快捷導(dǎo)航

JS定時(shí)器不可靠的原因及解決方案

更新時(shí)間：2022年01月17日 14:14:41 作者：前端南玖

JavaScript中所有的任務(wù)分為同步任務(wù)與異步任務(wù)，同步任務(wù)，顧名思義就是立即執(zhí)行的任務(wù)，它一般是直接進(jìn)入到主線程中執(zhí)行,這篇文章主要介紹了JS定時(shí)器不可靠的原因及解決方案,需要的朋友可以參考下

前言

在工作中應(yīng)用定時(shí)器的場景非常多，但你會發(fā)現(xiàn)有時(shí)候定時(shí)器好像并沒有按照我們的預(yù)期去執(zhí)行，比如我們常遇到的setTimeout(()=>{},0)它有時(shí)候并不是按我們預(yù)期的立馬就執(zhí)行。想要知道為什么會這樣，我們首先需要了解Javascript計(jì)時(shí)器的工作原理。

定時(shí)器工作原理

為了理解計(jì)時(shí)器的內(nèi)部工作原理，我們首先需要了解一個(gè)非常重要的概念：計(jì)時(shí)器設(shè)定的延時(shí)是沒有保證的。因?yàn)樗性跒g覽器中執(zhí)行的JavaScript單線程異步事件（比如鼠標(biāo)點(diǎn)擊事件和計(jì)時(shí)器）都只有在它有空的時(shí)候才執(zhí)行。

這么說可能不是很清晰，我們來看下面這張圖

圖中有很多信息需要消化，但是完全理解它會讓您更好地了解異步JavaScript執(zhí)行是如何工作的。這張圖是一維的:垂直方向是(掛鐘)時(shí)間，單位是毫秒。藍(lán)色框表示正在執(zhí)行的JavaScript部分。例如，第一個(gè)JavaScript塊執(zhí)行大約18ms，鼠標(biāo)點(diǎn)擊塊執(zhí)行大約11ms，以此類推。

? 由于JavaScript一次只能執(zhí)行一段代碼(由于它的單線程特性)，所以每一段代碼都會“阻塞”其他異步事件的進(jìn)程。這意味著，當(dāng)異步事件發(fā)生時(shí)(如鼠標(biāo)單擊、計(jì)時(shí)器觸發(fā)或XMLHttpRequest完成)，它將排隊(duì)等待稍后執(zhí)行。

? 首先，在JavaScript的第一個(gè)塊中，啟動了兩個(gè)計(jì)時(shí)器:一個(gè)10ms的setTimeout和一個(gè)10ms的setInterval。由于計(jì)時(shí)器是在哪里和什么時(shí)候啟動的，它實(shí)際上在我們實(shí)際完成第一個(gè)代碼塊之前觸發(fā)，但是請注意，它不會立即執(zhí)行(由于線程的原因，它無法這樣做)。相反，被延遲的函數(shù)被排隊(duì)，以便在下一個(gè)可用的時(shí)刻執(zhí)行。

? 此外，在第一個(gè)JavaScript塊中，我們看到鼠標(biāo)單擊發(fā)生。與此異步事件相關(guān)聯(lián)的JavaScript回調(diào)(我們永遠(yuǎn)不知道用戶何時(shí)會執(zhí)行某個(gè)動作，因此它被認(rèn)為是異步的)無法立即執(zhí)行，因此，就像初始計(jì)時(shí)器一樣，它被排隊(duì)等待稍后執(zhí)行。

? 在JavaScript的初始塊完成執(zhí)行后，瀏覽器會立即問一個(gè)問題:等待執(zhí)行的是什么?在本例中，鼠標(biāo)單擊處理程序和計(jì)時(shí)器回調(diào)都在等待。然后瀏覽器選擇一個(gè)(鼠標(biāo)點(diǎn)擊回調(diào))并立即執(zhí)行它。計(jì)時(shí)器將等待到下一個(gè)可能的時(shí)間，以便執(zhí)行。

setInterval調(diào)用被廢棄

在click事件執(zhí)行時(shí)，第20毫秒處，第二個(gè)setInterval也到期了，因?yàn)榇藭r(shí)已經(jīng)click事件占用了線程，所以setInterval還是不能被執(zhí)行，并且因?yàn)榇藭r(shí)隊(duì)列中已經(jīng)有一個(gè)setInterval正在排隊(duì)等待執(zhí)行，所以這一次的setInterval的調(diào)用將被廢棄。

瀏覽器不會對同一個(gè)setInterval處理程序多次添加到待執(zhí)行隊(duì)列。

? 實(shí)際上，我們可以看到，當(dāng)?shù)谌齻€(gè)interval回調(diào)被觸發(fā)時(shí)，interval本身正在執(zhí)行。這向我們展示了一個(gè)重要的事實(shí):interval并不關(guān)心當(dāng)前執(zhí)行的是什么，它們將不加區(qū)別地排隊(duì)，即使這意味著回調(diào)之間的時(shí)間間隔將被犧牲。

setTimeout/setInterval無法保證準(zhǔn)時(shí)執(zhí)行回調(diào)函數(shù)

? 最后，在第二個(gè)interval回調(diào)執(zhí)行完成后，我們可以看到JavaScript引擎沒有任何東西可以執(zhí)行了。這意味著瀏覽器現(xiàn)在等待一個(gè)新的異步事件發(fā)生。當(dāng)interval再次觸發(fā)時(shí)，我們會在50ms處得到這個(gè)值。但是這一次，沒有任何東西阻礙它的執(zhí)行，因此它立即觸發(fā)。

OK，總的來說造成JS定時(shí)器不可靠的原因就是JavaScript是單線程的，一次只能執(zhí)行一個(gè)任務(wù)，而setTimeout() 的第二個(gè)參數(shù)（延時(shí)時(shí)間）只是告訴 JavaScript 再過多長時(shí)間把當(dāng)前任務(wù)添加到隊(duì)列中。如果隊(duì)列是空的，那么添加的代碼會立即執(zhí)行；如果隊(duì)列不是空的，那么它就要等前面的代碼執(zhí)行完了以后再執(zhí)行定時(shí)器任務(wù)必須等主線程任務(wù)執(zhí)行才可能開始執(zhí)行，無論它是否到達(dá)我們設(shè)置的時(shí)間

這里我們可以再來了解下Javascript的事件循環(huán)

事件循環(huán)

JavaScript中所有的任務(wù)分為同步任務(wù)與異步任務(wù)，同步任務(wù)，顧名思義就是立即執(zhí)行的任務(wù)，它一般是直接進(jìn)入到主線程中執(zhí)行。而我們的異步任務(wù)則是進(jìn)入任務(wù)隊(duì)列等待主線程中的任務(wù)執(zhí)行完再執(zhí)行。

任務(wù)隊(duì)列是一個(gè)事件的隊(duì)列，表示相關(guān)的異步任務(wù)可以進(jìn)入執(zhí)行棧了。主線程讀取任務(wù)隊(duì)列就是讀取里面有哪些事件。

隊(duì)列是一種先進(jìn)先出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

上面我們說到異步任務(wù)又可以分為宏任務(wù)與微任務(wù)，所以任務(wù)隊(duì)列也可以分為宏任務(wù)隊(duì)列與微任務(wù)隊(duì)列

Macrotask Queue：進(jìn)行比較大型的工作，常見的有setTimeout，setInterval，用戶交互操作，UI渲染等；
Microtask Queue：進(jìn)行較小的工作，常見的有Promise，Process.nextTick；
同步任務(wù)直接放入到主線程執(zhí)行，異步任務(wù)（點(diǎn)擊事件，定時(shí)器，ajax等）掛在后臺執(zhí)行，等待I/O事件完成或行為事件被觸發(fā)。
系統(tǒng)后臺執(zhí)行異步任務(wù)，如果某個(gè)異步任務(wù)事件（或者行為事件被觸發(fā)），則將該任務(wù)添加到任務(wù)隊(duì)列，并且每個(gè)任務(wù)會對應(yīng)一個(gè)回調(diào)函數(shù)進(jìn)行處理。
這里異步任務(wù)分為宏任務(wù)與微任務(wù)，宏任務(wù)進(jìn)入到宏任務(wù)隊(duì)列，微任務(wù)進(jìn)入到微任務(wù)隊(duì)列。
執(zhí)行任務(wù)隊(duì)列中的任務(wù)具體是在執(zhí)行棧中完成的，當(dāng)主線程中的任務(wù)全部執(zhí)行完畢后，去讀取微任務(wù)隊(duì)列，如果有微任務(wù)就會全部執(zhí)行，然后再去讀取宏任務(wù)隊(duì)列
上述過程會不斷的重復(fù)進(jìn)行，也就是我們常說的事件循環(huán)（Event-Loop）。

這里更詳細(xì)的內(nèi)容可以看我之前的文章探索JavaScript執(zhí)行機(jī)制

導(dǎo)致定時(shí)器不可靠的原因

當(dāng)前任務(wù)執(zhí)行時(shí)間過久

JS 引擎會先執(zhí)行同步的代碼之后才會執(zhí)行異步的代碼，如果同步的代碼執(zhí)行時(shí)間過久，是會導(dǎo)致異步代碼延遲執(zhí)行的。

setTimeout(() => {
  console.log(1);
}, 20);
for (let i = 0; i < 90000000; i++) { } 
setTimeout(() => {
  console.log(2);
}, 0);

這個(gè)按預(yù)期應(yīng)該是會先打印出2，然后再打印1，但事實(shí)并不是如此，就算第二個(gè)定時(shí)器的時(shí)間更短，但中間那個(gè)for循環(huán)的執(zhí)行時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了這兩個(gè)定時(shí)器設(shè)定的時(shí)間。

setTimeout 設(shè)置的回調(diào)任務(wù)是按照順序添加到延遲隊(duì)列里面的，當(dāng)執(zhí)行完一個(gè)任務(wù)之后，ProcessDelayTask 函數(shù)會根據(jù)發(fā)起時(shí)間和延遲時(shí)間來計(jì)算出到期的任務(wù)，然后依次執(zhí)行這些到期的任務(wù)。

在執(zhí)行完前面的任務(wù)之后，上面例子的兩個(gè) setTimeout 都到期了，那么按照順序執(zhí)行就是打印 1 和 2。所以在這個(gè)場景下，setTimeout 就顯得不那么可靠了。

延遲執(zhí)行時(shí)間有最大值

包括 IE, Chrome, Safari, Firefox 在內(nèi)的瀏覽器其內(nèi)部以32位帶符號整數(shù)存儲延時(shí)。這就會導(dǎo)致如果一個(gè)延時(shí)(delay)大于 2147483647 毫秒 (大約24.8 天)時(shí)就會溢出，導(dǎo)致定時(shí)器將會被立即執(zhí)行。（MDN）

setTimeout 的第二個(gè)參數(shù)設(shè)置為 0 （未設(shè)置、小于 0、大于 2147483647 時(shí)都默認(rèn)為 0）的時(shí)候，意味著馬上執(zhí)行，或者盡快執(zhí)行。

setTimeout(function () {
  console.log("你猜它什么時(shí)候打??？")
}, 2147483648);

把這段代碼放到瀏覽器控制臺執(zhí)行，你會發(fā)現(xiàn)它會立馬打印出你猜它什么時(shí)候打??？

最小延時(shí)>=4ms(嵌套使用定時(shí)器)

在瀏覽器中，setTimeout()/setInterval() 的每調(diào)用一次定時(shí)器的最小間隔是4ms，這通常是由于函數(shù)嵌套導(dǎo)致（嵌套層級達(dá)到一定深度），或者是由于已經(jīng)執(zhí)行的setInterval的回調(diào)函數(shù)阻塞導(dǎo)致的。

setTimeout 的第二個(gè)參數(shù)設(shè)置為 0 （未設(shè)置、小于 0、大于 2147483647 時(shí)都默認(rèn)為 0）的時(shí)候，意味著馬上執(zhí)行，或者盡快執(zhí)行。
如果延遲時(shí)間小于 0，則會把延遲時(shí)間設(shè)置為 0。如果定時(shí)器嵌套 5 次以上并且延遲時(shí)間小于 4ms，則會把延遲時(shí)間設(shè)置為 4ms。

function cb() { f(); setTimeout(cb, 0); }
setTimeout(cb, 0);

在Chrome 和 Firefox中，定時(shí)器的第5次調(diào)用被阻塞了；在Safari是在第6次；Edge是在第3次。所以后面的定時(shí)器都最少被延遲了4ms

未被激活的tabs的定時(shí)最小延遲>=1000ms

瀏覽器為了優(yōu)化后臺tab的加載損耗（以及降低耗電量），在未被激活的tab中定時(shí)器的最小延時(shí)限制為1S(1000ms)。

let num = 100;
function setTime() {
  // 當(dāng)前秒執(zhí)行的計(jì)時(shí)
  console.log(`當(dāng)前秒數(shù)：${new Date().getSeconds()} - 執(zhí)行次數(shù)：${100-num}`);
  num ? num-- && setTimeout(() => setTime(), 50) : "";
}
setTime();

這里我在39秒時(shí)切到了其他標(biāo)簽頁，我們會發(fā)現(xiàn)它后面的執(zhí)行間隔都是1秒執(zhí)行一次，并不是我們設(shè)定的50ms。

setInterval的處理時(shí)長不能比設(shè)定的間隔長

setInterval的處理時(shí)長不能比設(shè)定的間隔長，否則setInterval將會沒有間隔的重復(fù)執(zhí)行

但是對這個(gè)問題，很多情況下，我們并不能清晰的把控處理程序所消耗的時(shí)長，為了能夠按照一定的間隔周期性的觸發(fā)定時(shí)器，我們可以使用setTimeout來代替setInterval執(zhí)行。

setTimeout(function fn(){
  // todo
  setTimeout(fn,10)
    // 執(zhí)行完處理程序的內(nèi)容后，在末尾再間隔10毫秒來調(diào)用該程序，這樣就能保證一定是10毫秒的周期調(diào)用,這里時(shí)間按自己的需求來寫
},10)

解決方案

方法一：requestAnimationFrame

window.requestAnimationFrame() 告訴瀏覽器——你希望執(zhí)行一個(gè)動畫，并且要求瀏覽器在下次重繪之前調(diào)用指定的回調(diào)函數(shù)更新動畫。該方法需要傳入一個(gè)回調(diào)函數(shù)作為參數(shù)，該回調(diào)函數(shù)會在瀏覽器下一次重繪之前執(zhí)行，理想狀態(tài)下回調(diào)函數(shù)執(zhí)行次數(shù)通常是每秒60次（也就是我們所說的60fsp），也就是每16.7ms 執(zhí)行一次，但是并不一定保證為 16.7 ms。

const t = Date.now()
function mySetTimeout (cb, delay) {
  let startTime = Date.now()
  loop()
  function loop () {
    if (Date.now() - startTime >= delay) {
      cb();
      return;
    }
    requestAnimationFrame(loop)
  }
}
mySetTimeout(()=>console.log('mySetTimeout' ,Date.now()-t),2000) //2005
setTimeout(()=>console.log('SetTimeout' ,Date.now()-t),2000) // 2002

這種方案看起來像是增加了誤差，這是因?yàn)閞equestAnimationFrame每16.7ms 執(zhí)行一次，因此它不適用于間隔很小的定時(shí)器修正。

方法二： Web Worker

Web Worker為Web內(nèi)容在后臺線程中運(yùn)行腳本提供了一種簡單的方法。線程可以執(zhí)行任務(wù)而不干擾用戶界面。此外，他們可以使用XMLHttpRequest執(zhí)行 I/O (盡管responseXML和channel屬性總是為空)。一旦創(chuàng)建，一個(gè)worker 可以將消息發(fā)送到創(chuàng)建它的JavaScript代碼, 通過將消息發(fā)布到該代碼指定的事件處理程序（反之亦然）。

Web Worker 的作用就是為 JavaScript 創(chuàng)造多線程環(huán)境，允許主線程創(chuàng)建 Worker 線程，將一些任務(wù)分配給后者運(yùn)行。在主線程運(yùn)行的同時(shí)，Worker 線程在后臺運(yùn)行，兩者互不干擾。等到 Worker 線程完成計(jì)算任務(wù)，再把結(jié)果返回給主線程。這樣的好處是，一些計(jì)算密集型或高延遲的任務(wù)，被 Worker 線程負(fù)擔(dān)了，主線程不會被阻塞或拖慢。

// index.js
let count = 0;
//耗時(shí)任務(wù)
setInterval(function(){
  let i = 0;
  while(i++ < 100000000);
}, 0);

// worker 
let worker = new Worker('./worker.js')
// worker.js
let startTime = new Date().getTime();
let count = 0;
setInterval(function(){
    count++;
    console.log(count + ' --- ' + (new Date().getTime() - (startTime + count * 1000)));
}, 1000);