JavaScript定时器实现的原理分析
2017-10-25 09:49
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原文链接：http://www.cnblogs.com/st-leslie/p/6082450.html
一、储备知识
在我们在项目中一般会遇见过这样的两种定时器，第一种是setTimeOut,第二种是setInterval，这两种定时器有如下的区别：
1、setTimeout允许设置一个超时对象，超时后执行这个对象，但是只执行一次，无周期
2、setInternval允许设置一个超时对象，超时后执行这个对象，周期等于超时对象指定的时间，周期为无限循环
举一个简单的例子来说明一下：
这个运行后的结果是弹出了一次对话框，然后在控制台可以看到每1秒钟会向其中输出demo字样
二、定时器原理初识
那么问题来了，如下的代码运行的时候会出现什么情况呢？
是先执行alert("测试")，还是先执行alert("定时器")呢，那么我们就来运行一下吧！
运行后的结果是先弹出测试字样的弹出框，然后才弹出定时器字样的弹出框，为什么会这样呢？不是定时器的时间为0就即可执行吗？
答案不是这样的，因为JS众所周知是单线程的，所以很多人会认为在上面的例子中会先阻塞等待定时器执行完成后再执行下面的语句，但是这个也就是单线程的一个缺陷之一吧，为了解决这个问题，引入了异步机制。异步机制主要是利用一个我们平时很少去关注的一个知识点——浏览器的多线程。究竟什么是浏览器的多线程呢？
三、浏览器的多线程
******拓展：js多线程Worker实现：
在传统的html时代是基本不可能实现的，而现在，我们拥有一种叫做worker的东西。它是js里的一个类，而我们只需要创建它的实例就可以使用它。
构造函数的参数填上你的js文件的路径，这个js文件将会在浏览器新开的线程里运行，而与原先的js引擎的线程并不影响。
主线程首先创建Worker，通过Worker对象的postMessage方法，将数据传递给后台线程，而主程序通过onmessage 事件，或者自定义
同样，后台线程通过onmessage事件来接收主页面传递的数据，通过postMessage将处理结果返回给主页面。
我们可以做什么：
1.可以加载一个JS进行大量的复杂计算而不挂起主进程，并通过postMessage，onmessage进行通信
2.可以在worker中通过importScripts(url)加载另外的脚本文件
3.可以使用 setTimeout(), clearTimeout(), setInterval(), and clearInterval()
4.可以使用XMLHttpRequest来发送请求
5.可以访问navigator的部分属性
有那些局限性：
1.不能跨域加载JS
2.worker内代码不能访问DOM
3.各个浏览器对Worker的实现不大一致，例如FF里允许worker中创建新的worker,而Chrome中就不行
4.不是每个浏览器都支持这个新特性
*********
这里我们就来讲解一下，众所周知，JS是单线程的，但是对于浏览器来说JS的执行只不过是在浏览器众多现成中的一条，我们称之为JS引擎线程。
而浏览器的其他线程则是通过JS引擎线程在执行到某个特定的功能之后指定给浏览器的对应线程。
1.js引擎线程(js引擎有多个线程，一个主线程，其它的后台配合主线程)
作用：执行js任务(执行js代码，用户输入，网络请求)
2.ui渲染线程
作用：渲染页面(js可以操作dom，影响渲染，所以js引擎线程和UI线程是互斥的。js执行时会阻塞页面的渲染。)
3.浏览器事件触发线程
作用：控制交互，响应用户
4.http请求线程
作用：ajax请求等
5.定时触发器线程
作用：setTimeout和setInteval
6.事件轮询处理线程
作用：轮询消息队列，event loop
同步任务和异步任务
同步任务：在主线程排队支持的任务，前一个任务执行完毕后，执行后一个任务,形成一个执行栈，线程执行时在内存形成的空间为栈，进程形成堆结构，这是内存的结构。执行栈可以实现函数的层层调用。注意不要理解成同步代码进入栈中，按栈的出栈顺序来执行。
异步任务会被主线程挂起，不会进入主线程，而是进入消息队列，而且必须指定回调函数，只有消息队列通知主线程，并且执行栈为空时，该消息对应的任务才会进入执行栈获得执行的机会。
主线程执行的说明: 【js的运行机制】
（1）所有同步任务都在主线程上执行，形成一个执行栈。
（2）主线程之外，还存在一个”任务队列”。只要异步任务有了运行结果，就在”任务队列”之中放置一个事件。
（3）一旦”执行栈”中的所有同步任务执行完毕，系统就会读取”任务队列”，看看里面有哪些事件。那些对应的异步任务，于是结束等待状态，进入执行栈，开始执行。
（4）主线程不断重复上面的第三步。
事件循环
主线程从”任务队列”中读取事件，这个过程是循环不断的，所以整个的这种运行机制又称为Event Loop（事件循环）。
具体的原理详见图示：
从这张图我们可以知道
定时器是会在进入消息队列，这也就和异步代码的执行逻辑一样了。它在”消息队列”的尾部添加一个消息，因此要等到同步任务和”消息队列”现有的任务都处理完，才会得到执行的机会，还要看定时器设置的时间是否到了才会执行。
以下面的代码我们来分析一下：
首先JS线程读取到setTimeout定时器，这个时候就会执行浏览器的线程，然后跳过定时器继续执行，这个时候你就看到了弹出框的内容为测试，然后因为定时器的时间为0，所以一执行定时器线程就会即可将弹出框为定时器字样的任务添加到主线程（JS引擎线程）的队列之后，等待JS引擎的调用，这个时候我们看到的结果是先弹出测试，然后再弹出定时器
另外我们要注意在HTML5规范中规定定时器的定时时间不能小于4ms，如果是小于4ms，则默认为4ms，所以在这个例子中的0，默认的是4ms，但是这个在不通过的浏览器中的表现是不同的，但是这个一般在项目中是没有什么印象的，这个只是仅做了解即可。
好的我们将上面的代码改写成这样，然后我们再来看看效果：
运行后的结果如下：
这里有几个知识点：
1、console.time和console.timeEnd这两个方法是可以获取在其中间执行的语句所用的时间，从图中我们可以知道test执行的时间在1ms左右，然而定时器的定时时间是在1000ms左右所以这两个语句只能计算当前引擎的执行时间，换句话说就是在浏览器中的定时器模块的运行时间是这样是没法计算的
2、另外我们可以看到一个现象就是定时器在执行的时候不是一千个定时器的字样全都一次性的打印出来，而是几百几百的增加，这个是为什么呢？这里就涉及到了另外的一个问题，如果是定时器的时间到了，但是定时器中的任务没有执行完成这个时候会怎样？
我们上面说过就是定时器的时间到了的情况下，就会向JS引擎线程添加任务，不论任务里面的语句是否执行完成，都会像JS引擎线程队列中添加，但是剩下的未执行完成的语句怎么办呢？
程序执行到了定时器任务的时候，就会先把已经在定时器模块执行过的语句加载一次，然后是继续执行定时器模块的剩余语句。(定时器模块向JS引擎中添加的任务相当于就是C语言中的一个指针，指向的是定时器模块)
所以，setTimeout我们可以定义为：
在指定时间内, 将任务放入事件队列,等待js引擎空闲后被执行.
四、setInterval的使用
setInterval最基础的使用方法是直接当一个循环定时器使用，这里就不举例说明
对于setInterval(fn, 100)容易产生一个误区：并不是上一次fn执行完了之后再过100ms才开始执行下一次fn。 事实上，setInterval并不管上一次fn的执行结果，而是每隔100ms就将fn放入主线程队列，而两次fn之间具体间隔多久就不一定了，跟setTimeout实际延迟时间类似，和JS执行情况有关。具体的延迟效果与内存等因素有关。
五、定时器的可靠性
虽说定时器在大部分的情况下都是趋于稳定的，但是定时器在使用的时候也存在着一些误差
如下所示：
运行的结果如下：
从图中我们基本可以看出定时器存在着一些小小的误差就比如第一次的运行时间为1001ms比我们设定的时间多出了1ms，所以得出结论：定时器不是完全的可靠的，存在极小的误差。这个还是在chrome浏览器上面测试的结果，换是在IE浏览器测试那又如何呢？
结果显示，在IE浏览器下面的误差更大
六、定时器的妙用
定时器在项目中除了可以作为定时的作用外还可以用来做耗时代码的优化：
我们假设有这样的一个场景，就是在某个页面中要渲染50万个节点，这个时候对于一般的项目中，直接渲染是不可取的，因为这个时候会占用过多的内存，导致浏览器出现了卡死的状态，用户误以为是页面卡死而 直接关闭浏览器或者杀死进程，即使是用户不关闭页面这样给用户的体验也是不好的，这个时候我们要怎样来解决这个问题呢，我们可以利用定时器来优化这个问题首先我们可以把50万个节点分成多组，每组渲染 的节点数不要过多，然后通过setInterval来进行循环这个既不阻塞JS引擎线程的运行，又不可以提高渲染的消耗时间。从而达到最终的优化渲染。
七、定时器使用注意事项
如果是项目中有对个定时器的参与那么记得在一个定时器执行结束的时候记得要调用clearInterval或clearTimeout这两个方法来清除定时器，以免定时器之间互相干扰出现一些抓摸不定的现象
一、储备知识
在我们在项目中一般会遇见过这样的两种定时器，第一种是setTimeOut,第二种是setInterval，这两种定时器有如下的区别：
1、setTimeout允许设置一个超时对象，超时后执行这个对象，但是只执行一次，无周期
2、setInternval允许设置一个超时对象，超时后执行这个对象，周期等于超时对象指定的时间，周期为无限循环
举一个简单的例子来说明一下：
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<title>blog案例</title>
</head>
<body>
<script type="text/javascript">
setTimeout("alert('this is test')",2000);
setInterval("console.log('demo');",1000);
</script>
</body>
</html>这个运行后的结果是弹出了一次对话框，然后在控制台可以看到每1秒钟会向其中输出demo字样
二、定时器原理初识
那么问题来了，如下的代码运行的时候会出现什么情况呢？
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<title>blog案例</title>
</head>
<body>
<script type="text/javascript">
setTimeout("alert('定时器!')",0);
alert("测试")
</script>
</body>
</html>是先执行alert("测试")，还是先执行alert("定时器")呢，那么我们就来运行一下吧！
运行后的结果是先弹出测试字样的弹出框，然后才弹出定时器字样的弹出框，为什么会这样呢？不是定时器的时间为0就即可执行吗？
答案不是这样的，因为JS众所周知是单线程的，所以很多人会认为在上面的例子中会先阻塞等待定时器执行完成后再执行下面的语句，但是这个也就是单线程的一个缺陷之一吧，为了解决这个问题，引入了异步机制。异步机制主要是利用一个我们平时很少去关注的一个知识点——浏览器的多线程。究竟什么是浏览器的多线程呢？
三、浏览器的多线程
******拓展：js多线程Worker实现：
在传统的html时代是基本不可能实现的，而现在，我们拥有一种叫做worker的东西。它是js里的一个类，而我们只需要创建它的实例就可以使用它。
var worker = new Worker('js/test.js');构造函数的参数填上你的js文件的路径，这个js文件将会在浏览器新开的线程里运行，而与原先的js引擎的线程并不影响。
主线程首先创建Worker，通过Worker对象的postMessage方法，将数据传递给后台线程，而主程序通过onmessage 事件，或者自定义
addEventListener事件来监听后台返回后台线程处理的结果。
同样，后台线程通过onmessage事件来接收主页面传递的数据，通过postMessage将处理结果返回给主页面。
我们可以做什么：
1.可以加载一个JS进行大量的复杂计算而不挂起主进程，并通过postMessage，onmessage进行通信
2.可以在worker中通过importScripts(url)加载另外的脚本文件
3.可以使用 setTimeout(), clearTimeout(), setInterval(), and clearInterval()
4.可以使用XMLHttpRequest来发送请求
5.可以访问navigator的部分属性
有那些局限性：
1.不能跨域加载JS
2.worker内代码不能访问DOM
3.各个浏览器对Worker的实现不大一致，例如FF里允许worker中创建新的worker,而Chrome中就不行
4.不是每个浏览器都支持这个新特性
*********
这里我们就来讲解一下，众所周知，JS是单线程的，但是对于浏览器来说JS的执行只不过是在浏览器众多现成中的一条，我们称之为JS引擎线程。
而浏览器的其他线程则是通过JS引擎线程在执行到某个特定的功能之后指定给浏览器的对应线程。
1.js引擎线程(js引擎有多个线程，一个主线程，其它的后台配合主线程)
作用：执行js任务(执行js代码，用户输入，网络请求)
2.ui渲染线程
作用：渲染页面(js可以操作dom，影响渲染，所以js引擎线程和UI线程是互斥的。js执行时会阻塞页面的渲染。)
3.浏览器事件触发线程
作用：控制交互，响应用户
4.http请求线程
作用：ajax请求等
5.定时触发器线程
作用：setTimeout和setInteval
6.事件轮询处理线程
作用：轮询消息队列，event loop
同步任务和异步任务
同步任务：在主线程排队支持的任务，前一个任务执行完毕后，执行后一个任务,形成一个执行栈，线程执行时在内存形成的空间为栈，进程形成堆结构，这是内存的结构。执行栈可以实现函数的层层调用。注意不要理解成同步代码进入栈中，按栈的出栈顺序来执行。
异步任务会被主线程挂起，不会进入主线程，而是进入消息队列，而且必须指定回调函数，只有消息队列通知主线程，并且执行栈为空时，该消息对应的任务才会进入执行栈获得执行的机会。
主线程执行的说明: 【js的运行机制】
（1）所有同步任务都在主线程上执行，形成一个执行栈。
（2）主线程之外，还存在一个”任务队列”。只要异步任务有了运行结果，就在”任务队列”之中放置一个事件。
（3）一旦”执行栈”中的所有同步任务执行完毕，系统就会读取”任务队列”，看看里面有哪些事件。那些对应的异步任务，于是结束等待状态，进入执行栈，开始执行。
（4）主线程不断重复上面的第三步。
事件循环
主线程从”任务队列”中读取事件，这个过程是循环不断的，所以整个的这种运行机制又称为Event Loop（事件循环）。
具体的原理详见图示：
从这张图我们可以知道
定时器是会在进入消息队列，这也就和异步代码的执行逻辑一样了。它在”消息队列”的尾部添加一个消息，因此要等到同步任务和”消息队列”现有的任务都处理完，才会得到执行的机会，还要看定时器设置的时间是否到了才会执行。
以下面的代码我们来分析一下：
setTimeout("alert('定时器!')",0);
alert("测试")首先JS线程读取到setTimeout定时器，这个时候就会执行浏览器的线程，然后跳过定时器继续执行，这个时候你就看到了弹出框的内容为测试，然后因为定时器的时间为0，所以一执行定时器线程就会即可将弹出框为定时器字样的任务添加到主线程（JS引擎线程）的队列之后，等待JS引擎的调用，这个时候我们看到的结果是先弹出测试，然后再弹出定时器
另外我们要注意在HTML5规范中规定定时器的定时时间不能小于4ms，如果是小于4ms，则默认为4ms，所以在这个例子中的0，默认的是4ms，但是这个在不通过的浏览器中的表现是不同的，但是这个一般在项目中是没有什么印象的，这个只是仅做了解即可。
好的我们将上面的代码改写成这样，然后我们再来看看效果：
<script type="text/javascript">
console.time("test");
setTimeout("for(var i=0;i<1000;i++)console.log('定时器!');",1000);
console.log("测试");
console.timeEnd("test");
</script>运行后的结果如下：
这里有几个知识点：
1、console.time和console.timeEnd这两个方法是可以获取在其中间执行的语句所用的时间，从图中我们可以知道test执行的时间在1ms左右，然而定时器的定时时间是在1000ms左右所以这两个语句只能计算当前引擎的执行时间，换句话说就是在浏览器中的定时器模块的运行时间是这样是没法计算的
2、另外我们可以看到一个现象就是定时器在执行的时候不是一千个定时器的字样全都一次性的打印出来，而是几百几百的增加，这个是为什么呢？这里就涉及到了另外的一个问题，如果是定时器的时间到了，但是定时器中的任务没有执行完成这个时候会怎样？
我们上面说过就是定时器的时间到了的情况下，就会向JS引擎线程添加任务，不论任务里面的语句是否执行完成，都会像JS引擎线程队列中添加，但是剩下的未执行完成的语句怎么办呢？
程序执行到了定时器任务的时候，就会先把已经在定时器模块执行过的语句加载一次，然后是继续执行定时器模块的剩余语句。(定时器模块向JS引擎中添加的任务相当于就是C语言中的一个指针，指向的是定时器模块)
所以，setTimeout我们可以定义为：
在指定时间内, 将任务放入事件队列,等待js引擎空闲后被执行.
四、setInterval的使用
setInterval最基础的使用方法是直接当一个循环定时器使用，这里就不举例说明
对于setInterval(fn, 100)容易产生一个误区：并不是上一次fn执行完了之后再过100ms才开始执行下一次fn。 事实上，setInterval并不管上一次fn的执行结果，而是每隔100ms就将fn放入主线程队列，而两次fn之间具体间隔多久就不一定了，跟setTimeout实际延迟时间类似，和JS执行情况有关。具体的延迟效果与内存等因素有关。
五、定时器的可靠性
虽说定时器在大部分的情况下都是趋于稳定的，但是定时器在使用的时候也存在着一些误差
如下所示：
<script type="text/javascript">
var time1 = new Date().getTime();
setInterval(function(){
var time2 = new Date().getTime();
console.log("setInterval执行的差值时间："+(time2-time1));
},1000);
</script>运行的结果如下：
从图中我们基本可以看出定时器存在着一些小小的误差就比如第一次的运行时间为1001ms比我们设定的时间多出了1ms，所以得出结论：定时器不是完全的可靠的，存在极小的误差。这个还是在chrome浏览器上面测试的结果，换是在IE浏览器测试那又如何呢？
结果显示，在IE浏览器下面的误差更大
六、定时器的妙用
定时器在项目中除了可以作为定时的作用外还可以用来做耗时代码的优化：
我们假设有这样的一个场景，就是在某个页面中要渲染50万个节点，这个时候对于一般的项目中，直接渲染是不可取的，因为这个时候会占用过多的内存，导致浏览器出现了卡死的状态，用户误以为是页面卡死而 直接关闭浏览器或者杀死进程，即使是用户不关闭页面这样给用户的体验也是不好的，这个时候我们要怎样来解决这个问题呢，我们可以利用定时器来优化这个问题首先我们可以把50万个节点分成多组，每组渲染 的节点数不要过多，然后通过setInterval来进行循环这个既不阻塞JS引擎线程的运行，又不可以提高渲染的消耗时间。从而达到最终的优化渲染。
七、定时器使用注意事项
如果是项目中有对个定时器的参与那么记得在一个定时器执行结束的时候记得要调用clearInterval或clearTimeout这两个方法来清除定时器，以免定时器之间互相干扰出现一些抓摸不定的现象
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