一篇瀏覽器渲染的文章了。

HTML5提出Web Worker標準，容許JavaScript腳本建立多個線程，可是子線程徹底受主線程控制，且不得操做DOM。因此，這個新標準並無改變JavaScript單線程的本質。

同步與異步，傻傻分不清楚

以前阮大大寫了一篇 《JavaScript 運行機制詳解：再談Event Loop》，而後被 樸靈評註了，特別是同步異步的理解上，兩位大牛有很大的歧義。

• 同步(synchronous)：假如一個函數返回時，調用者就可以獲得預期結果(即拿到了預期的返回值或者看到了預期的效果)，這就是同步函數。

e.g.
alert('立刻能看到我拉');
console.log('也能立刻看到我哦');

• 異步(asynchronous)：假如一個函數返回時，調用者不能獲得預期結果，須要經過必定手段才能得到，這就是異步函數。

e.g.
setTimeout(function() {
    // 過一段時間才能執行我哦
}, 1000);

異步構成要素

一個異步過程一般是這樣的：主線程發起一個異步請求，相應的工做線程（好比瀏覽器的其餘線程）接收請求並告知主線程已收到(異步函數返回)；主線程能夠繼續執行後面的代碼，同時工做線程執行異步任務；工做線程完成工做後，通知主線程；主線程收到通知後，執行必定的動做(調用回調函數)。

• 發起（註冊）函數 -- 發起異步過程
• 回調函數 -- 處理結果

e.g.
setTimeout(fn, 1000);
// setTimeout就是異步過程的發起函數，fn是回調函數

通訊機制

異步過程的通訊機制：工做線程將消息放到消息隊列，主線程經過事件循環過程去取消息。

消息隊列 Message Queue

一個先進先出的隊列，存放各種消息。

事件循環 Event Loop

主線程（js線程）只會作一件事，就是從消息隊列裏面取消息、執行消息，再取消息、再執行。消息隊列爲空時，就會等待直到消息隊列變成非空。只有當前的消息執行結束，纔會去取下一個消息。這種機制就叫作事件循環機制 Event Loop，取一個消息並執行的過程叫作一次循環。

工做線程是生產者，主線程是消費者。工做線程執行異步任務，執行完成後把對應的回調函數封裝成一條消息放到消息隊列中；主線程不斷地從消息隊列中取消息並執行，當消息隊列空時主線程阻塞，直到消息隊列再次非空。

setTimeout(function, 0) 發生了什麼

其實到這兒，應該能很好解釋setTimeout(function, 0) 這個經常使用的「奇技淫巧」了。很簡單，就是爲了將function裏的任務異步執行，0不表明當即執行，而是將任務推到消息隊列的最後，再由主線程的事件循環去調用它執行。

HTML5 中規定setTimeout 的最小時間不是0ms，而是4ms。

setInterval 缺點

再次強調，定時器指定的時間間隔，表示的是什麼時候將定時器的代碼添加到 消息隊列，而 不是什麼時候執行代碼。因此真正什麼時候執行代碼的時間是不能保證的，取決於什麼時候被主線程的事件循環取到，並執行。

setInterval(function, N)

那麼顯而易見，上面這段代碼意味着，每隔N秒把function事件推到消息隊列中，何時執行？母雞啊！

上圖可見，setInterval每隔100ms往隊列中添加一個事件；100ms後，添加T1定時器代碼至隊列中，主線程中還有任務在執行，因此等待，some event執行結束後執行T1定時器代碼；又過了100ms，T2定時器被添加到隊列中，主線程還在執行T1代碼，因此等待；又過了100ms，理論上又要往隊列裏推一個定時器代碼，但因爲此時T2還在隊列中，因此T3不會被添加，結果就是此時被跳過；這裏咱們能夠看到，T1定時器執行結束後立刻執行了T2代碼，因此並無達到定時器的效果。

綜上所述，setInterval有兩個缺點：

• 使用setInterval時，某些間隔會被跳過；
• 可能多個定時器會連續執行；

鏈式setTimeout

setTimeout(function () {
    // 任務
    setTimeout(arguments.callee, interval);
}, interval)

警告：在嚴格模式下，第5版 ECMAScript (ES5) 禁止使用 arguments.callee()。當一個函數必須調用自身的時候, 避免使用 arguments.callee(), 經過要麼給函數表達式一個名字,要麼使用一個函數聲明.

上述函數每次執行的時候都會建立一個新的定時器，第二個setTimeout使用了arguments.callee()獲取當前函數的引用，而且爲其設置另外一個定時器。好處：

• 在前一個定時器執行完前，不會向隊列插入新的定時器（解決缺點一）
• 保證定時器間隔（解決缺點二）

So...

回顧最開始的業務場景的問題，用同步阻塞仍是異步，答案已經出來了...

PS：其實還有macrotask與microtask等知識點沒有提到，總結了那麼多，其實JavaScript深刻下去還有不少，任重而道遠呀。

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參考:

進程與線程的一個簡單解釋 -- 阮大大

【譯】JavaScript 如何工做的: 事件循環和異步編程的崛起 + 5 個關於如何使用 async/await 編寫更好的技巧

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