Асинхронность в JavaScript: Пособие для тех, кто хочет разобраться

в 8:45, , рубрики: css, javascript, setTimeout, асинхронное программирование, Блог компании Wrike, Разработка веб-сайтов

image

На JavaScript легко писать. Достаточно взять пару библиотек или модный фреймворк, прочитать несложный туториал и все — через пару часов у вас простой работающий интерфейс.

Проблемы начинаются, когда интерфейс становится сложнее. Вот тут без глубокого понимания JavaScript не обойтись. Важно, чтобы даже большой и сложный интерфейс оставался быстрым и отзывчивым. Отзывчивость, как правило, достигается за счет использования асинхронных функций. Попробуем разобраться, как устроена асинхронность в JavaScript.

В JavaScript нет многопоточности. Несмотря на то, что мы уже можем полноценно использовать вебворкеры, из них нельзя менять DOM или вызывать методы объекта window. Одним словом, не многопоточность, а сплошное разочарование.

Причины таких ограничений понятны. Представьте себе, что два параллельных потока пытаются наперегонки поменять один и тот же узел в DOM с непредсказуемым результатом. Представили? Мне тоже стало не по себе.

image

С DOM-деревом работают в одном потоке, чтобы гарантировать целостность и непротиворечивость данных, но как программировать интерфейс с одним потоком? Ведь сама суть интерфейса — в асинхронности. Именно для этого придуманы асинхронные функции. Они выполняются не сразу, а после наступления события. Интересно, что эти функции — не часть JavaScript-движков. Вызов setTimeout на чистом V8 приводит к ошибке, так как в V8 нет такой функции. Тогда откуда же появляется setTimeout или requestAnimationFrame или addEventListener?

Асинхронность внутри

Движок JavaScript похож на мясорубку, бесконечно перемалывающую операции, которые последовательно берутся из стека вызовов (1). Код выполняется линейно и последовательно. Удалить операцию из стека нельзя, можно только прервать поток выполнения. Поток выполнения прерывается, если вызвать что-то типа alert или «исключение».

image

Каждая операция содержит контекст — некую область памяти, из которой доступны данные. Контексты расположены в памяти в виде дерева. Каждому листу в дереве доступны области видимости, которые определены в родительских ветках и в корне (глобальной области видимости). Функции в JavaScript — это данные, они хранятся в памяти именно как данные и поэтому передаются как переменные или возвращаются из других функций.

Асинхронные операции выполняются не в движке, а в окружении (5,6). Окружение — надстройка на движком. NodeJS и Chrome для движка V8 и Firefox для Gecko. Иногда окружение еще называют web API.
Чтобы создать асинхронный вызов, в web API передается ссылка на функцию, которая выполнится позже или не выполнится вовсе.

У функции есть свой контекст или своя область памяти (3), в которой она определена. Функция имеет доступ к этой области памяти и ко всем родителям этой области памяти. Такие функции называются замыканиями. С этой точки зрения, все функции в JavaScript — замыкания, так как все они имеют контекст.

Web API и JavaScrtipt движок работают независимо. Web API решает, в какой момент функция двигается дальше, в очередь вызовов (2).

Функции в очереди вызовов попадают в JavaScript-движок, где выполняются по одной. Выполнение происходит в том же порядке, в котором функции попадают в очередь.

Окружение самостоятельно решает, когда добавить переданный ей код в очередь вызовов. Функции из очереди добавляются в стек выполнения (выполняются) не раньше, чем стек вызовов закончит работу над текущей функцией.
Таким образом, стек вызовов работает синхронно, а web API асинхронно.

Это очень важно! Разработчику не нужно самому контролировать параллельный доступ к ресурсам, асинхронную работу за него выполняет окружение. Окружения определяют различия между браузером и node.js, ведь на node.js мы пишем сетевые приложения или обращаемся напрямую к жесткому диску, а из Chrome перехватываем клики по кнопкам, используя один и тот же движок.

В очереди вызовов нельзя отменять отдельные операции. Это делается в окружении (removeEventListener — в качестве примера).

Примеры

Можно загрузить стек вызовов так, чтобы он работал бесконечно и следующая функция из очереди вызовов не вызвалась. Попробуйте, например, запустить вот такой код.

document.addEventListener(‘click’, function(){
    console.log(‘clicked’)
});

while(true){
    console.log(‘wait’);
}

Обработчик клика не сработает, а бесконечный цикл загрузит процессор компьютера. Вкладка зависнет ;)

А вот другой пример.

Клик вызовет «тяжелую» для расчета функцию. После клика в консоль пишется start, в конце выполнения функции — end. Выполнение функции на моем ноутбуке занимает несколько секунд. Все время, пока выполняется функция, квадратик мигает. Это значит, что анимации в CSS выполняются асинхронно JavaScript-коду.

Но что будет, если вместо opacity менять размер?

Квадратик зависнет на время выполнения функции. Дело в том, что CSS-свойство height обращается к DOM. Как мы помним, к DOM можно обращаться только из одного потока, чтобы не было проблем с параллельным доступом.

Делаем вывод, что для анимации лучше пользоваться свойствами, которые не меняют DOM (transform, opacity и т.д.). А всю тяжелую работу в JavaScript лучше делать асинхронно. Например вот так.

Код написан для наглядности и на коленке, в бою применять не рекомендуется. Мы делим большой кусок работы на маленькие и выполняем асинхронно. При этом интерфейс не блокируется. Для таких расчетов можно пользоваться веб-воркерами.

Вывод

Благодаря JavaScript мы пишем асинхронные приложения, не задумываясь о многопоточности: о целостности и непротиворечивости данных. За эти преимущества мы платим огромным числом обратных вызовов, блокированием основного потока и постоянными потерями контекста.

О том, как бороться с последней проблемой, я расскажу в следующий раз.

Автор: Wrike

Источник

Поделиться новостью

* - обязательные к заполнению поля