定时器

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JavaScript提供定时执行代码的功能,叫做定时器(timer),主要由setTimeout()setInterval()这两个函数来完成。它们向任务队列添加定时任务。

setTimeout()

setTimeout函数用来指定某个函数或某段代码,在多少毫秒之后执行。它返回一个整数,表示定时器的编号,以后可以用来取消这个定时器。

var timerId = setTimeout(func|code, delay)

上面代码中,setTimeout函数接受两个参数,第一个参数func|code是将要推迟执行的函数名或者一段代码,第二个参数delay是推迟执行的毫秒数。

console.log(1);
setTimeout('console.log(2)',1000);
console.log(3);

上面代码的输出结果就是1,3,2,因为setTimeout指定第二行语句推迟1000毫秒再执行。

需要注意的是,推迟执行的代码必须以字符串的形式,放入setTimeout,因为引擎内部使用eval函数,将字符串转为代码。如果推迟执行的是函数,则可以直接将函数名,放入setTimeout。一方面eval函数有安全顾虑,另一方面为了便于JavaScript引擎优化代码,setTimeout方法一般总是采用函数名的形式,就像下面这样。

function f(){
  console.log(2);
}

setTimeout(f,1000);

// 或者

setTimeout(function (){console.log(2)},1000);

如果省略setTimeout的第二个参数,则该参数默认为0。

除了前两个参数,setTimeout还允许添加更多的参数。它们将被传入推迟执行的函数(回调函数)。

setTimeout(function(a,b){
  console.log(a+b);
},1000,1,1);

上面代码中,setTimeout共有4个参数。最后那两个参数,将在1000毫秒之后回调函数执行时,作为回调函数的参数。

IE 9.0及以下版本,只允许setTimeout有两个参数,不支持更多的参数。这时有三种解决方法。第一种是在一个匿名函数里面,让回调函数带参数运行,再把匿名函数输入setTimeout

setTimeout(function() {
  myFunc("one", "two", "three");
}, 1000);

上面代码中,myFunc是真正要推迟执行的函数,有三个参数。如果直接放入setTimeout,低版本的IE不能带参数,所以可以放在一个匿名函数。

第二种解决方法是使用bind方法,把多余的参数绑定在回调函数上面,生成一个新的函数输入setTimeout

setTimeout(function(arg1){}.bind(undefined, 10), 1000);

上面代码中,bind方法第一个参数是undefined,表示将原函数的this绑定全局作用域,第二个参数是要传入原函数的参数。它运行后会返回一个新函数,该函数不带参数。

第三种解决方法是自定义setTimeout,使用apply方法将参数输入回调函数。

<!--[if lte IE 9]><script>
(function(f){
window.setTimeout =f(window.setTimeout);
window.setInterval =f(window.setInterval);
})(function(f){return function(c,t){
var a=[].slice.call(arguments,2);return f(function(){c.apply(this,a)},t)}
});
</script><![endif]-->

除了参数问题,setTimeout还有一个需要注意的地方:如果被setTimeout推迟执行的回调函数是某个对象的方法,那么该方法中的this关键字将指向全局环境,而不是定义时所在的那个对象。

var x = 1;

var o = {
  x: 2,
  y: function(){
    console.log(this.x);
  }
};

setTimeout(o.y,1000);
// 1

上面代码输出的是1,而不是2,这表示o.y的this所指向的已经不是o,而是全局环境了。

再看一个不容易发现错误的例子。

function User(login) {
  this.login = login;
  this.sayHi = function() {
    console.log(this.login);
  }
}

var user = new User('John');

setTimeout(user.sayHi, 1000);

上面代码只会显示undefined,因为等到user.sayHi执行时,它是在全局对象中执行,所以this.login取不到值。

为了防止出现这个问题,一种解决方法是将user.sayHi放在函数中执行。

setTimeout(function() {
  user.sayHi();
}, 1000);

上面代码中,sayHi是在user作用域内执行,而不是在全局作用域内执行,所以能够显示正确的值。

另一种解决方法是,使用bind方法,将绑定sayHi绑定在user上面。

setTimeout(user.sayHi.bind(user), 1000);

HTML 5标准规定,setTimeout的最短时间间隔是4毫秒。为了节电,对于那些不处于当前窗口的页面,浏览器会将时间间隔扩大到1000毫秒。另外,如果笔记本电脑处于电池供电状态,Chrome和IE 9以上的版本,会将时间间隔切换到系统定时器,大约是15.6毫秒。

setInterval()

setInterval函数的用法与setTimeout完全一致,区别仅仅在于setInterval指定某个任务每隔一段时间就执行一次,也就是无限次的定时执行。

<input type="button" onclick="clearInterval(timer)" value="stop">

<script>
  var i = 1
  var timer = setInterval(function() {
    console.log(2);
  }, 1000);
</script>

上面代码表示每隔1000毫秒就输出一个2,直到用户点击了停止按钮。

setTimeout一样,除了前两个参数,setInterval方法还可以接受更多的参数,它们会传入回调函数,下面是一个例子。

function f(){
  for (var i=0;i<arguments.length;i++){
    console.log(arguments[i]);
  }
}

setInterval(f, 1000, "Hello World");
// Hello World
// Hello World
// Hello World
// ...

如果网页不在浏览器的当前窗口(或tab),许多浏览器限制setInteral指定的反复运行的任务最多每秒执行一次。

下面是一个通过setInterval方法实现网页动画的例子。

var div = document.getElementById('someDiv');
var opacity = 1;
var fader = setInterval(function() {
  opacity -= 0.1;
  if (opacity >= 0) {
    div.style.opacity = opacity;
  } else {
    clearInterval(fader);
  }
}, 100);

上面代码每隔100毫秒,设置一次div元素的透明度,直至其完全透明为止。

setInterval的一个常见用途是实现轮询。下面是一个轮询URL的Hash值是否发生变化的例子。

var hash = window.location.hash;
var hashWatcher = setInterval(function() {
  if (window.location.hash != hash) {
    updatePage();
  }
}, 1000);

setInterval指定的是“开始执行”之间的间隔,并不考虑每次任务执行本身所消耗的时间。因此实际上,两次执行之间的间隔会小于指定的时间。比如,setInterval指定每100ms执行一次,每次执行需要5ms,那么第一次执行结束后95毫秒,第二次执行就会开始。如果某次执行耗时特别长,比如需要105毫秒,那么它结束后,下一次执行就会立即开始。

为了确保两次执行之间有固定的间隔,可以不用setInterval,而是每次执行结束后,使用setTimeout指定下一次执行的具体时间。

var i = 1;
var timer = setTimeout(function () {
  alert(i++);
  timer = setTimeout(arguments.callee, 2000);
}, 2000);

上面代码可以确保,下一个对话框总是在关闭上一个对话框之后2000毫秒弹出。

根据这种思路,可以自己部署一个函数,实现间隔时间确定的setInterval的效果。

function interval(func, wait){
  var interv = function(){
    func.call(null);
    setTimeout(interv, wait);
  };

  setTimeout(interv, wait);
}

interval(function(){
  console.log(2);
},1000);

上面代码部署了一个interval函数,用循环调用setTimeout模拟了setInterval

HTML 5标准规定,setInterval的最短间隔时间是10毫秒,也就是说,小于10毫秒的时间间隔会被调整到10毫秒。

clearTimeout(),clearInterval()

setTimeout和setInterval函数,都返回一个表示计数器编号的整数值,将该整数传入clearTimeout和clearInterval函数,就可以取消对应的定时器。

var id1 = setTimeout(f,1000);
var id2 = setInterval(f,1000);

clearTimeout(id1);
clearInterval(id2);

setTimeoutsetInterval返回的整数值是连续的,也就是说,第二个setTimeout方法返回的整数值,将比第一个的整数值大1。利用这一点,可以写一个函数,取消当前所有的setTimeout

(function() {
  var gid = setInterval(clearAllTimeouts, 0);

  function clearAllTimeouts() {
    var id = setTimeout(function() {}, 0);
    while (id > 0) {
      if (id !== gid) {
        clearTimeout(id);
      }
      id--;
    }
  }
})();

运行上面代码后,实际上再设置任何setTimeout都无效了。

下面是一个clearTimeout实际应用的例子。有些网站会实时将用户在文本框的输入,通过Ajax方法传回服务器,jQuery的写法如下。

$('textarea').on('keydown', ajaxAction);

这样写有一个很大的缺点,就是如果用户连续击键,就会连续触发keydown事件,造成大量的Ajax通信。这是不必要的,而且很可能会发生性能问题。正确的做法应该是,设置一个门槛值,表示两次Ajax通信的最小间隔时间。如果在设定的时间内,发生新的keydown事件,则不触发Ajax通信,并且重新开始计时。如果过了指定时间,没有发生新的keydown事件,将进行Ajax通信将数据发送出去。

这种做法叫做debounce(防抖动)方法,用来返回一个新函数。只有当两次触发之间的时间间隔大于事先设定的值,这个新函数才会运行实际的任务。假定两次Ajax通信的间隔不小于2500毫秒,上面的代码可以改写成下面这样。

$('textarea').on('keydown', debounce(ajaxAction, 2500))

利用setTimeout和clearTimeout,可以实现debounce方法,该方法用于防止某个函数在短时间内被密集调用。具体来说,debounce方法返回一个新版的该函数,这个新版函数调用后,只有在指定时间内没有新的调用,才会执行,否则就重新计时。

function debounce(fn, delay){
  var timer = null; // 声明计时器
  return function(){
    var context = this;
    var args = arguments;
    clearTimeout(timer);
    timer = setTimeout(function(){
      fn.apply(context, args);
    }, delay);
  };
}

// 用法示例
var todoChanges = _.debounce(batchLog, 1000);
Object.observe(models.todo, todoChanges);

现实中,最好不要设置太多个setTimeout和setInterval,它们耗费CPU。比较理想的做法是,将要推迟执行的代码都放在一个函数里,然后只对这个函数使用setTimeout或setInterval。

运行机制

setTimeoutsetInterval的运行机制是,将指定的代码移出本次执行,等到下一轮 Event Loop 时,再检查是否到了指定时间。如果到了,就执行对应的代码;如果不到,就等到再下一轮 Event Loop 时重新判断。

这意味着,setTimeoutsetInterval指定的代码,必须等到本轮 Event Loop 的所有任务都执行完,才会开始执行。由于前面的任务到底需要多少时间执行完,是不确定的,所以没有办法保证,setTimeoutsetInterval指定的任务,一定会按照预定时间执行。

setTimeout(someTask, 100);
veryLongTask();

上面代码的setTimeout,指定100毫秒以后运行一个任务。但是,如果后面的veryLongTask函数(同步任务)运行时间非常长,过了100毫秒还无法结束,那么被推迟运行的someTask就只有等着,等到veryLongTask运行结束,才轮到它执行。

下面是setInterval的例子。

setInterval(function () {
  console.log(2);
}, 1000);

sleep(3000);

上面的第一行语句要求每隔1000毫秒,就输出一个2。但是,紧接着的语句需要3000毫秒才能完成,那么setInterval就必须推迟到3000毫秒之后才开始生效。这3000毫秒之内,setInterval不会产生累积效应。

setTimeout(f, 0)

含义

setTimeout的作用是将代码推迟到指定时间执行,如果指定时间为0,即setTimeout(f, 0),那么会立刻执行吗?

答案是不会。因为上一段说过,必须要等到当前脚本的同步任务和“任务队列”中已有的事件,全部处理完以后,才会执行setTimeout指定的任务。也就是说,setTimeout的真正作用是,在“消息队列”的现有消息的后面再添加一个消息,规定在指定时间执行某段代码。setTimeout添加的事件,会在下一次Event Loop执行。

setTimeout(f, 0)将第二个参数设为0,作用是让f在现有的任务(脚本的同步任务和“消息队列”指定的任务)一结束就立刻执行。也就是说,setTimeout(f, 0)的作用是,尽可能早地执行指定的任务。而并不是会立刻就执行这个任务。

setTimeout(function () {
  console.log('你好!');
}, 0);

上面代码的含义是,尽可能早地显示“你好!”。

setTimeout(f, 0)指定的任务,最早也要到下一次Event Loop才会执行。请看下面的例子。

setTimeout(function() {
  console.log("Timeout");
}, 0);

function a(x) {
  console.log("a() 开始运行");
  b(x);
  console.log("a() 结束运行");
}

function b(y) {
  console.log("b() 开始运行");
  console.log("传入的值为" + y);
  console.log("b() 结束运行");
}

console.log("当前任务开始");
a(42);
console.log("当前任务结束");

// 当前任务开始
// a() 开始运行
// b() 开始运行
// 传入的值为42
// b() 结束运行
// a() 结束运行
// 当前任务结束
// Timeout

上面代码说明,setTimeout(f, 0)必须要等到当前脚本的所有同步任务结束后才会执行。

即使消息队列是空的,0毫秒实际上也是达不到的。根据HTML 5标准setTimeout推迟执行的时间,最少是4毫秒。如果小于这个值,会被自动增加到4。这是为了防止多个setTimeout(f, 0)语句连续执行,造成性能问题。

另一方面,浏览器内部使用32位带符号的整数,来储存推迟执行的时间。这意味着setTimeout最多只能推迟执行2147483647毫秒(24.8天),超过这个时间会发生溢出,导致回调函数将在当前任务队列结束后立即执行,即等同于setTimeout(f, 0)的效果。

应用

setTimeout(f, 0)有几个非常重要的用途。它的一大应用是,可以调整事件的发生顺序。比如,网页开发中,某个事件先发生在子元素,然后冒泡到父元素,即子元素的事件回调函数,会早于父元素的事件回调函数触发。如果,我们先让父元素的事件回调函数先发生,就要用到setTimeout(f, 0)。

var input = document.getElementsByTagName('input[type=button]')[0];

input.onclick = function A() {
  setTimeout(function B() {
    input.value +=' input';
  }, 0)
};

document.body.onclick = function C() {
  input.value += ' body'
};

上面代码在点击按钮后,先触发回调函数A,然后触发函数C。在函数A中,setTimeout将函数B推迟到下一轮Loop执行,这样就起到了,先触发父元素的回调函数C的目的了。

用户自定义的回调函数,通常在浏览器的默认动作之前触发。比如,用户在输入框输入文本,keypress事件会在浏览器接收文本之前触发。因此,下面的回调函数是达不到目的的。

document.getElementById('input-box').onkeypress = function(event) {
  this.value = this.value.toUpperCase();
}

上面代码想在用户输入文本后,立即将字符转为大写。但是实际上,它只能将上一个字符转为大写,因为浏览器此时还没接收到文本,所以this.value取不到最新输入的那个字符。只有用setTimeout改写,上面的代码才能发挥作用。

document.getElementById('my-ok').onkeypress = function() {
  var self = this;
  setTimeout(function() {
    self.value = self.value.toUpperCase();
  }, 0);
}

上面代码将代码放入setTimeout之中,就能使得它在浏览器接收到文本之后触发。

由于setTimeout(f,0)实际上意味着,将任务放到浏览器最早可得的空闲时段执行,所以那些计算量大、耗时长的任务,常常会被放到几个小部分,分别放到setTimeout(f,0)里面执行。

var div = document.getElementsByTagName('div')[0];

// 写法一
for (var i = 0xA00000; i < 0xFFFFFF; i++) {
  div.style.backgroundColor = '#' + i.toString(16);
}

// 写法二
var timer;
var i=0x100000;

function func() {
  timer = setTimeout(func, 0);
  div.style.backgroundColor = '#' + i.toString(16);
  if (i++ == 0xFFFFFF) clearTimeout(timer);
}

timer = setTimeout(func, 0);

上面代码有两种写法,都是改变一个网页元素的背景色。写法一会造成浏览器“堵塞”,因为JavaScript执行速度远高于DOM,会造成大量DOM操作“堆积”,而写法二就不会,这就是setTimeout(f, 0)的好处。

另一个使用这种技巧的例子是代码高亮的处理。如果代码块很大,一次性处理,可能会对性能造成很大的压力,那么将其分成一个个小块,一次处理一块,比如写成setTimeout(highlightNext, 50)的样子,性能压力就会减轻。

正常任务与微任务

正常情况下,JavaScript的任务是同步执行的,即执行完前一个任务,然后执行后一个任务。只有遇到异步任务的情况下,执行顺序才会改变。

这时,需要区分两种任务:正常任务(task)与微任务(microtask)。它们的区别在于,“正常任务”在下一轮Event Loop执行,“微任务”在本轮Event Loop的所有任务结束后执行。

console.log(1);

setTimeout(function() {
  console.log(2);
}, 0);

Promise.resolve().then(function() {
  console.log(3);
}).then(function() {
  console.log(4);
});

console.log(5);

// 1
// 5
// 3
// 4
// 2

上面代码的执行结果说明,setTimeout(fn, 0)Promise.resolve之后执行。

这是因为setTimeout语句指定的是“正常任务”,即不会在当前的Event Loop执行。而Promise会将它的回调函数,在状态改变后的那一轮Event Loop指定为微任务。所以,3和4输出在5之后、2之前。

正常任务包括以下情况。

  • setTimeout
  • setInterval
  • setImmediate
  • I/O
  • 各种事件(比如鼠标单击事件)的回调函数

微任务目前主要是process.nextTick和 Promise 这两种情况。

参考链接

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