JavaScript的计时器的工作原理

最近都在看一些JavaScript原理层面的文章，恰巧看到了jQuery的作者的一篇关于JavaScript计时器原理的解析，于是诚惶诚恐地决定把原文翻译成中文，一来是为了和大家分享，二来是为了加深自己对于JavaScript的理解。原文链接：http://ejohn.org/blog/how-javascript-timers-work/

原文翻译：

从基础层面来讲，理解JavaScript计时器的工作原理是很重要的。由于JavaScript是单线程的，所以很多时候计时器并不是表现得和我们的直观想象一样。让我们从下面的三个函数开始，它们能够让我们有机会去构造和操作计时器。

• var id =setTimeout(fn, delay); 创建了一个简单的计时器，在经过给定的时间后，回调函数将会被执行。这个函数会返回一个唯一的ID，便于在之后某个时间可以注销这个计时器。
• var id = setInterval(fn, delay)； -和setTimeout类似，但是每经过一段时间（给定的延时），所传递的函数就会被执行一次，直到这个定时器被注销。
• clearInterval(id); clearTimeout(id); -接受一个计时器ID（由之前两种计时器返回）并且停止计时器回调函数的执行。

为了理解计时器的内部工作原理，我们首先需要了解一个非常重要的概念：计时器设定的延时是没有保证的。因为所有在浏览器中执行的JavaScript单线程异步事件（比如鼠标点击事件和计时器）都只有在它有空的时候才执行。这最好通过图片来说明，就如下面这张图所示：

这一张图片里面有很多信息需要慢慢消化，但是彻底地理解这张图片将会让你对JavaScript异步执行是如何工作的有一个更好的认识。这张图片是从一维的角度来阐述的:在垂直方向是以毫秒计的时间,蓝色的块代表了

当前正在执行的JavaScript代码段。比如第一段JavaScript执行了大概18毫秒，鼠标点击事件大概执行了11毫秒。

由于JavaScript每次只能执行一段代码（基于它单线程的特性），所以所有这些代码段都阻塞了其他异步事件的执行。这就意味着，当一件异步事件（比如鼠标点击，计时器触发和一个XMLHttpRequest 请求完成）触发的时候，这些事件的回调函数将排在执行队列的最后去等待执行（排队的方式因浏览器不同而不同，这里只是一个简化）。

一开始，在第一段代码段内，两个计时器被初始化：一个10ms的setTimeout 和一个10ms的setInterval。由于计时器在哪儿初始化就在那儿开始计时，所以实际上计时器在第一段代码执行完成之前就触发了。然而，计时器的回调函数并不是立即执行了（单线程限制了不能这样做），相反的是，回调函数排在了执行队列的最后，等到下一个有空的时间去执行。

此外，在第一个代码块内我们看到了一个鼠标点击事件发生了。与之相关的javascript异步事件（我们不可能预测用户会在什么时候去采取这样的动作，因此这个事件被视为异步的）并不会立即执行。和计时器一样的是，它被放到了队列的最后去等待执行。

在第一个代码快执行完成的时候，浏览器会立即发出这样的询问：谁正在等待执行？这个时候，鼠标点击处理程序和计时器回调函数都在等待执行。浏览器选择了其中一个（鼠标点击回调函数）并且立即执行它。为了执行，计时器会等到下一个可能执行的时间。

我们注意到，当鼠标点击事件对应的处理程序正在执行的时候，第一个定时回调函数也要执行了。同定时计时器一样，它也在队列的后面等待执行。然而，我们可以注意到，当定时器再一次触发（在计时器回调函数正在执行的时候），这一次定时器回调函数被丢弃了。如果在执行一大块代码块的时候，你把所有的定时回调函数都放在队列的最后，结果就是一大串定时回调函数将会没有间隔的一起执行，直到完成。相反，在把更多定时回调函数放到队列之前，浏览器会静静的等待，知道队列中的所有定时回调函数都执行完成。

事实上，我们可以看到，当interval回调函数正在执行的时候,interval第三次被触发。这给我们一个很重要的信息：interval并不关心当前谁在执行，它的回调函数会不加区分地进入队列，即使存在这个回调函数会被丢弃的可能。

最后，当第二个定时回调函数完成执行的时候，我们可以看到javascript引擎已经没有什么需要执行了。这意味着，浏览器现在正在等待一个新的异步事件的发生。我们可以看到在50ms的时候，定时回调函数再一次被触发。然而，这一次，没有其他代码阻塞他的执行了，所以他立即执行了定时回调函数。

让我们看一个例子来更好地阐述setTimeout 和setInterval的区别。

1 setTimeout(function(){
2     /* Some long block of code... */
3     setTimeout(arguments.callee, 10);
4 }, 10);
5  
6 setInterval(function(){
7     /* Some long block of code... */
8 }, 10);

第一眼看上去这两段代码在功能上是等价的，但事实上却不是。值得注意的是，setTimeout 这段代码会在每次回调函数执行之后至少需要延时10ms再去执行一次（可能是更多，但是不会少）。但是setInterval会每隔10ms就去尝试执行一次回调函数，不管上一个回调函数是不是还在执行。

从这里我们能够学到很多，让我们来概括一下：

• javascript引擎只有一个线程，迫使异步事件只能加入队列去等待执行。
• 在执行异步代码的时候，setTimeout 和setInterval 是有着本质区别的。
• 如果计时器被正在执行的代码阻塞了，它将会进入队列的尾部去等待执行直到下一次可能执行的时间出现（可能超过设定的延时时间）。
• 如果interval回调函数执行需要花很长时间的话(比指定的延时长)，interval有可能没有延迟背靠背地执行。
• 上述这一切对于理解js引擎是如果工作的无疑是很重要的知识，尤其是大量的典型的异步事件发生时，对于构建一个高效的应用代码片段来说是一个非常有利的基础。

个人见解：

翻译完成之后，感觉对于javascript异步有了新的认识，但是可能初学者看不太懂这篇文章，于是写了一个demo，运行在nodejs环境下（浏览器不容易模拟）

 1 var startTime = new Date();
 2 
 3 //初始化计时器
 4 var start = setTimeout(function() {
 5     var end = new Date();
 6     console.log('10ms的计时器执行完成，距离程序开始' + (end - start) + 'ms');
 7 }, 10);
 8 
 9 //模拟鼠标点击事件
10 function asyncReal(data, callback) {
11     process.nextTick(function() {
12         callback();      
13      });
14 }
15 var asyncStart = new Date();
16 asyncReal('yuanzm', function() {
17     var asyncEnd = new Date();
18     console.log('模拟鼠标执行事件完成，花费时间' + (asyncEnd - asyncStart) + 'ms');
19 })
20 
21 //设定定时器
22 count = 1;
23 var interval = setInterval(function() {
24     ++count;
25     if(count === 5) {
26         clearInterval(interval);
27     }
28     console.log('定时器事件');
29 },10);
30 
31 //模拟第一阶段代码执行
32 var first = [];
33 var start = new Date();
34 for(var i = 0;i < 10000000;i++){
35     first.push(i);
36 }
37 var end = new Date();
38 console.log('第一阶段代码执行完成,用时' + (end - start) + 'ms');

运行结果如下：

我们按照文中的原理来解释一下：

1. 一开始设定的计时器并不是在10ms后立即执行，而是被添加到了队列后面，等到第一阶段代码执行完成才执行，距离开始的时间也不是设定的10ms
2. 鼠标点击事件同样因为是异步事件，添加到了队列后面，等到第一阶段代码执行完成的时候才执行。
3. 鼠标点击事件先于计时器事件添加到队列后面
4. 最后定时器才能执行

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